Grundlagen der Störemissons- Messtechnik - Schurter

Grundlagen der Störemissons- 

Messtechnik 

Karl-Heinz Weidner 

Rohde & Schwarz GmbH & Co.KG 

Inhalt 

EMV-Modell 

Messungen nach CISPR-Standards 

Bewertungsdetektoren nach CISPR 

Messempfänger vs Spektrumanalysator 

Anwendung von Zeitbereichsverfahren in der 

Störemissionsmesstechnik 

21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 2 

1

EMV-Modell 


Übertragungswege von EMV-Signalen 

Galvanische 

Kopplung 

"geleitet" 

Quelle 

Quelle 

Elektromagnetische 

Feldkopplung 

"gestrahlt" 

(Fernfeld) 

U, I 

Senke 

Senke 

Kapazitive 

Kopplung 

"gestrahlt" 

(Nahfeld) 


Induktive 

Kopplung 

"gestrahlt" 

(Nahfeld) 

H 

H 

E 

E 

Senke 

Quelle 

Senke 

Quelle 

2

Anordnungen zum Messen der EMV 

Störquelle 

Geräte zur Messung der 

Störfestigkeit 

Generator für 

die Störgröße 

Ankopplung 

(NNB, Stromzange, 

Meßantenne) 

Kopplung 

EMS 

EMI 


Störsenke 

"Opfer" 

Netznachbildung 

Stromzange, 

Meßantenne 

Frequenzabhängigkeit der Störemissionen 

Werte für Messungen nach zivilen Standards 

0.01 

geleitete EMI 

(differential mode) 

0.1 

Störspannung 

Störfeldstärke (magn. Feldkomp.) 

0.15 

1 

geleitete EMI 

(common mode) 

Nahfeldkopplung 

10 


30 

Funktionskontrolle 

Geräte zur Messung der 

Störaussendung 

Störfeldstärke 

(elektr. Feldkomp.) 

Fernfeldkopplung 

100 

f / MHz 

Messempfänger, 

Spektrumanalysator 

1000 

3

Klassifizierung von EMI-Messungen 

Compliance Messgeräte 

EMI-Messungen mit genauem 

Bereich 3 

EMI-Messempfänger 

konform nach CISPR 16-1-1 

Grenzwertvergleich 

Normenkonforme 

Messungen 

EMI-Messungen mit 

Bezug auf Grenzwerte 

Bereich 2 

- mit Vorselektionsfilter 


nicht voll konform nach CISPR 16-1-1 

Highend-Spektrumanalysatoren 

Einfache Diagnose 

ohne Bezug auf 

Grenzwerte 

Precompliance-Messungen 

- ohne Vorselektionsfilter 

Bereich 1 

Entwicklungsbegleitende 

Diagnosemessungen 


Übersicht EMI-Messungen 

Messverfahren 

magn. 

Rahmenantenne 

militärisch 

& zivil 

Störquelle 

Nahfeld 

elektr. 

Stabantenne 

militärisch 

(zivil) 

Störstrom 

Stromzange 

Fernfeld 

militärisch 

lineare 

Breitbandantenne 

Transducer 

militärisch 

& zivil 

zivil 

Störleistung 

Absorberzange 

zivil 

(militärisch) 

Störspannung 

Conducted 

EMI NNB 

Netznachbildung 

EMI 

Messempfänger 


Precompliance Messempfänger & 

Mittelklasse-Spektrumanalysatoren 

Standard-Spektrumanalysatoren, 

Voltmeter, Oszilloskope 

EMI-Messungen (zivile Standards) 

CISPR Band A: 9 kHz - 150 kHz 

Störspannung 

Störfeldstärke (magn. Komponente) 

CISPR Band B: 150 kHz - 30 MHz 

Störspannung 

Störfeldstärke (magn. Komponente) 

CISPR Band C: 30 MHz - 300 MHz 

Störleistung 

Störfeldstärke (elektr. Komponente) 

CISPR Band D: 300 MHz - 1000 MHz 


CISPR Band E: 1 GHz - 6 GHz 


EMI-Messungen (milit. Standards) 

30 Hz – 40 MHz 

Störspannung 

30 Hz – 18 (40) GHz 

Störstrahlung 

4

Modell für EMI-Messungen nach milit. Standards 

1 m 


(30 Hz – max. 40 GHz) 

Quelle Senke 

Störspannung 

(ca. 30 Hz - 40 MHz) 

Hülle des Fahrzeugs/Schiffes/Flugzeugs Rahmen/Spant (5 cm) 

Messung in geschirmten Räumen 

Störstrahlung: Messabstand 1 m 

Keine echte Unterscheidung zwischen Nah- und Fernfeld 

Erweiterter Frequenzbereich gegenüber zivilen Standards 


Messungen nach CISPR-Standards 


5

Umorganisation von CISPR 16 im Jahr 2003 

OLD CISPR 16 publications NEW CISPR 16 publications 

CISPR 16-1-1 Measuring apparatus 

CISPR 16-1 

CISPR 16-2 

CISPR 16-3 

CISPR 16-4 

Radio disturbance 

and immunity 

measuring 

apparatus 

Methods of 

measurement of 

disturbances and 

immunity 

Reports and 

recommendations of 

CISPR 

Uncertainty in EMC 

measurements 

CISPR 16-1 Übersicht 

CISPR 16-1-2 


Ancillary equipment – conducted 

disturbances 

CISPR 16-1-3 Ancillary equipment – disturbance power 

CISPR 16-1-4 Ancillary equipment – radiated disturbances 

CISPR 16-1-5 

Antenna calibration test sites for 30 to 

1000 MHz 

CISPR 16-2-1 Conducted disturbance measurements 

CISPR 16-2-2 Measurement of disturbance power 

CISPR 16-2-3 Radiated disturbance measurements 

CISPR 16-2-4 Immunity measurements 

CISPR 16-3 CISPR technical reports 

CISPR 16-4-1 Uncertainties in standardised EMC tests 

CISPR 16-4-2 Measurement instrumentation uncertainty 

CISPR 16-4-3 

CISPR 16-4-4 


Statistical considerations in the 

determination of EMC compliance of massproduced 

products 

Statistics of complaints and a model for the 

calculation of limits 

Spezifikation von "Radio disturbance and immunity 

measuring apparatus and methods" 

Teil 1 

"Radio disturbance and immunity measuring apparatus" 

1-1 Messempfänger 

1-2 Störspannungsmessung 

1-3 Störleistungsmessung (MDS) 

1-4 Störstrahlungsmessung 

1-5 Kalibrierung von Messantennen 

6

CISPR-Untergruppen (sub committees) 

CISPR besteht aus sechs Untergruppen die folgende Schwerpunkte haben: 

CISPR/A - Messgeräte und Messmethoden, statistische Modelle 

CISPR/B - Störungen in industriellen, wissenschaftlichen oder medizinischen 

Geräten, Energieversorgungsnetzen, Hochspannungsgeräten und 

Beförderungsmittel 

CISPR/D - Störungen in motorbetriebenen Fahrzeugen 

CISPR/F - Störungen in Haushaltsgeräten, Werkzeuge und 

Beleuchtungsanlagen 

CISPR/H - Grenzwerte zum Schutz von Radiosendern 

CISPR/I - Elektromagnetische Kompatibilität von IT-Ausrüstung,Multimedia- 

Geräten und Rundfunk-Empfängern 


Störaussendungsmessungen nach CISPR-Standards 

Produktstandard 

Störspannung 


(magn. Komponente) 


(elektr./elektromagn. 

Komponente) 

Störleistung 

Industrial, 

scientific 

and medical 

(ISM) radiofrequency 

equipment 

11 

Х 

Х 

Х 

(Х) 

Sound and 

television 

broadcast 

receivers 

and 

associated 

equipment 

13 

Х 

Х 

Household 

appliance, 

electric tools 

and similar 

apparatus 

14 

(Х) 


Х 

Х 

Electrical 

lighting and 

similar 

equipment 

15 

Х 

Х 

Х 

(Х) 

Information 

technology 

equipment 

(ITE) 

22 

Х 

Х 

Х 

For 

protection 

of receivers 

used on 

board of 

vehicles, 

boats, and 

on devices 

25 

Х 

Х 

7

Störspannungsmessung mit V-Netznachbildung 

Messanordnung 

> 200 > 200cm 

> 200 cm 

Bezugsmasse 

groundplane 

Messobjekt 

DUT 

40 

> > 80 80cm 

niederohmige 

Verbindung LISN 

30 30 to - 40 cm 

80 cm 80 



test receiver 

V-NNB 

Holztisch 

wooden 

table 


Merkmale 

Messobjekte: Alle nichtmilitärischen Geräte 

Messung der geleiteten EMI als Spannung bezogen auf Schutzerde (PE) 

unter Verwendung einer standardisierten Lastimpedanz 

Frequenzbereich: (9 kHz)150 kHz bis 30 MHz (CISPR-Band A + B) 

Messgeräte: Messempfänger, V-NNB, Bezugsmasse, (Handnachbildung) 

Wichtig für Messempfänger: Impulsgeschützter Eingang 

Wichtig für Bediener: Elektrische Sicherheit 

Messung auf allen Phasen zur Worst-Case-Störgrößenbestimmung 

(& Handnachbildung für CISPR 14) 


8


Funktionsprinzip V-NNB 

Netzanschluß 

RF 

Filter 

Impedanzsimulation/ 

stabilisierung 

AC/DC 

RF 

Messobjekt 


Hochpass 

230 V/50 Hz 

110 V/60 Hz 



Impedanz V-NNB 

50 Ω / 50 µH + 5 Ω V-Netznachbildung 9 kHz – 30 MHz 

50 Ω / 50 µH V-Netznachbildung 150 kHz – 30 MHz 

OHMs 

70 

50 

30 

10 

0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 30 MHz 

50 uH 

5 

50 50 uH 50 


9

Störspannungsmessung 

Gleichtakt- / Gegentaktstörsignale (1) 

(L) (N) (L) (N) 

V DM 

I DM 

differential 

mode 

I CM 


Störspannungsmessung 

Gleichtakt- / Gegentaktstörsignale (2) 

(L1) 

(PE) 

V-NNB 

V- type 

LISN 

V int 

(L2) 

V CM 

(PE) 

I CM 

common 

mode 

Gegentakt Gleichtakt 

(L1) 

(GND) 

V-Netznachbildungen unterscheiden nicht zwischen 

Gleichtakt- und Gegentaktstörsignalen 


T-NNB 

T- T-type type 

LISN AN 

(L2) 

V int 

10


Handnachbildung (z.B. CISPR 14) 

Verbindung mit 

metal. Gehäuseteilen 

Folie um Motorposition 


Bezugsmasse (reference ground plane) 

V-NNB 


Folie um Griff Worst-case-Messung mit und ohne Handnachbildung 

Störleistungsmessung mit Absorberzange 

Messanordnung 

30 MHz 

30 MHz 

80 MHz 

300 MHz 

Messobjekt 

DUT 

1 halfwave/30 MHz = 5 m 

Eine Halbwelle = 5 m 

Eine Halbwelle = 0,5 m 

1 halfwave/300 MHz = 50 cm 

Eine Halbwelle = 1,9 m 

1 halfwave/80 MHz = 1.9 m 

MDS 

5 m 5m + + 22*60 x 0,6 cmm 

MDS Absorberzange 



test receiver 

Holztisch 

wooden table 

11


Merkmale 

Messobjekte: Haushaltsgeräte, Werkzeuge 

teilweise Radio/TV-Geräte 

Messung der gestrahlten EMI als geleitete Störgröße (Reduzierung des Aufwands) 

unter Verwendung einer MDS-Absorberzange einer standardisierten Lastimpedanz 

Frequenzbereich: 30 MHz bis 300 MHz (CISPR-Band C) 

Messgeräte: Messempfänger, Absorberzange (MDS) mit Kabel, Gleitbahn 

Wichtig für Messempfänger:Besonderheit bei Transducerfaktor 

Messung auf verschiedenen Messzangen-Positionen zur 

Worst-Case-Störgrößenbestimmung 



Funktionsprinzip 

EMI 

source 

Störquelle 

Messobjekt EUT 

Z Gen 

Ausgangsleistung 

= max. 

P S 

Z load 

= ? 

Anpassung! 

Z Last = Z Gen 

Z in 


Z L 

I 

Z L 

Z L 

Z 

V 

Z Last 

Z L 

12


Aufbau der Absorberzange 

Messobjekt 

+ Netzkabel 

MDS 

Netzkabel vom 

Messobjekt 

StromzangeR 

Ferritringe 


Störstrahlungsmessung 

Freifeldmessplatz (OATS) 

> 3 3 m 

> 3 m 

> 3 10 m 

> 5 m 

lin. Breitbandantenne 

log.-per. antenna 

RF-Last (Z = 240 Ω) 

Absorberzange 

loop Rahmenantenne 

antenna 

refl. ground Bodenplatte plane 

1 to 4 m 


P = i 2 Z 

Messobjekt 

DUT 

Drehtisch turntable 

CISPR-Ellipse 

CISPR ellipse 

d = 3 m > 3 m 

refl. ground Bodenplatte plane 

Messobjekt 

DUT 

Drehtisch turntable 

1 m 

d = 10 m > 5 m 

Netzanschluß 


CISPR-Ellipse 

CISPR ellipse 

im Nahfeld 

im Fernfeld 

13

Störstrahlungsmessung mit Messantennen 

Merkmale 

Messobjekte: ISM, ITE, Automotive 

teilweise Radio/TV-Geräte, nicht Haushaltsgeräte/Werkzeuge (Störleistung) 

Messung der gestrahlten EMI als elektrische/magnetische Feldstärke 

mit linearen Messantennen auf Freifeldmessplätzen/in Absorberkammern 

Frequenzbereich: 9 kHz bis 6 GHz (CISPR-Band A-E) 

Messgeräte: Messempfänger, Messantennen, Drehtisch, Antennenmast 

Wichtig für Messempfänger:Antennenfaktor 

Wichtig für Messplatz: Messplatzvalidierung (NSA) 

Messung mit verschiedenen Drehtisch-/Antennenhöhe-Positionen/Antennenpolarisationen 

zur Worst-Case-Störgrößenbestimmung 

line impedance ZL 



Fernfeldausbreitung 

= 

L′ 

C′ 


Freiraumimpedanz der elektromagnetischen 

Welle: 

Z 0 = E 0 / H 0 

L‘ ⇒ µ 0 C‘⇒ ε 0 

Z 

0 

µ 

= 0 ⎡ ⎤ 

⎢⎣ ⎥⎦ 

= 120πΩ 

≈ 377Ω 

F 

ε m 

m 

H 

0 

14


Nahfeld-/Fernfeldimpedanz 

Z 

Dipolstruktur 

Z 

Rahmenstruktur 

Z 

Hochohmiges Nahfeld (elektrische Feldkomponenete/kapazitive Kopplung) 

Z 

Z 

Niederohmiges Nahfeld (magnetische Feldkomponenete, induktive Kopplung 

Grenzradius 

Elementarstrahler rg 

≈ 

λ 

2 ⋅π 

Reale Antenne 



r g 

r g 

2 

2 ⋅ D 

≈ 

λ 

E ( V / m ) 377 120 Ω Messantenne 

Antenna 50 Ω 

V 

1 

( V ) 

Fernfeld 


Antennenfaktor (Transducer) 

a_transd 

V 1 (V) K(1/m) = E(V/m) E[dBuV/m] = V 1 [dBuV] + k [dB (1/m)] 

Feldstärke = Messempfängerpegel + Antennenfaktor 

Resonanzverlauf 

D= max. Durchmesser 

der Antennenkonstruktion 

Beispiel: 

HK116 Bikonische Antenne 

"ein" 

"aus" (Antennenkorrekturfaktor) 

"aus" 

"ein" 

(Antennengewinn) 

15


Freifeldmessplatz (OATS) 

> 3 10 m 

>5 m 

1..4 m 

l 1 direkte Welle 

l2 reflektierte Welle 


DUT 

1 m 

10 m >5 m 

ϕ (l 2 –l 1) = n 180° mit n = 1,3,5… gegenphasige Überlagerung = Feldstärkenauslöschung 

ϕ (l 2 –l 1) = n 180° mit n = 2,4,6… Überlagerung in Phase = Feldstärkenüberhöhung (≤ 6 dB) 


Störgrössenmaximierung ("worst case") 

Mast 1 … 4 m 

Polarisation 90° 

Messobjekt 

Drehtisch 0 … 360° 


u-feld-3 

16


Magnetische Feldkomponente (CISPR 15) 

Messung der 

magnetischen 

Feldkomponente mit der 

Dreifach-Rahmenantenne 

(Störgrößenmaximierung) 

DUT 

Ferrit- ferrite 

absorber absorbers 


Bewertungsdetektoren nach CISPR 


Koax- coax 

schalter switch 


EMI test receiver 

17

Weiterverarbeitung des ZF-Ausgangssignals 

ZF-Filter 

t mess 

t 

Hüllkurvendemodulator/ 

-gleichrichter 

t mess 


t 

Detektor 

(Bewertung) 

Videosignal 

Eigenschaften der "klassischen" EMI-Detektoren 

Peak 

Quasipeak 

lin. Mittelwert 

UPK 

UQP 

UAV 

U 


t mess 

t 

Kalibrierung erfolgt auf den Effektivwert 

eines unmodulierten Sinussignals 

= gleiche Anzeige für Schmalbandstörer (CW) 

U P 

U QP 

U AV 

t 

18

Bewertung von pulsförmigen Störsignalen 

Beispiel für CISPR-Band B 

10 

0 

2 3 5 10 

1 

2 3 5 10 

2 

2 3 5 10 

3 

2 3 5 10 

4 

2 3 5 10 

5 

Hz 

PK 

QP 

RMS 

CISPR-AV Detektor (1) 

Pulswiederholrate (PRF) 

Pulse repetition frequency (PRF) 

AV 


für CISPR CISPR-Band band B (150 B (150 kHz kHz to -30 30 MHz) 

Average Detektor Zeitkonstante 

gem. CISPR 16-1-1 1st Edition (EN 55016-1-1:2004 ) auch für f > 1 GHz (Band E) 

Envelope 

detector 

Meter 

simulating 

network 

Für pulsmodulierte Signale mit 

einer Wiederholrate kleiner als die 

Instrumentenzeitkonstante T meter 

(z.B. f p < 6 Hz für Band A/B) ist 

das Messergebnis nicht der 

lineare Mittelwert sondern 

der Maximalwert 

am Ausgang des "Meter simulating 

network" 

A 

D 

Micro 

processor 

Maximum-Anzeige 


0 

-10 

-20 

-30 

-40 

-50 

-60 

-70 

-80 

dB 

19


Der CISPR-Average-Detektor liefert einen bewerteten Mittelwert 

Anzeige des Maximalwertes des linearen Mittelwertes während der Messzeit 

Dient zur Bewertung gepulster sinusförmiger Signale mit niedriger Wiederholrate 

Kalibrierung mit dem RMS-Wert eines unmodulierten sinusförmigen Signals 

Mittelwertbildung mittels Tiefpass 2. Ordnung (Simulation eines mechanischen 

Anzeigeinstruments) 

Zeitkonstante des Tiefpasses und ZF-Bandbreite sind frequenzabhängig 

(siehe obige Tabelle) 



Messzeiten: f p > 10 Hz: T meas > 10/f p , pulse width = 10 ms = const. 


Band A/B: 

Tmeter = 160 ms 

Band C/D/E: 

T meter = 100 ms 

20


f p = 1 Hz = const. 

Band A/B: 

Tmeter = 160 ms 

Band C/D/E: 

T meter = 100 ms 


Anwendung des CISPR-AV Detektors (1) 

Amendment A1:2002 zu CISPR 16-1:1999 (2nd Edition) 

AV - Grenzwerte sind üblicherweise für Funkstörspannungs- und -leistungsmessungen 

definiert. 

Die Anforderungen an den Mittelwert-Detektor wurden geändert. 

Die neuen Anforderungen müssen bereits seit 2003 erfüllt werden, sofern der 

entsprechende Produktstandard auf eine undatierte Basisnorm referenziert 

(z.B. CISPR 13:2001) 

Nach der CISPR-Umorganisation in Europa veröffentlicht als 

EN 55016-1-1:2004 (CISPR 16-1-1:2003 1st Edition) 

d.o.w. * = 01. 09. 2007 

*: d.o.w. = date of withdrawal, 

Zeitpunkt für den nationale Standards (Produkt- und Basisnorm), die mit den aktuellen europäischen Normen nicht (mehr) 

übereinstimmen, ungültig werden. 


21

Anwendung des CISPR-AV Detektors (2) 

Produktstandards die den CISPR-AV Detektor erfordern: 

CISPR 11:200x Anwendbar mit Veröffentlichung der 5. Ausgabe (in 2008 erwartet) 

CISPR 12:200x Linearer AV und CISPR-AV seit 2007 anwendbar 

CISPR 13:2001 Obligatorisch seit 2003 

CISPR 14-1:2005 Obligatorisch seit 01. 09. 2007 * 

CISPR 15:2005 Obligatorisch seit 01. 09. 2007 * 

CISPR 22:2005 Obligatorisch seit 01. 09. 2007 * 

CISPR 25:200x Anwendbar mit Veröffentlichung der 3. Ausgabe (in 2008 erwartet) 

*: Basiert auf "date of withdrawal" für CISPR 16:1999 und seinen Anhängen; 

ab diesem Datum muß CISPR 16-1-1:2003 (in Europa als EN 55016-1-1:2004 veröffentlicht) angewendet werden. 

RMS/AV-Detektor (1) 


Für die Schutzanforderung der digitalen Funkkommunikationssysteme (GSM, 

DECT, TETRA, W-CDMA, DVB-T, etc.) hat sich der Quasipeak-Detek-tor als 

inadäquat erwiesen (Pk, QP: Überbewertung / Avg: Unterbewertung). 

Eine geeignetere Bewertungscharakteristik ist erforderlich! 

Eine Kombination aus RMS-Detektor und nachfolgendem linearem Mittelwertdetektor 

mit Instrumentenzeitkonstante und Spitzenwertanzeige wurde als 

bester Kompromiß für diese Aufgabe gefunden. 

RMS 

detector 

Abfall 

10 dB/Dekade 

linear 

average 

detector 

Abfall 

20 dB/Dekade + 

Intrumentenzeitkonstante 


Peak 

reading 

Für niedrige 

Pulswiederholraten 

fp < 10 Hz 

22


RMS+Average weighting functions for Bands A, B, C/D and E 

Weighting 

Factor/dB RMS-AV Bands C/D 

80 

RMS-AV Band E 

RMS-AV Band A 

RMS-AV Band B 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

fp/Hz 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 

RMS/AV-Bewertung für die CISPR-Bänder A, B, C/D und E für kürzeste Pulsbreite gem. 

ZF-Bandbreite 



RMS+Average weighting detector compared to existing detectors 

Weighting 

(example as proposed for Bands C and D) 

Factor/dB Average 

70 

RMS-AV 

Quasi-Peak 

Peak 

60 

RMS-AV 

RMS/AV 

50 

Quasipeak 

40 

30 

20 

10 

Peak 

20 dB/decade 

corner frequency 

10 dB/decade 

Linearer Average 

0 

fp/Hz 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 


Peak 

RMS-AV Detektor für CISPR-Bänder C/D mit einer Eckfrequenz von 100 Hz 

Asymptote bei 58,7 dB und PRF 1 Hz aufgrund der Instrumentenzeitkonstanten 

23

Anwendung des RMS/AV-Detektors 

Amendment 2:2006 für CISPR 16-3 2.Ausgabe 

Technischer Report wurde veröffentlicht 

Hintergrundmaterial zum RMS/AV-Bewertungsdetektor für Messempfänger 

Amendment 2:2007 für CISPR 16-1-1 2. Ausgabe 

Amendment 2 wurde im Juli 2007 veröffentlicht 

Der bestehende RMS-Detektor ist durch den neuen RMS/AV-Detektor ersetzt 

Frequenzbereich 9 kHz bis 18 GHz 

Spezifische Definitionen für Overload-Faktor und Impulsverhalten 

CISPR/I/232/CD – Neues Amd. 3 für CISPR 13 4. Ausgabe 

CD ist bestätigt; nächster Schritt ist CDV (Committee Draft for Vote) 

Einführung des RMS/AV-Detektors als eine Alternative zum Quasipeak- und Mittelwert-Detektor 

zur Messung geleiteter und gestrahlter Störemissionen 




24


Blockschaltbild 



1 

Vorselektion 

Vorverstärker 

(Vorverstärker) 

G 

6dB Filter 

Scanner 

3dB Filter 

Sweeper 


log 

Detektoren 

peak 

average 

quasipeak 

log 

log 

Detektoren 

peak + 

"video filter" 

Frequenzabstimmung bei Messempfänger und 


f 

f 

Scan 

t tmess mess 

Synchronisierter Sweep 

t settle 


t 

t 

f REF 

klassischer Messempfänger 

moderner EMI-Messempfänger 


Phase 

comp. 

Phase locked loop (PLL) 

1 

n 

VCO 

f aus 

25

Spektrumanalysator (breitbandig) 

P 


Messempfänger (frequenzselektiv) 

P 

1 

Mischerpegel 


Außerbandsignale 

ohne Vorselektion 

m-spek-1 

Außerbandsignale 

mit Vorselektion 

m-spek-1 

f 

f 

26

Wirkung der Vorselektion 

Breitbandsignal mit Tiefpaß 


Pegelverringerung durch Bandbreitenreduktion 

V RF 

Selektivität 

BW RF 

V RF /V ZF = BW RF /BW ZF 

p RF /p ZF = 20 log (BW RF /BW ZF ) 


f 

V ZF 

U 

f 3 = 3 f1 

f 5 = 5 f1 

f 7 = 7 f1 

f 9 = 9 f1 

BW 

ZF 

79,6 dBuV 

f 1 

f 11 = 11 f1 

11 

fn n = 1 

∞ 

fn n = 1 

mit 

Vorselektion 

ohne 

Vorselektion 

m-nbbb-1 

f 

t 

27

p IN 

1 dB-Kompression 

20 log (BW RF /BW ZF ) 

N 

F 

120 dBuV 

60 dBuV 

QP-Reserve ≤ 43.5 dB 

verbleibender 

CISPR- 

Dynamikbereich 

für Breitbandstörer 

≈ 0 dBuV 

P ind max 

p ind 

p n 


Dynamikverringerung durch 

Quasipeak-Charakteristik 

0 1 2 3 4 5 

10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 Hz 

Dynamikbereich 

für Schmalbandstörer 

Ausreichende CISPR-Anzeigedynamik für 

Normenkonformität 

P in 

20 lg ( B / B ) 

HF ZF 

43.5 dB 


≈ 6dBuV 

0 1 2 3 4 5 

10 23 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 Hz 

quasipeak 

S/N 6 dB 

P disp 

(QP) 

P ind 

0 

-10 

-20 

-30 

-40 

dB 

28

Fehlende CISPR-Anzeigedynamik zur 

Normenkonformität (Precompliance) 

P in 

20 lg ( B / B ) 

RF IF 

43.5 dB 

0 1 2 3 4 5 

10 2 3 5 

10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 Hz 

quasipeak 


S/N 6 dB 

ZF-Selektion bei Messempfänger und Analysator 

p 

U ZF 



f 

Bessel-Filter 

U 

Gauss-Filter ZF 

Chebychev-Filter 

t 


P disp 

Pind(QP) t 

29

ZF-Filtereigenschaften 

Bandbreitenverhältnis 3 dB (6 dB) : 60 dB 

Formfaktor ("shape factor") 

Spektrumanalysator 1 : 6 … 12 

Einschwing-optimiert 

(kurze Sweepzeit) 

Messempfänger 1 : 2 … 5 

Normativ (EMI: CISPR16-1-1) oder 

an Signaltyp (Nutzsignal) angepaßt 

(Kanalfilter; Impulsbandbreite) 


Vergleich digitales vs analoges Filter 

Vorteile digitaler Filter 

Keine Alterung der Bauteile; 

optimale Langzeitstabilität 

Schnellere Sweeps möglich 

mittels Ergebniskorrektur 

Exakte Filterkurven; 

alle Formfaktoren 

Sehr gute Reproduzierbarkeit 

der Messergebnisse 


Moderne Analysatoren und Empfänger 

haben digitale Auflösebandbreiten 

30

Anwendung von Zeitbereichsverfahren 

in der Störemissionsmesstechnik 


Problemstellung bei der Störemissionsmessung 

nach kommerziellen Produktstandards 

Die Art des Störsignals ist meist unbekannt 

Die Einschwingzeit der Messbandbreite und das Zeitverhalten des 

Störsignals müssen berücksichtigt werden 

Der vorgeschriebene Frequenzbereich muß lückenlos erfasst werden 

Das Messergebnis muß den spezifischen Einfluß der Störquelle auf 

die menschliche Störsenke beschreiben (Quasipeak-Bewertung) 

Mit konventionellen Verfahren ist die Messzeit oft sehr lang, 

insbesondere bei der Störstrahlungsmessung ab 30 MHz 


31

Minimale Messzeiten mit Peak- und Quasipeak- 

Detektor 

Annex B in CISPR 16-2-1 bis 16-2-3 enthält eine Tabelle mit genauen Angaben zu den 

Mindest-Sweepzeiten. 

Aus dieser Tabelle können 'Minimum Scan-Zeiten' für die CISPR-Bänder abgeleitet 

werden: 

Frequency Band Peak detection Quasipeak detection 

A 9 to 150 kHz 100 ms/kHz: 

14.10 s 

B 0.15 to 30 MHz 100 ms/kHz: 

2 985 s 

C/D 30 to 1 000 MHz 1 ms/MHz: 

0.97 s 

Alle kommerziellen Produktstandards enthalten nach wie vor eine Quasipeak- 

Bewertung! 


Verfahren zur Messzeitreduzierung 

Signalerfassung im Frequenzbereich mit 

Pk/Avg-Bewertung (Vormessung) 

Datenreduktion (Frequenzliste) 

Maximierungmessung und Nachmessung 

gem. Frequenzliste 


20 s/kHz: 

2 820 s = 47 min 

200 s/MHz: 

5 970 s = 1 h 39 min 

20 s/MHz: 

19 400 s = 5h 23 min 

32

Prinzip der Frequenzabstimmung in Schritten 

Anforderung für hinreichenden Messgenauigkeit: 

Schrittweite ∆f ≤ 0.5 x ZF-Bandbreite Messempfänger 

Schmale ZF-Bandbreiten erzeugen eine große Anzahl von Messschritten: 

30 - 1000 MHz; RBW 9 kHz; ∆f =4 kHz 242 000 Messpunkte 


Korrekte Einstellung der Messzeit für die 

Vormessung (Prescan) 

Scan (Messempfänger) 

Die Messzeit pro Frequenzschritt muß mindestens so lang sein wie die 

Pulswiederholrate (PRF) des Störsignals 

Beispiel CISPR 25: 

242 000 Messpunkte x 10 ms = 2 420 s = ca. 40 Min. 

Sweep (Spectrum Analyzer) 

So langsam das bei jeder Frequenz das Pulsereignis korrekt erfaßt wird, 

oder 

wiederholte Sweeps mit 'Max Hold' solange, bis sich das Störspektrum 

nicht mehr ändert. 


33

Time-Domain EMI-Messsystem 

Neues Verfahren für die Störemissionsmessung 

Erfüllt alle Messzeitenanforderungen, auch für 1 Hz-Pulsstörer 

Erheblicher Geschwindigkeitsgewinn gegenüber konventionellen 

Messverfahren 

Prinzip: 

Erfassung von Frequenzbereichen >> ZF-Bandbreite während der 

Messzeit 


Prinzip des Time Domain Scan 

Frequenzbereich: 

Aufteilung des zu messenden 

Frequenzbereichs in 

aufeinanderfolgende Teilbereiche und 

Filterung 

F(s) f(t) 

 

Fast Fourier Transformation: 

Transformation der abgetasteten Signale vom 

Zeit- in den Frequenzbereich (Teilspektrum) 

 


Zeitbereich: 

Zeitliche Abtastung des gefilterten Signals mit 

hoher Geschwindigkeit und Auflösung 

 

Frequenzbereich: 

Erzeugung des Gesamtspektrums aus den 

transformierten Teilspektren 

34

Blockschaltbild eines TD-Messsystems (R&S ESU) 

Receiver 

preselection 

and mixer 

wideband 

IF filter 

 

20.4 MHz 

ADC Resample UMOD 

1) ZF-Filter mit schaltbarer Bandbreite (max. 10 MHz) 

2) A/D-Wandler 81.6 MHz/14 bit für Teilspektren bis max. 7 MHz und hohe Dynamik 

3) Resampler zur Datenreduktion soweit möglich (RBW, Span) 

4) Universal Digital Module (UMOD) zur ZF-Analyse und Bargraph-Anzeige 

5) 16 Msamples RAM für lückenlose Messungen bis zu 1 s Messzeit 

6) CPU Intel 1 GHz Celeron M zur Fensterung und FFT-Berechnung 



 

RAM 

main 

processor 

Normenkonformität des Messverfahrens mit TD-Scan 

1) Die Messzeit Tm muß für 

jeden Teilfrequenzbereich 

länger sein als 

das Pulswiederholinterval 

Tp um das 

Breitbandspektrum "BB" 

korrekt zu erfassen 

2) Das Vormessergebnis kann mit den bekannten Verfahren analysiert und die 

kritischen Frequenzen ermittelt werden 

3) Die Nachmessung erfolgt – wie bisher – auf konventionelle Weise mit Quasipeak- 

(und Average-) Bewertung 

4) Die Messung ist konform mit CISPR 16-1-1 

35

Vergleich der Messzeiten für die Vormessung (1) 

Scan mit schrittweiser Frequenzabstimmung vs Time-Domain-Scan 

Bereich 

30 MHz – 1 GHz 

Scan-Modus 

Stepped Scan 

TD AUTO PULSE 

TD AUTO CW 

Bereich 

30 MHz – 1 GHz 

Scan-Modus 

Stepped Scan 

TD AUTO PULSE 

TD AUTO CW 

RBW 

120 kHz 

RBW 

9 kHz 

Messzeit 

16 s 

7,5 s 

10 ms 

Gesamtmesszeit 

5 min 56 s 

Messzeit 

10 ms 


116 min 24 s 

21 s 

7 s 

Schrittweite 

30 kHz 

Faktor 

22 

47 


1 

Schrittweite 

2,25 kHz 

Faktor 

1 

332 

997 

Vergleich der Messzeiten für die Vormessung (2) 

Scan mit schrittweiser Frequenzabstimmung vs Time-Domain-Scan 

Bereich 

9 kHz – 150 kHz 

Scan-Modus 

Stepped Scan 

TD AUTO PULSE 

TD AUTO CW 

RBW 

200 Hz 

Messzeit 

20 ms 


139 s 

130 ms 

129 ms 

Schrittweite 

50 Hz 

Faktor 

1069 

1077 


1 

36


37

Grundlagen der Störemissons- Messtechnik - Schurter

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