Spektrumanalyse Spektrumanalyse in Echtzeit für EMV- und Funkmessungen

Autor / Redakteur: Stephan Braun und Arnd Frech * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Dank leistungsfähiger A/D-Wandler steigt auch die Messqualität der Spektrumanalysatoren. Die Serie TDEMI X scannt in Echtzeit bei Messungen für EMV und Funk.

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Echtzeitscanning in GHz: Mit der Serie TDEMI X lassen sich Frequenzen bis 6 GHz erfassen und als Spektrogramm in Echtzeit darstellen.
Echtzeitscanning in GHz: Mit der Serie TDEMI X lassen sich Frequenzen bis 6 GHz erfassen und als Spektrogramm in Echtzeit darstellen.
(Bild: Gauss Instruments)

Emissionsmessungen wurden traditionell im Frequenzbereich mit Superheterodynempfänger durchgeführt. Dank schneller A/D-Wandler, hochlinearer Verstärker und FPGAs mit einer hundertfachen Rechenleistungen im Vergleich zu leistungsfähigen PCs sowie patentierter Echtzeitverfahren ist es möglich, voll normkonform mit einer Echtzeitbandbreite von 162,5 MHz (2013), 325 MHz (2015) und 645 MHz (2016) zu messen. Im Gegensatz zu konventionellen Echtzeitspektrumanalysatoren lassen sich mit dem Echtzeitspektrogrammmodus der Produktfamilie TDEMI normkonform nach CISPR 16-1-1, MIL461 sowie weiteren zivilen und militärischen Normen messen.

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Damit sind Messungen der Funkstörspannung, der Störleistung sowie feldgebundene Messungen in Echtzeit möglich. Für Anwendungen im Automobilbau lassen sich leitungsgeführte Emissionsmessungen bis 30 MHz bzw. 110 MHz in Echtzeit ermitteln. Echtzeit bedeutet, dass eine normkonforme Messung mit allen CISPR-Detektoren an allen Frequenzen gleichzeitig möglich ist.

Die Störleistung bis 300 MHz kann ebenfalls in Echtzeit gemessen werden. Dabei wird die Messzeit auf einen einzigen Durchlauf mit der Gleitzangenbahn reduziert. Für gestrahlte Emissionsmessungen bis 1 GHz kann diese ebenfalls mit zwei CISPR-Detektoren (Quasi-Peak und CISPR-Average) in zwei Teilbereichen in Echtzeit erfolgen. Zunächst werden alle Positionen in Echtzeit von 30 bis 645 MHz gemessen, abschließend wird von 645 MHz bis 1 GHz an allen Positionen gemessen.

Erweiterter Frequenzbereich und Echtzeitscanning

Der Frequenzbereich der Messgeräteserie TDEMI X lässt sich hinab bis DC erweitern (Option OSC) oder mit Echtzeitscanning (Option UFSPA) ausstatten. Eine mögliche Anwendung ist beispielsweise die Emissionsmessung an Schienenfahrzeugen während der Vorbeifahrt. Oberhalb 1 GHz lässt sich Echtzeitscanning einsetzen, um Prüflinge anhand der Richtcharakteristik gemäß den EMV-Produktnormen zu charakterisieren und zu zertifizieren.

Mit dem Einbau von Funk- und PLC-Modulen in Elektrogeräten müssen diese auf Funk qualifiziert werden. Dabei unterdrückt die Messlösung Harmonische durch ein lineares Front-End und speziell abgestimmte Vorselektionsfilter. Das erlaubt eine Messdynamik der Oberwellen von ISM-Bändern von ungefähr 100 dB und für PLC-Bänder von ungefähr 85 dB. Es lassen sich auch die Richtcharakterstik und die Emission von Nebenaussendungen untersuchen. Eine dynamische Analyse der Signale ist ebenfalls möglich. Bei den entsprechenden Messungen gemäß den vorgegebenen Standards sind aufgrund der hohen Dynamik der Messgeräte keine Notch-Filter nötig.

Mit dem Einsatz von Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandlern sowie steigender paralleler Rechenleistung und erhöhte Speicherkapazitäten ist es möglich, beispielsweise Frequenzen von 30 MHz bis 6 GHz mit einer zeitlichen Auflösung von 500 ms gleichzeitig zu erfassen und als Spektrogramm in Echtzeit darzustellen. Bandbreiten von 162,5 MHz können spektral mit einer zeitlichen Auflösung von 1 µs an 64.000 Frequenzpunkten gleichzeitig analysiert werden. Die Daten werden lückenlos gespeichert und können später ausgewertet oder weiterverarbeitet werden. Dank des 64-Bit-Adressraums können Datenmengen von mehreren Gigabytes gespeichert und verarbeitet werden.

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