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Precompliance-Tests mit kompaktem Spektrumanalysator

| Autor / Redakteur: Thomas Tobergte * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Für verlässliche Precompliance-Tests muss es nicht immer teure Messhardware sein. Wer Störstrahlungen auch mit kleinem Budget aufspüren will, sollte sich den R&S FPL1000 anschauen.

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Störstrahlung im Visier: Die verschiedenen Messfunktionen und seine Messgenauigkeit erlauben es, dass der R&S FPL1000 für alle Standard-Messaufgaben in Entwicklung, Service, Produktion sowie Forschung und Lehre verwendet werden kann.
Störstrahlung im Visier: Die verschiedenen Messfunktionen und seine Messgenauigkeit erlauben es, dass der R&S FPL1000 für alle Standard-Messaufgaben in Entwicklung, Service, Produktion sowie Forschung und Lehre verwendet werden kann.
(Bild: Rohde & Schwarz )

Die steigende Anzahl an Geräten mit einer Funkanbindung erfordert es von Seiten der Entwickler, EMV-konform zu entwickeln. Hilfe versprechen Spektrumanalysatoren wie der R&S FPL1000 von Rohde & Schwarz. Neben der klassischen Spektrumanalyse beherrscht das Messgerät in der Basiskonfiguration Funktionen wie die Spektrogrammmessung, verschiedene spektrale Messungen wie CP, ACLR, C/N, C/N0 oder OBW sowie Gated-Sweep-Messungen für gepulste Signale.

Weitere Messfunktionen wie die Analyse analog oder digital modulierter Signale oder Verstärkermessungen (Rauschzahl, Verstärkung, Y-Faktor) sind optional verfügbar. Das Phasenrauschen des Analysators reicht von –108 dBc (bei einem Offset von 10 kHz und einem Träger von 1 GHz Träger, ein TOI von 20 dBm und dank des eingebauten Vorverstärkers ein DANL (Displayed Average Noise Level) von –167 dBm (10 MHz bis 2 GHz).

Option für EMI-Messungen von 3 bis 7,5 GHz

Mit der Option EMI Application R&S FPL1-K54 erweitert sich der Funktionsumfang des Spektrumanalysators auf EMI-Anwendungen, um leitungsgebundene und gestrahlte Störemissionen bis zu einer Frequenz von 3 GHz oder 7,5 GHz zu erfassen. Dank der bordeigenen HF-Signalverarbeitung des Analysators entsprechen die Messergebnisse häufig nahezu denen, die man mit spezialisierten und deutlich teureren EMI- bzw. Compliance-Messgeräten erzielt.

Filterform und -breite können bei einem Spektrumanalysator meist aus vielen vordefinierten ausgewählt werden. Die Breite der RBW-Filter gängiger Analysatoren wird über die 3-dB-Punkte der Filter festgelegt. Für EMI-Messungen schreiben die Standards aber spezielle ­Filter mit 6-dB-Punkten vor, was zu den dafür notwendigen steileren Filterflanken führt. Diese Filter sind in den Standards CISPR 16-1-1 und MIL-STD-461 definiert (CISPR 16-1-1: 200 Hz, 9 kHz, 120 kHz und 1 MHz; MIL-STD-461: 10 Hz, 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz und 1 MHz). Die genannten Standards sind in der Option bereits enthalten. Der Standard CISPR 16-1-1 beschreibt außerdem EMI-spezifische Detektoren: Quasipeak, CISPR­Average und RMS Average.

Detektoren für Quasipeak und CISPR

Mit dem Quasipeak-Detektor lässt sich die von einer Pulsfrequenz abhängige Störwirkung auf den analogen (AM-)Funkempfang abbilden. Die wahrgenommene Störung nimmt zu niedrigeren Pulsfolgefrequenzen hin ab. Das bedeutet, dass Störpegel bei niedrigen Pulsfrequenzen mit geringeren Werten angezeigt werden als wenn der Peak-Detektor verwendet wird. Der Quasipeak-Detektor führt somit niemals zu höheren Bewertungen als mit dem Peak-Detektor und erfordert nach Standard eine Messzeit von einer Sekunde.

Der CISPR-Average-Detektor hat, wie auch der Quasipeak- und der RMS-Average-Detektor, eine Zeitkonstante. Über diese lässt sich das Anzeigeverhalten eines analogen Zeigerinstruments nachbilden (Kompatibilität zu früheren analogen Messgeräten). Das führt gegebenenfalls zu einer höheren Anzeige als mit dem RMS-Average-Detektor. Letzterer dient dazu, die von der Pulsfrequenz abhängige Störwirkung auf den digitalen Funkempfang abzubilden.

Nach CISPR-Standard muss ein EMI-Messgerät speziell definierte Pulse mit Wiederholraten bis zum Einzelimpuls mit gewissen Toleranzen pegelrichtig erfassen. Einzelpulsmessungen schaffen nur Spezialisten mit sehr hohem Dynamikumfang, der in der Regel eine mitunter teure Vorselektion voraussetzt. Generiert das Messobjekt nur Pulse mit Wiederholraten ≥20 Hz, sind für standard-kompatible Messungen weniger aufwendige Messgeräte notwendig.

Leitungsgebundene und abgestrahlte Störsignale

Das Bild zeigt eine leitungsgebundene Messung mit V-Netznachbildung.
Das Bild zeigt eine leitungsgebundene Messung mit V-Netznachbildung.
(Bild: Rohde & Schwarz )

Das Bild zeigt eine Strahlungsmessung mit Sonden.
Das Bild zeigt eine Strahlungsmessung mit Sonden.
(Bild: Rohde & Schwarz )

Eine zentrale Aufgabe bei einer EMI-Messung ist es, die vom Prüfling ausgehende Störsignale mit Grenzwerten zu vergleichen. Dabei werden sowohl leitungsgebundene Störsignale, beispielsweise auf angeschlossenen Strom- oder Datenkabeln, als auch abgestrahlte Störsignale überprüft. Grenzwerte und der zu prüfende Frequenzbereich sind in den jeweiligen Produktstandards vorgegeben.

Bei kommerziellen Produkten liegt der Frequenzbereich für leitungsgebundene Messungen zwischen 9 kHz und 30 MHz, der für Strahlungsmessungen zwischen 30 MHz und typisch 6 GHz. Das Modell mit 7,5 GHz aus der Serie der Spektrumanalysatoren mit der Bezeichnung R&S FPL1007 unterstützt einen Großteil der Produktstandards im kommerziellen Sektor. Zusätzlich lassen sich auch einige Messobjekte nach MIL-STD-461 überprüfen.

Über 130 Grenzwertlinien sind in der Option enthalten. So kann der Analysator Überschreitungen eigenständig erkennen und markieren. Das Gerät misst typischerweise mit dem Positive-Peak-Detektor vor, erkennt Peaks automatisch und misst diese mit einem individuell konfigurierbaren Detektor nach. Hilfreich ist das vor allem dann, wenn der Standard einen Detektor mit längerer Messzeit vorsieht. Das kann beispielsweise der Quasipeak-Detektor sein. Die längere Messzeit ist somit nur für die kritischen Peaks erforderlich.

Zusätzliche Funktionen für die EMI-Messungen

Doch die Option bietet weitere hilfreiche Funktionen, die den Anwender bei der EMI-Untersuchung unterstützen. Mit dem Tracking-Generator lassen sich die Transducer-Faktoren von Komponenten wie Kabeln oder Adaptern ermitteln und im Gerät speichern. Somit ist der Spektrumanalysator in der Lage, den gemessenen Pegel automatisch um den Einfluss der verwendeten Komponenten zu korrigieren. Über den eingebauten Lautsprecher können Signale an ausgewählten Frequenzen zur akustischen Beurteilung AM- oder FM-demoduliert werden.

Bei Störspannungsmessungen wird der Prüfling an eine Netznachbildung angeschlossen. Sie versorgt den Prüfling mit dem notwendigen Strom, bildet eine genormte Lastimpedanz nach, koppelt die hochfrequente Störspannung zur Messung aus und entkoppelt den Messkreis von Netzstörungen. Über den R&S FPL1000 kann eine angeschlossene Netznachbildung wie die R&S ENV216 fernbedient werden. Das ist besonders bei größeren Abständen zwischen Messgerät und Netznachbildung hilfreich und ermöglicht die Messung.

Messsoftware unterstützt den Entwickler

Dank Gleichspannungseingang und Betrieb mit dem integrierten Akku ist der Analysator mobil bei sechs Kilo. Für den Einsatz in größeren Testsystemen oder bei anwendergeführten EMI-Messungen, lässt er sich in die Messsoftware R&S ELEKTRA einbinden. Die Option EMI Application ist für weitere, leistungsstärkere Spektrumanalysatoren verfügbar. Für diese Analysatoren bietet der Hersteller eine Kalibrierung der CISPR-Detektoren an.

Ist sichergestellt, dass der Prüfling keine Pulse mit einer Wiederholrate unter 20 Hz abgibt, können die kalibrierten Spektrumanalysatoren für normenkonforme EMI-Messungen eingesetzt werden.

Weitere Optionen für den R&S FPL1000

Die Demodulation von digitalen Signalen lässt sich mit der Option R&S FPL1-K70 umsetzen: Von einfachen MSK-Signalen bis zur 4096 QAM mit einer Bandbreite von 40 MHz. Standards wie Bluetooth, ZigBee, DECT, DVB-S2 lassen sich ebenfalls demodulieren. Vom Anwender erstellte, eigene Modulationsarten sind ebenfalls möglich und lassen sich als neue Standardmessung ablegen.

Mit der Hardwareoption R&S FPL1-B9 steht für beide Modelle des Spektrumanalysators ein interner Generator bis 3 GHz oder 7,5 GHz zur Verfügung. Dieser lässt sich als unabhängige CW-Quelle und als Mitlaufgenerator betreiben. Der breite spektral-reine Pegelbereich des Generators mit einem Wertebereich von –60 dBm bis 10 dBm erlaubt Messungen mit hoher Dynamik.

Dieser Beitrag ist im Sonderheft Messtechnik, Sensorik und Test I der ELEKTRONIKPRAXIS (Download PDF) erschienen.

Lesetipps

* Thomas Tobergte arbeitet als Produktmanager für EMI-Messtechnik bei Rohde & Schwarz in München.

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