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Praxistipp Funkmessung Ein Messempfänger mit hoher Dynamik hilft bei Funkmessungen

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Bei Funkmessungen geraten herkömmliche Messempfänger ohne FFT-basierte Messverfahren und digitalem Superheterodynmodus schnell an ihre technischen Grenzen. Wir stellen ein Messsystem nach EMV-Zeitbereich vor.

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Abstrahlcharakteristik eines Senders über 360°.
Abstrahlcharakteristik eines Senders über 360°.
(Bild: Gauss Instruments)

Vernetzte Elektrogeräte erfordern einen zusätzlichen und erweiterten Prüfaufwand. Meist reicht es deshalb nicht mehr aus, dass bei Haushaltsgeräten elektromagnetische Emissionen lediglich nach EN55014 geprüft werden. Ist ein Funkmodul im Gerät oder Prüfling verbaut, so muss dieser auch nach den Funkstandards gemäß dem European Telecommunications Standards Institute (ETSI) geprüft und somit deren Einhaltung sichergestellt werden.

Neben der konventionellen Prüfung auf EMV muss ein Gerät mit aktivem Funkmodul deshalb außerdem auf Nebenaussendungen untersucht werden. Hinzu kommen Abstrahlcharakteristik, Abstrahlleistung sowie weitere Parameter nach ETSI-Standards. Herkömmliche Messempfänger ohne FFT-basierte Messverfahren und digitalem Superheterodynmodus geraten schnell an ihre technischen Grenzen. Vor allem bei OFDM-basierten Kommunikationssignalen oder bei Signalen mit Frequency Hopping weisen die ETSI-Standards ausdrücklich auf die eindeutigen Vorteile von FFT-basierten Messverfahren- und -geräten hin.

EMV-Zeitbereichsmesssystem

Messempfänger, wie das EMV-Zeitbereichsmesssysteme TDEMI X, sind so konzipiert und entwickelt, dass diese den Messanforderungen entsprechen und zusätzlich eine hohe Dynamik mitbringen. Das TDEMI X verfügt über eine Echtzeitbandbreite von bis zu 645 MHz. Bei einer hohen Echtzeitbandbreite werden alle Anforderungen der Norm CISPR 16-1-1 vollständig eingehalten. Im Gerät sind mehrere kombinierte A/D-Wandler sowie FPGAs verbaut. Damit ergeben sich bei Funkmessungen erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Messempfängern oder Spektrumanalysatoren. Letztere arbeiten ausschließlich nach dem Superheterodynverfahren im Frequenzbereich.

Sendemodule, welche ein Breitbandmodulationsverfahren (OFDM) verwenden, dürfen eine maximale Ausgangsleistung von 20 dBm liefern. Der TDEMI X misst die absolute Sendeleistung, indem eine Echtzeitbandbreite ausgewählt wird, welche der Bandbreite des Kanals entspricht und diese Bandbreite mit dem RMS-Detektor über der Zeit gemessen wird.

Die maximale spektrale Leistungsdichte

Die maximale spektrale Leistungsdichte darf im Sendekanal 10 dBm/MHz nicht überschreiten. Man spricht hierbei von einer leitungsgeführten Messung. Das Messgerät wird auf eine Auflösebandbreite von 1 MHz eingestellt und der RMS-Detektor angewandt. Durch die Aktivierung des Umrechnungsfaktors wird dann direkt die spektrale Leistungsdichte in dBm/MHz angezeigt und eine weitere Umrechnung somit entfällt.

Gestrahlte Emissionsmessung mit dem TDEMI X erfolgt durch den Einsatz eines Echtzeitmodus mit dem der gesamte ISM-Bandbereich in Echtzeit gemessen und angezeigt wird. Durch kontinuierliches Drehen des Drehtischs und Echtzeitmessung an allen Frequenzpunkten, erhält man so direkt die spektrale Leistungsdichte pro Abstrahlwinkel und somit die gesamte Abstrahlcharakteristik des Funkmoduls. Außerhalb des ISM-Bandes muss das Funkmodul auf Nebenaussendungen untersucht werden.

Da der Sendevorgang bzw. Übertragung solcher Module teilweise in einzelnen Bursts stattfindet oder auch sog. Frequency-Hopping-Signale verwendet werden ist es notwendig, die Emission mit einem RMS-Detektor über der Zeit eines Bursts zu messen. Das Messsystem bietet die Möglichkeit, die Leistung über der Zeit über viele Frequenzpunkte gleichzeitig anzuzeigen. Das geschieht üblicherweise unterhalb 1 GHz mit 645-MHz-Echtzeitbandbreite und oberhalb 1 GHz in Segmenten von 325-MHz-Echtzeitbandbreite. Die Norm ETSI EN 300 328 V2.1.1 verweist hier wiederum direkt auf den Nutzen und Vorteile des Einsatzes von FFT-Verfahren.

Frequency-Hopping-Signale untersuchen

Messung eines Frequency-Hopping-Signals.
Messung eines Frequency-Hopping-Signals.
(Bild: Gauss Instruments)

Bei der Emissionsmessung eines Bluetooth-Moduls wird für jeden Frequenzpunkt automatisch das zeitliche Verhalten erfasst und dargestellt. Die an jedem Frequenzpunkt gemessene Leistung mittels RMS-Detektor über der Zeit kann über den gesamten Bandbereich auch als 3-D-Darstellung wiedergegeben werden.

Wie in der Norm in Abschnitt 5.4.4 gefordert, ist es mit dem TDEMI X so auf einfachste Weise möglich, die Abstände der einzelnen Pulse sowie alle verwendeten Frequenzen aufzunehmen und zu dokumentieren.

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