EMV-Fachtagung 2013 Technopark Zürich Karl-Heinz Weidner Rohde & Schwarz GmbH & Co.KG 81671 München



Ähnliche Dokumente
Versuch 3: Anwendungen der schnellen Fourier-Transformation (FFT)

DFT / FFT der Titel der Präsentation wiederholt (Ansicht >Folienmaster) Dipl.-Ing. Armin Rohnen, Fakultät 03, rohnen@hm.edu

Frequenzbereich Störaussendung bis DC/10 Hz bis 7 GHz ( 18 GHz G-TEM möglich )

Bildverarbeitung Herbstsemester Fourier-Transformation

DSO. Abtastrate und Speichertiefe

LED Beleuchtung - Fehlerbetrachtung bei der Beleuchtungsstärkemessung

Präzision und Messgeschwindigkeit - ein Technologiesprung bei EMI- Messungen. Volker Janssen Rohde & Schwarz GmbH & Co.

Empfindlichkeit und Rauschmaß eines DVB T Sticks

Technik der Fourier-Transformation

c f 10. Grundlagen der Funktechnik 10.1 Elektromagnetische Wellen

Energieversorgungseinrichtungen

Versuch 3. Frequenzgang eines Verstärkers

Simulink: Einführende Beispiele

Argumente für die diskrete Realisierung der Fourierintegrale

Elektromagnetische Verträglichkeit Versuch 1

Projekt 2HEA 2005/06 Formelzettel Elektrotechnik

MATLAB Kurs 2010 Teil 2 Eine Einführung in die Frequenzanalyse via MATLAB

Grundlagen der Videotechnik. Redundanz

Anleitung für einen Frequenzsweep zur Audio-Analyse

Einführung in die Netzwerkanalyse

Elektrischer Widerstand

1.1. Aufschriften auf der Außenseite von ME-Geräten oder ME-Geräte-Teilen

Schallmessung (Geräuschmessung)

LAS PROGRAMM- ANPASSUNGEN

Messtechnik-Praktikum. Spektrumanalyse. Silvio Fuchs & Simon Stützer. c) Berechnen Sie mit FFT (z.b. ORIGIN) das entsprechende Frequenzspektrum.

Experiment 4.1: Übertragungsfunktion eines Bandpasses

Elektrische Messtechnik Protokoll - Bestimmung des Frequenzgangs durch eine Messung im Zeitbereich

Der Avalanche-Generator. Funktionsprinzip und Versuche

Vfg 40/ Frequenznutzungsparameter: Maximale äquivalente Strahlungsleistung (ERP) / Maximale Magnetische Feldstärke. Frequenzbereich in MHz 1)

Würfelt man dabei je genau 10 - mal eine 1, 2, 3, 4, 5 und 6, so beträgt die Anzahl. der verschiedenen Reihenfolgen, in denen man dies tun kann, 60!.

Geneboost Best.- Nr Aufbau Der Stromverstärker ist in ein Isoliergehäuse eingebaut. Er wird vom Netz (230 V/50 Hz, ohne Erdung) gespeist.

Messung der Ausgangsspannung an einem FU

Anleitung zum Java-Applet. Fourierentwicklung. Studienarbeit : Matthias Klingler Elektronik und Informationstechnik WS 08/09.

Wie man Registrationen und Styles von Style/Registration Floppy Disketten auf die TYROS-Festplatte kopieren kann.

Elektrische Messtechnik, Labor

Technische Informatik Basispraktikum Sommersemester 2001

am Funktionsgenerator

Welche Unterschiede gibt es zwischen einem CAPAund einem Audiometrie- Test?

Kapitalerhöhung - Verbuchung

Erste-Schritte VP 5.1

Im Beispiel werden mit F3 die Berechnungsfelder aufgerufen und das Feld#O040 (Basis AHV) übernommen.

Linienstrahler Prototyp

2. Eigenschaften digitaler Nachrichtensignale

Easy-Monitoring Universelle Sensor Kommunikations und Monitoring Plattform

Lineare Gleichungssysteme

8 Entkopplung durch Abstand, Trennung oder Schirmung

RF-Explorer Handheld Spektrum Analyser und Handheld Signal Generator

Bedienungsanleitung PC-Konfigurationssoftware des ID Inclinometers

Bedienungsanleitung für das Tektronix Oszilloskop TDS 2002B

Kybernetik Laplace Transformation

Klausur zur Vorlesung Signale und Systeme

Signalübertragung und -verarbeitung

Simulation LIF5000. Abbildung 1

Mathematik. UND/ODER Verknüpfung. Ungleichungen. Betrag. Intervall. Umgebung

SOFTWARE FÜR PRG-APPLIKATIONEN

Übung 5 : G = Wärmeflussdichte [Watt/m 2 ] c = spezifische Wärmekapazität k = Wärmeleitfähigkeit = *p*c = Wärmediffusität

WÄRMEMESSUNG MIT DURCHFLUSSMENGENMESSER, TEMPERATURSENSOREN UND LOXONE

Das große ElterngeldPlus 1x1. Alles über das ElterngeldPlus. Wer kann ElterngeldPlus beantragen? ElterngeldPlus verstehen ein paar einleitende Fakten

EMV / FELDSTÄRKE Messempfänger. Einfach und schnell: Diagnoseund Pre compliance-messungen. mit dem R&S ESRP

Übungsaufgaben zum 2. Versuch. Elektronik 1 - UT-Labor

Aufgabe 6 Excel 2013 (Fortgeschrittene) Musterlösung

Informatik 2 Labor 2 Programmieren in MATLAB Georg Richter

EMV und Medizinprodukte

geben. Die Wahrscheinlichkeit von 100% ist hier demnach nur der Gehen wir einmal davon aus, dass die von uns angenommenen

Schritt für Schritt zur Krankenstandsstatistik

Magnetische Induktion

OECD Programme for International Student Assessment PISA Lösungen der Beispielaufgaben aus dem Mathematiktest. Deutschland

Technical Note Nr. 101

Fassade. Objektbasiertes Strukturmuster. C. Restorff & M. Rohlfing

Anbindung LMS an Siemens S7. Information

Beeinflussung von Radio- und Fernsehempfang durch Sunny Central

Professionelle Seminare im Bereich MS-Office

Versuch 2: Richtcharakteristik von Lautsprechern

Bildrekonstruktion & Multiresolution

Abituraufgabe zur Stochastik, Hessen 2009, Grundkurs (TR)

Physik & Musik. Stimmgabeln. 1 Auftrag

QM: Prüfen -1- KN

Motorkennlinie messen

Oszilloskope. Fachhochschule Dortmund Informations- und Elektrotechnik. Versuch 3: Oszilloskope - Einführung

1 Allgemeine Angaben. 2 Vorbereitungen. Gruppen Nr.: Name: Datum der Messungen: 1.1 Dokumentation

1.5 Umsatzsteuervoranmeldung

Grundlagen der Technischen Informatik. Sequenzielle Netzwerke. Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme. Paul J. Kühn, Matthias Meyer

Dokumentation zum Spielserver der Software Challenge

Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe. Übungen Regelungstechnik 2

GEVITAS Farben-Reaktionstest

Archiv - Berechtigungen

1 Möglichkeiten zur Darstellung von Daten

Produkte Info Touchscreen-Panel

HIER GEHT ES UM IHR GUTES GELD ZINSRECHNUNG IM UNTERNEHMEN

Tangentengleichung. Wie lautet die Geradengleichung für die Tangente, y T =? Antwort:

Informationsblatt Induktionsbeweis

Güte von Tests. die Wahrscheinlichkeit für den Fehler 2. Art bei der Testentscheidung, nämlich. falsch ist. Darauf haben wir bereits im Kapitel über

Skalierung des Ausgangssignals

Schwingungsanalyse an elektrischen Maschinen

Spektrumanalyse. Inhalt. I. Einleitung 2. II. Hauptteil 2-8

Vfg 30 / 2014, geändert mit Vfg 36 / 2014, geändert mit Vfg 69 / 2014

Elektromobilität und Elektromagnetische Verträglichkeit eines BMS Moduls

Transkript:

Einsatz von Zeitbereichsverfahren für CISPR-konforme Störemissionsmessungen EMV-Fachtagung 2013 Technopark Zürich Karl-Heinz Weidner Rohde & Schwarz GmbH & Co.KG 81671 München

Inhalt Einsatz von Zeitbereichsverfahren für CISPR-konforme Störemissionsmessungen l Allgemeine Problemstellung bei Störemissionsmessungen l Grundlagen der FFT-basierten Zeitbereichsverfahren l Besondere Effekte der FFT-basierten Zeitbereichsverfahren l Normative Situation l Fazit 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 2

Allgemeine Problemstellung bei Störemissionsmessungen 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 3

Problemstellung Störemissionsmessungen l Die Art des Störsignals ist oft nicht bekannt (Schmalband-/ Breitbandstörer) l Das Zeitverhalten des Störsignals muss berücksichtigt werden (Pulsstörer, Dauerstörer) l Der vorgeschriebene Frequenzbereich muss lückenlos erfasst werden (z.b. CISPR-Bänder, MIL-STD-Bereiche) l Messungen nach zivilen Standards müssen den spezifischen Einfluss der Störquelle auf die menschliche Störsenke berücksichtigen (Quasipeak-Bewertung) l Mit konventionellen Messverfahren ist die Messzeit vor allem bei Messungen der Funkstörstrahlung sehr lang l Einsatz von Messverfahren zur Reduzierung der Messzeit Messung mit Quasipeak-Bewertung nur dort wo erforderlich 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 4

Mindestmesszeiten nach CISPR 16-2 l CISPR 16-2-1 bis 16-2-3 spezifiziert Mindest-Scanzeiten für die CISPR-Bänder A bis D Quelle l Wegen der langen Messzeiten erfolgen keine Scans/Sweeps mit Quasipeak-Bewertung über einen kompletten Frequenzbereich 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 5

Standardverfahren zur Messzeitreduzierung Vormessung: Signalanalyse im Frequenzbereich mit Peak-(Average-)Bewertung Datenreduktion (Akzeptanzanalyse) Frequenzliste Nachmessung mit QP-(CISPR-Average-) Bewertung gemäß Frequenzliste 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 6

Einstellungen für die Vormessung (Preview) Anforderungen für hinreichende Messgenauigkeit l Messempfänger (Scan = schrittweise Frequenzabstimmung) l Auf jeder Frequenz lang genug für die Erfassung des maximalen Störspitzenwertes: t Mess > 1 / Pulswiederholfrequenz (PRF) des Störsignales l Schrittweite f 0,5 x ZF-Bandbreite des Messempfängers l Spektrumanalysator (Sweep = kontinuierliche Frequenzabstimmung) l Sweepzeit lang genug für die korrekte Erfassung des Störspitzenwertes oder l Wiederholende Sweeps mit Max.Hold-Darstellung bis sich das Störspektrum nicht mehr ändert 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 7

Schrittweise (klassische) Frequenzabstimmung l Anforderung für hinreichenden Messgenauigkeit: Schrittweite f 0.5 x ZF-Bandbreite Messempfänger l Schmale ZF-Bandbreiten erzeugen eine große Anzahl von Messschritten: Beispiel CISPR25: 30-1000 MHz; RBW 9 khz; f = 4 khz 242 000 Messpunkte t Mess (10 ms/100 Hz) = 2 420 s 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 8

Grundlagen der FFT-basierten Zeitbereichsverfahren 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 9

Motivation für das Zeitbereichsverfahren Klassischer EMV-Messempfänger/-Spektrumanalysator l Erfassung des Störsignals innerhalb der spezifizierten ZF-Bandbreite (z.b. CISPR-Bandbreiten) mit der vorgegebenen Verweilzeit/Frequenzschritt bzw. Sweepzeit l Große Frequenzbereiche/niedrige Pulsraten bedeuten lange Messzeiten FFT-basierter Messempfänger (mit/ohne Vorselektion) l Erfassung des Störsignals innerhalb eines erweiterten Frequenzbereichs >> RBW über die vorgegebene Messzeit d.h. parallele Berechnung einer deutlich größeren Anzahl von Frequenzen z.b. R&S ESR: 16.384 (16k) l Erhebliche Verkürzung der Scan-Zeiten Quasipeak-Messung in 'Echtzeit' l Längere 'Verweilzeiten' möglich (Erfassung von Störern mit niedriger PRF) l Vorteile bei der Erfassung von Störern mit kurzer Betriebsdauer (z.b. PKW-Anlasser) oder stark schwankendem Störverhalten (z.b. Energiesparlampe) l Keine Verschlechterung der Messgenauigkeit l Realisierung zusätzlicher, FFT-basierter Messfunktionen (z.b. ZF-Analyse, Spektrogrammdarstellung, Nachleuchtmodus, Frequenzmaskentrigger) 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 10

Grundprinzip des Zeitbereichsverfahrens Frequenzbereich Aufteilung des zu messenden Frequenzbereichs in aufeinanderfolgende Teilbereiche und Filterung Zeitbereich Zeitliche Abtastung des gefilterten Signals mit hoher Geschwindigkeit/Auflösung und Fensterung F(s) f(t) Frequenzbereich Zusammenfügen des Gesamtspektrums aus den transformierten Teilspektren Fast-Fourier-Transformation Transformation der abgetasteten Signale vom Zeit- in den Frequenzbereich (Teilspektrum) 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 11

Grundprinzip des FFT-basierten Messempfängers Empfänger mit breitbandiger FFT-Anwendung im Basisband Tiefpass (Vorselektion) Detektoren Display Superheterodyne-Empfänger mit breitbandiger FFT-Anwendung in der ZF Frontend Vorselektion Mischer Breitband- ZF-Filter ADC FFT Detektoren Display Main processor 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 12

FFT-basierte Messung f Schrittweise Abstimmung f Frequenzsegment FFT-Breite (z.b. 25 MHz) Messzeit Frequenzsegment ZF-Bandbreite (z.b.120 khz) 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 13

Besondere Effekte der FFT-basierten Zeitbereichsverfahren 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 14

Diskrete Fourier-Transformation (DFT) l Die Diskrete Fourier-Transformation (DFT) berechnet aus einer abgetasteten (diskreten) Zeitfunktion ein diskretes, nur auf einem Frequenzraster definiertes, mit f A periodisches Spektrum l Mit der Abtastfrequenz f A und der Anzahl an Abtastwerten N ergibt sich der Abstand der äquidistanten Spektrallinien (frequency bins) zu f = f A /N l Die schnelle Fourier-Transformation (FFT) ist ein Algorithmus zur numerischen Berechnung einer DFT mit reduziertem Rechenaufwand 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 15

DFT/FFT-Eigenschaften (1) l Zur Berechnung des Spektrums wird nur eine endliche Anzahl von diskreten Abtastwerten des Zeitbereichs herangezogen (Fensterung) l Die Beobachtungsdauer N T A muss ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer T 0 des periodischen (!) Eingangssignals sein l Das gerechnete Spektrum setzt sich aus einzelnen Komponenten bei den Auswertefrequenzen (frequency bins) zusammen l Der Abstand benachbarter Auswertefrequenzen (Frequenzauflösung) ist von der Beobachtungsdauer N T A abhängig 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 16

DFT/FFT-Eigenschaften (2) Zeitbereich Frequenzbereich 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 17

DFT-Auswertefrequenzen (1) t s15 s14 s13 s12 s11 s10 s9 s8 s7 s6 s5 s4 s3 s2 s1 s0 Abtastwerte f15 f14 f13 f12 f11 f10 f9 DFT/FFT f A /2 fbin center max f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 f0 Frequenzen f Negative Auswertefrequenzen f bin (center) Positive Auswertefrequenzen Eine N-fache FFT berechnet ein diskretes Spektrum mit folgenden Eigenschaften: - Anzahl der Auswertefrequenzen (frequency bins) = N/2 - Abstand f A zwischen den Auswertefrequenzen = f A /N - Span des Spektrums = N/2 x f A /N = f A /2 - Höchste Auswertefrequenz = f A /2 Beispiel: f A = 32 MHz; N = 2 15 = 32 768 Auswertefrequenzen = 16 384 f A = 976,6 Hz Span = 16 MHz 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 18

DFT-Auswertefrequenzen (2) A f bin (center) f A /2 t f f s15 s14 s13 s12 s11 s10 s9 s8 s7 s6 s5 s4 s3 s2 s1 s0 DFT/FFT f15 f14 f13 f12 f11 f10 f9 f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 f0 Abtastwerte Auswertefrequenzen 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 19

Eigenschaften FFT-basierter Störemissionsmessungen l In der Praxis sind die Frequenzen der Störsignale oft nicht bekannt l Störemissionen sind meist nicht periodisch; sie setzen sich aus periodischen Signalen, intermittierenden Signalen und Rauschanteilen zusammen l Die Beobachtungsdauer T Mess = N T A kann nicht als ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer T 0 des Störsignals gewählt werden l Für diese Fälle treten Signalverzerrungen auf l Leckeffekt (Verbreiterung des Signalspektrums, zusätzliche spektrale Komponenten) l Lattenzauneffekt (Amplitudenfehler) l Verfälschte Darstellung von Einzelimpulsen und Pulsfolgesignalen 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 20

Leckeffekt (leakage effect) (1) Zeitbereich Frequenzbereich 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 21

Leckeffekt (2) l Eine endliche Beobachtungsdauer (Fensterung = Faltung im Frequenzbereich) verteilt Teile der spektralen Energie des Signals über einen weiten Frequenzbereich Das Spektrum verbreitert sich (Hauptkeule) Zusätzliche spektrale Komponenten treten auf (Nebenkeulen) l CISPR 16 fordert eine Unterdrückung der zusätzlichen spektralen Komponenten um mindestens 40 db Betrag der Übertragungsfunktion eines Rechteckfensters 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 22

Leckeffekt Fensterfunktion A 1 Rectangular Hanning 40 db Gaussian Gaussian Flattop l Eine geeignete Fensterfunktion im Zeitbereich (Gauss, Kaiser-Bessel, Hann, Hamming) reduziert die Nebenkeulen l Die Verbreiterung der Hauptkeule ist vom Fenstertyp abhängig 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 23

Fensterung mit Gauss-Funktion FFT-basierter Scan: Frequency bin CISPR 16-1-1 Toleranzmaske für ZF-Selektion Schrittweiser Scan: ZF-Bandbreite 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 24

Erfassung pulsförmiger Signale (1) l Einzel-FFTs sind für die Erfassung von gepulsten Signalen wenig geeignet l Das Ergebnis der FFT ist hier von der zeitlichen Lage der Fensterung abhängig 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 25

Effekte der Fensterung mit Gauss-Funktion Die gaussförmige Fensterfunktion reduziert den Leckeffekt wirkungsvoll Die Fourier-Transformierte einer Gauss-Funktion im Zeitbereich ist auch eine Gauss-Funktion im Frequenzbereich Die ZF-Bandbreitencharakteristik (Selektionseigenschaft) gem. CISPR 16-1-1 oder MIL-STD-461/DEF STAN 59-411 wird im Frequenzbereich am besten mit einer gaussförmigen Filterfunktion (digitales Filter) realisiert Die Erfassung eines pulsförmigen Störsignals mit gaussförmiger Fensterung kann die Signalamplitude an den Rändern des Fensters verringern Eine ausreichende Überlappung der FFTs im Zeitbereich (STFFT) minimiert diesen Effekt 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 26

Erfassung pulsförmiger Signale (2) A Rechteck-Fenster T 1 T 2 T 3 T 4 t A Gauss-Fenster t A Gauss-Fenster Kontinuierliche Überlappung Kurzzeit-FFT (STFFT) t 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 27

Kurzzeit-Fast-Fourier-Transformation (STFFT) l Die Fourier-Transformation ist zur Analyse nicht-stationärer (transienter) Signale nicht geeignet l Keine Informationen wie sich der Frequenzpegel über die Zeit ändert l Die Kurzzeit-Fast-Fourier-Transformation (Short Time FFT: STFFT) betrachtet nur einen zeitlich begrenzten Abschnitt des Signals l Multiplikation des Signal mit einer Fensterfunktion ('Fensterung') l Die Signalbeobachtung ist auf ein endliches Interval begrenzt (begrenzte Anzahl von diskreten Abtastwerten) l Verschieben des Fensters über die Zeit (Überlappungsfaktor) l Berechnung des Signalspektrums aus den ausgeschnittenen Signalen mittels Fast-Fourier-Transformation l Die Kurzzeit-FFT (STFFT) berechnet ein zeit- und frequenzdiskretes Signal l Die Zeit- und Frequenzauflösung der STFFT hängt von der Fenstergröße ab: l Kurze Fenster: Hohe Zeitauflösung, geringe Frequenzauflösung l Lange Fenster: Hohe Frequenzauflösung, geringe Zeitauflösung 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 28

Lattenzauneffekt (picket fence effect) (1) l Die FFT berechnet ein diskretes Linienspektrum bei den äquidistanten Auswertefrequenzen (frequency bins) l Die Parameter der FFT legen die Auswertefrequenzen fest l Die Spektrallinien des abgetasteten Signals können nur bei den diskreten Auswertefrequenzen wiedergegeben werden l Es können Spektrallinien mit höherer Amplitude zwischen zwei benachbarten diskreten FFT-Auswertefrequenzen auftreten l Der durch diesen Effekt verursachte Amplitudenfehler ist als 'Lattenzauneffekt' bekannt l Der Effekt tritt auch bei der klassischen schrittweisen Frequenzabstimmung auf und hängt dort vom Verhältnis von ZF-Messbandbreite zur Frequenzschrittweite ab l Kompromiß zwischen Messgenauigkeit und Datenmenge: Virtuelle Schrittweite f A = ¼ ZF-Bandbreite (4 Auswertefrequenzen/RBW) Der Amplitudenfehler des Lattenzauneffektes ist dann kleiner als bei der klassischen schrittweisen Frequenzabstimmung ( f ½ x ZF-Bandbreite) 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 29

Lattenzauneffekt (2) Kleiner Überlappungsfaktor Großer Überlappungsfaktor 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 30

Lattenzauneffekt (3) l Die Messzeit muss lang genug sein um den Pulsstörer sicher zu erfassen l Während der Messzeit muss das Störsignal lückenlos erfasst werden l Abnehmende Überlappung der Zeitfenster vergrößert den Amplitudenfehler l Max. Pegelfehler bei 50% der Schrittweite l Amplitudengenauigkeit gem. CISPR 16-1-1: ± 1,5 db Überlappungsfaktor > 75% im Zeitbereich für die Erfassung von Pulsamplituden Quelle: 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 31

Erfassung pulsförmiger Signale (3) 0% 25% 75% 90% Quelle: Erfassung eines Pulsspektrums mit verschiedenen Überlappungsfaktoren und gaussförmiger Fensterung 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 32

Klassischer 'Realtime Analyzer' mit FFT f in max Shannon / Nyquist-Theorem: f Signal max f A /2 f A Abtastfrequenz f in Eingangsfrequenz Anti-aliasing Filter Fensterung FFT ADC f t Ergebnis f 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 33

Superhet-Empfänger mit STFFT 'Time-Domain-Scan' A FFT-Breite Gauss-Filterung Überlappung im Zeitbereich t mess Fensterung (Gauss) FFT ADC f 'Virtuelle Schrittweite' = N x RBW t 'Bewertung' (Detektoren) t Messergebnis t f t mess f 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 34

Realisierungsbeispiele 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 35

Leckeffekt Nebenkeulenunterdrückung R&S ESR (CISPR-Bandbreite 9 khz) 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 36

Leckeffekt Nebenkeulenunterdrückung R&S ESR (CISPR-Bandbreite 120 khz) 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 37

Lattenzauneffekt R&S ESU/R&S ESR l Überlappung der Fensterfunktion im Zeitbereich ca. 93% l Max. Amplitudenfehler (scalloping loss): ca. 0,4 db l Duchschnittlicher Amplitudenfehler: ca. 0,1 db max. Fehler Überlappung der Gauss-Fenster 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 38

Vergleich ZF-Bandbreich (ZF-Bandbreite 9 khz) Beispiel R&S ESU Frequenz in MHz 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 39

Gesamtfrequenzgang CISPR Band C/D Beispiel R&S ESU l Signalquelle: Kalibrier-Impulsgenerator (Fa. Schwarzbeck) l Messempfänger: Max. Peak Detektor; lin. Skalierung; 30 MHz - 1 GHz für den 'Time-Domain Scan (blaue Kurve) und 'Stepped Frequency Scan' (schwarze Kurve) l Der Frequenzgang des Kalibrier-Impulsgenerators geht in die Anzeige mit ein 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 40

Vergleich Messzeiten Beispiel R&S ESR Frequenzbereich Bewertungsdetektor, Messzeit, ZF-Bandbreite (Anzahl Messpunkte) Funkstörmessempfänger R&S ESR Schrittweise Frequenz- Abstimmung Time-Domain-Scan CISPR Band B 150 khz 30 MHz CISPR Band B 150 khz 30 MHz Band C/D 30 MHz 1 GHz Band C/D 30 MHz 1 GHz Band C/D 30 MHz - 1 GHz Pk, 100 ms, 9 khz (13.267) QP, 1 s, 9 khz (13.267) Pk, 10 ms, 120 khz (32.334) Pk, 10 ms, 9 khz (431.000) QP, 1 s, 120 khz (32.334) 1 326 s 110 ms 3,6 h 2 s * 323 s 520 ms 4 310 s 820 ms ca. 9 h 80 s * * inkl. 1 s Einschwingzeit pro FFT-Segment bei QP- Bewertung 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 41

Normative Situation 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 42

Normative Situation FFT-basierte Messempfänger (1) Anhang 1 zu CISPR 16-1-1 (3. Ausgabe) vom 21.06.2010 l FFT-basierte Messempfänger sind für Compliance-Messungen einsetzbar wenn sie die Anforderungen gem. CISPR 16-1-1 erfüllen l CISPR 16-1-1 verwendet einen 'black-box' Ansatz l Definition des 'measuring receiver' umfaßt alle Gerätetypen: " instrument such as a tunable voltmeter, an EMI receiver, a spectrum analyzer or an FFT-based measuring instrument, with or without preselection, that meets the relevant parts of this standard " l Spezielle Anforderung an FFT-basierte Messempfänger l " for EMI measurements, FFT-based measuring instruments shall sample and evaluate the signal continuously during the measurement time " 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 43

Normative Situation FFT-basierte Messempfänger (2) Anhänge zu CISPR 16-2-1, 16-2-2 und 16-2-3 zur verwendeten Messmethode l Die Dauer der Störung muss bekannt sein l Sie kann gemessen werden " through the use of the timedomain output of an FFT-based measuring receiver " l Timing-Betrachtungen l Definition für die minimalen Messzeiten l Tabelle für CW-Signale ist enthalten l Gleiche Anforderungen wie für den klassischen EMV- Messempfänger l Veröffentlichung erfolgte Juni/Juli 2010 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 44

Normative Situation FFT-basierte Messempfänger (3) Anhänge zu CISPR 16-2-x l FFT-basierte Messempfänger verbinden eine parallele Berechnung bei N Frequenzen mit einer schrittweisen Abstimmung l Der betrachtete Frequenzbereich wird in mehrere Teilbereiche aufgeteilt, die nacheinander erfasst werden l Definition der Scan Time l Zur korrekten Messung eines Breitbandspektrums muss T m länger sein als das Pulswiederholintervall T p 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 45

Normative Situation FFT-basierte Messempfänger (4) Anwendungsbereich l CISPR 13:2001 (4. Ausgabe) anwendbar seit 21.06.2010 l CISPR 11:2009 l CISPR 12:2007 " l CISPR 13:2009 (5. Ausgabe) " l CISPR 14-1:2005 " l CISPR 15:2005 " l CISPR 22:2005 (5. Ausgabe) " l CISPR 22:2008 (6. Ausgabe) " l CISPR 25:2008 " z.zt. nicht anwendbar (datierte Referenz)* l CISPR 32:2012 anwendbar seit 30.01.2012 * Alle Produktnormen mit Ausnahme der CISPR 13:2001 (4. Ausgabe) und CISPR 32 (Multimedia- Standard) referenzieren noch auf eine frühere Basisnorm CISPR 16-1-1 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 46

Normative Situation FFT-basierte Messempfänger (5) 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 47

Anwendungsbereiche Time-Domain-Scan l Automobilindustrie ('Vorreiterrolle') l Prüflinge mit sehr kurzen Betriebszeiten (z.b. Anlasser, elektr. Fensterheber) l Intermittierende Störer mit geringen Pulswiederholfrequenzen (lange Messzeiten) l Einsatz von ZF-Bandbreiten < 120 khz für Störstrahlungsmessungen (kleine Schrittweiten) z.b. bei Industrie-Standards l Andere kommerzielle Standards l Prüflinge mit sich schnell veränderndem Störverhalten (z.b. Beleuchtungseinrichtungen) oder driftende Störer keine Peak-Vormessung sondern direkte Messung mit den CISPR-Bewertungsdetektoren (Quasipeak/CISPR-Average) l Intermittierende Störer mit geringen Pulswiederholfrequenzen (lange Verweilzeiten) l Störstrahlungsmessungen mit umfangreicher Positionierung des Prüflings (Mast/Drehtisch/Zangen-Gleitbahn) l Militärische/Luft-/Raumfahrt Anwendungen l Keine zeitaufwendige Quasipeak-Bewertung aber Messungen über weite Frequenzbereiche (bis 40 GHz) 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 48

Fazit l Der Zeitaufwand einer Störemissionsmessung (Diagnose/Vormessung/Zertifizierung) wird bei Anwendung FFTbasierter Zeitbereichsverfahren stark reduziert l Die spezifizierten Messgenauigkeiten des 'Time-Domain-Scan' von R&S ESR/R&S ESU sind mit der bei klassischer schrittweiser Abstimmung identisch l Das Verfahren ist für normenkonforme Messungen gem. CISPR 16-1-1 einsetzbar 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 49

11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 50

Abkürzungsverzeichnis l CISPR l CW l DFT l FFT l STFFT l PRF l CISPR-AV l RMS-AV Comité international spécial des perturbations radioélectriques (Internationales Sonderkomitee für Funkstörungen) Continuous wave (elektromagnetische Welle mit konstanter Amplitude und Frequenz) Discrete Fourier transform (diskrete Fourier-Transformation) Fast Fourier transform (schnelle Fourier-Transformation) Short time fast Fourier transform (Kurzzeit-FFT) Pulse repetition frequency (Pulswiederholfrequenz) Bewertungsdetektor: Linearer Mittelwert mit Instrumenten-Zeitkonstante Bewertungsdetektor: Effektivwert-linearer Mittelwert mit Instrumenten-Zeitkonstante Übersicht Produktnormen l CISPR 11 Industrielle, wissenschaftliche und medizinische Hochfrequenzgeräte (ISM-Geräte) l CISPR 12 Fahrzeuge, Boote und von Verbrennungsmotoren angetriebene Geräte Schutz von außerhalb befindlichen Empfängern l CISPR 13 Ton- und Fernseh-Rundfunkempfänger und verwandte Geräte der Unterhaltungselektronik l CISPR 14 Haushaltgeräte, Elektrowerkzeuge und ähnliche Elektrogeräte l CISPR 15 Elektrische Beleuchtungseinrichtungen und ähnliche Elektrogeräte l CISPR 22 Einrichtungen der Informationstechnik (ITE) l CISPR 25 Fahrzeuge, Boote und von Verbrennungsmotoren angetriebene Geräte - Schutz von an Bord befindlichen Empfängern l CISPR 32 Multimedia-Einrichtungen 11/2012 Zeitbereichsverfahren für konforme EMI-Messungen 51