Kurt Lamedschwandner - HTL Wien 10

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Kurt Lamedschwandner 

EMV elektronischer Geräte und Systeme 

Übersicht und Anwendung 


EMV-Prüfzentrum Seibersdorf 

Seibersdorf Labor GmbH 

http://www.seibersdorf-laboratories.at 

HTL Salzburg 

Seite 1

Inhalt 

EMV-Definition und EMV-Umwelt 

Störmodell und EMV-Anforderungen 

EMV-Vorschriften und Normen 

Methoden der EMV-Messtechnik 

Beispiel: Störabstrahlung von Busleitungen 

Zusammenfassung und Ausblick 

Literatur 

Seibersdorf Labor GmbH: Kontaktdaten und Dienstleistungsangebot 




Seite 2



Was versteht man unter EMV? 

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) 

EMV ist die Fähigkeit eines Gerätes in seiner elektromagnetischen Umgebung 

bestimmungsgemäß zu funktionieren ohne dabei andere Geräte zu stören. 

Elektronische Komponenten „vertragen“ sich d.h. 

„stören nicht“ und 

„werden nicht gestört“ 

EM-verträglich zu sein ist ein Qualitätsmerkmal eines Gerätes / 

Systems / Anlage! 


Seite 3

Warum ist Sicherstellung der EMV so wichtig? 

Forderung nach Sicherstellung der elektromagnetischen 

Verträglichkeit, weil 

Rechtliche Erfordernis: Einhaltung der EMVV 2006 zum ETG 1992 

gesetzlich verpflichtend (EMV-Mindestanforderungen!) - 

Voraussetzung für das Inverkehrbringen am europäischen Markt 

Funktionale Sicherheit: spezielle Einsatzsituationen von Geräten 

erfordern für ein Sicheres Funktionieren zusätzliche EMV- 

Maßnahmen; Hersteller haftet für Schäden, die sein Produkt 

verursacht - Produkthaftung! 

Kundenwunsch: Auftraggeber verlangen die Einhaltung höherer 

EMV-Anforderungen - Qualitätsmerkmal eines Produkts 




Seite 4

Begriffsklärung EMV, EMVG, EMVU 

Geräte: 

EMV bzw. EMVG: EMV elektronischer Geräte 

EMC: Electromagnetic Compatibility 

Umwelt: 

EMVU: elektromagnetische Umweltverträglichkeit 

EMF: Electromagnetic Fields bzw. elektrische, magnetische und 

elektromagnetische Felder 




Seite 5



Was versteht man unter EMVU? 

Elektromagnetische Umweltverträglichkeit (EMVU) 

Im Gegensatz zur Geräte - EMV steht die öffentliche Diskussion, 

ob technisch erzeugte elektromagnetische Felder auf den 

Menschen nachteilige gesundheitliche Effekte haben können. 


Seite 6

NF- und HF-Bereich des EM-Spektrums 

‘Niederfrequenz’ ‘Hochfrequenz’ 




Seite 7

Quellen hochfrequenter Felder 

Typische Quellen im Haushalt: 

Mikrowellenherd (2450 MHz) 

Mobiltelefone (GSM 900/1750 MHz, UMTS 1960 MHz) 

Schnurlostelefon (DECT 1880 - 1900 MHz) 

drahtlose Datenkommunikation (WLAN 2450 / 5300 MHz, Bluetooth 2450 MHz , WiMAX 3500 MHz,..) 

Babyphone (27 MHz, 460 MHz, 860 MHz, 2450 MHz) 

div. andere Geräte (drahtlose Köpfhörer, drahtlose Webcams, Funkfernsteuerungen, ...) 

Typische externe Quellen: 

LW/MW/KW - Sendeanlagen (150 kHz – 30 MHz) 

UKW Rundfunksender (87 - 108 MHz) 

VHF/UHF - TV Sender (170 - 860 MHz) 

Mobilfunk-Basisstationen (GSM 940/1840 MHz, UMTS 2140 MHz) 

WLAN Access Points (2,45 GHz und 5 GHz) 

WiMAX Basisstationen (3,6 GHz) 




Seite 8

Elektromagnetische Umwelt 




Seite 9

Radio, TV Mobilfunk 

Straßenbahn 



Schnelle Signalleitungen 

Telefon 

Licht 

Bühne 

Energieversorgungsleitungen 

Sprechfunk Bühnenarbeiter 

Ton 

Trafo 

Bahn 


Seite 10

Inhalt 







Literatur 





Seite 11



Störquelle 

EMV-Störmodell 

Störstrahlung 

Gerät 1 Gerät 2 

Störsignal 

3 Komponenten: 

Störquelle 

Störsenke 

Kopplungswege (Leitung + Strahlung) 

Störsenke 


Seite 12

Störemission: 

Störfeldstärke 

Netzrückwirkungen 

Störspannung 

Störstrom 

Störleistung 



EMV-Störphänomene* 

Störfestigkeit gegen: 

50 / 60 Hz Magnetfelder 

HF-Felder 

HF-Spannungen 

ESD, Burst, Surge 

gestrahlt 

leitungsgeführt 

Spannungseinbrüche, 

Kurzzeitunterbrechungen und 

Spannungsschwankungen 

*) Diese EMV-Störphänomene werden in den üblichen zivilen Normen betrachtet. 


Seite 13

Funksender: Elektrische Feldstärke 

in Abhängigkeit von der Entfernung 

Geräte: 

TETRA: bis 10 W 

GSM 900: bis 2 W 

DCS 1800: bis 1 W 

DECT: 250 mW 

UMTS: 125 mW 

WLAN Devices: 100 mW 

Bluetooth: meist 1 – 2,5 mW 




Seite 14

Herleitung der Formel für 

die Abschätzung der Feldstärke 

im Fernfeld eines Senders mit bekannter Leistung: 

Wirkleistungstransport: 



S E 

H 

2 

S H Z 0 

Feldwellenwiderstand: 

Leistungsflussdichte in Abstand r zu 

Antenne mit ihr zugeführter Leistung P und Gewinn G: 

E 

Z 

2 

0 

Z 

0 

Für einen λ/2-Strahler mit einem Gewinn G i=1,64 ergibt sich für E in 

Hauptstrahlrichtung: 

Z 0 P Gi 

377 P 1, 

64 7 P 

E Z 0 S 

 

 

2 

2 

4 

r 4 

r r 

S 

P G 

 

4 

r 

2 

E 

E 

H 

 

7 

r 

P 


Seite 15

Tragbare Sender 

Abschätzung der Feldstärke im Fernfeld: 

2 W GSM 900 Mobiltelefon in 10 cm und in 1 m Entfernung: 

7 P 7 2 V V 

E 99 100 

r 0, 

1 m m 



7 P 7 2 V V 

E 9, 

9 10 

r 1 m m 

5 W CB-Sprechfunkgerät (WalkieTalkie) in 10 cm und in 1 m Entfernung: 

7 P 7 5 V 

E 157 

r 0, 

1 m 

7 P 7 5 V 

E 

16 

r 1 m 


Seite 16

Ortsfeste Sendeanlagen 

Abschätzung der Feldstärke im Fernfeld: 

10 W GSM-Basisstation mit Sektorantenne mit 17 dBi Antennengewinn 

in Hauptstrahlrichtung in 12 m Entfernung: 

Gi 

 

10 10 

17 



50 

 

Z 0 P G 

377 10 

50 

 

10, 

2 

2 

4 

r 4 

12 

E i 2 

100 kW Rundfunk- oder Fernsehsendeanlage im Frequenzbereich 50 - 800 MHz 

in Hauptstrahlrichtung in 5 m Entfernung: 

3 

7 P 7 100 10 

V 

E 

 

443 

r 5 

m 

V 

m 


Seite 17

Umrechnung verschiedener Größen 

im freien Raum unter Fernfeldbedingungen 

Relationen zwischen Feldstärkewerten und Leistungsflussdichten: 

Nur in der Fernfeld-Zone (r 2 D²/) besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen E- und H- 

Feldern und der Leistungsflussdichte (S). Es besteht dort daher nur die Notwendigkeit, einen der drei 

Parameter zu messen, um eine Expositionssituation eindeutig bestimmen zu können. 




Seite 18

Elektronisches Gerät 

EMV betrachtet Emission + Störfestigkeit: 

Im Prüffrequenzbereich wirken die 

Leiterbahnen am PCB und die 

angeschlossenen Kabel als optimale 

(resonante) Antennen. 

f res 



c0 

 

 

c 

0 

4* 

l 

EMV-Umwelt 

IC 1 

PCB = Gerät 

IC 3 

IC 2 

Störemissionen 


Seite 19

Störungsfreiheit im praktischen 

Betrieb garantiert? 

Elektromagnetische Wechselwirkung: 

Feldquelle elektrisches / elektronisches Gerät 

Quellen elektromagnetischer Felder sind: 

Funksendegerät (z.B. Mobiltelefon) 

Sendestation (z.B. Fernsehsender) 

elektrisch betriebene Bahnen 

industrielle Anlagen 

andere elektrische/elektronische Geräte 




Seite 20

Mögliche Störbeeinflussung, nur 

wenn Störsicherheitsabstand 

nicht eingehalten wird 

Pegel [dBµV/m] 



Störfestigkeitspegel von Gerät 2 

tatsächlicher 

Störsicherheitsabstand 

Störemissionspegel von Gerät 1 

am Ort von Gerät 2 

Mindest Störfestigkeit von Gerät 2 

garantierter 

Störsicherheitsabstand 

Maximal zulässige Störemission von Gerät 1 

am Ort von Gerät 2 

Frequenz [Hz] 


Seite 21



Beispiel 1: elektronische Geräte in 1 m Abstand 

Störquelle 


Störsenke auf 3 V/m 

Störfestigkeit geprüft 

Gerät 1 Gerät 2 

Berechnung Störsicherheitsabstand: 

Gerät 1: Störaussendung am GW = 30 dBµV/m 

entspricht ca. 50 dBµV/m (= 0,3 mV/m) in 1m Abstand 

Gerät 2: für Wohnbereich Mindeststörfestigkeit von 3 V/m = 130 dBµV/m 

Störsicherheitsabstand: Δ = 80 dB Mindeststörsicherheitsabstand 


Seite 22



Beispiel 2: Gerät in typ. Em-Umgebung 

Em-Umgebung 



Em-Umgebung: typisch Feldstärken bis 100 dBµV/m (= 0,1 V/m) 



Gerät 

Elektron. Gerät: für Wohnbereich Mindeststörfestigkeit von 3 V/m = 130 dBµV/m 

Störsicherheitsabstand: Δ = 30 dB Mindeststörsicherheitsabstand 


Seite 23



Beispiel 3: Handy – Elektronik Wohnbereich 

Störquelle 




Handy Elektronik 


2 W Handy: erzeugt ca. 100 V/m = 160 dBµV/m in unmittelbarer Nähe der Antenne 

Elektronik: für Wohnbereich Mindeststörfestigkeit von 3 V/m = 130 dBµV/m 

Störsicherheitsabstand: Δ = -30 dB d.h. Störsicherheit nicht sichergestellt 


Seite 24



Beispiel 4: Handy – Kfz-Elektronik 

Störquelle 


Handy Kfz 




2 W Handy: erzeugt ca. 100 V/m = 160 dBµV/m in unmittelbarer Nähe der Antenne 

Kfz-Elektronik: hat Mindeststörfestigkeit von 25 V/m = 148 dBµV/m aufzuweisen 

Störsicherheitsabstand: Δ = -12 dB d.h. selbst bei Einhaltung der Anforderungen 

der Kfz-EMV-RL ist Störsicherheit nicht sichergestellt => höhere Prüfpegel nötig!!! 

e12 


Seite 25

Ist Systemverträglichkeit sichergestellt? 

„CONSUMER 

ELECTRONICS - WELT“ 

EMV-Gerätegrenzwerte 

harmonisierte EMV-Normen 

EMV-Systemverträglichkeit 

nicht sichergestellt 



„DEPENDABILITY - WELT“ 

EMV-Systemverträglichkeit 

EMV-Systemanalyse 

EMV-Anforderungen an 

Systemkomponenten 

+ = + = 


Seite 26



EMV - Systemanalyse 

+ = 

Das bedeutet, 

dass der Nachweis der Konformität durch Anwendung 

harmonisierter Normen die Störungsfreiheit im praktischen 

Betrieb nicht garantiert. 

Ist zum Nachweis der Sicherheit nicht ausreichend! 


Seite 27

Erhöhung der Störfestigkeit durch 

Schirmung 

Schirmdämpfung von Metallblechen: S [dB] = A [dB] + R [dB] 

Luft 

Z 0 

E i 

H i 

E r 

H r 



E M 

H M 

Metall 

Z M 

d 

E Md 

H Md 

E Mr 

H Mr 

E t 

H t 

Luft 

Z 0 

E 

S log 

E 

i 

dB 20 * 

H 

S [ dB] 

20* 

log 

 

 

H 

S…Schirmdämpfung, 

E…elektr. Feldstärke, H…magnet. Feldstärke 

i…incident, t…transmitted 

Absorption A ~ , f, µ r, d 

Reflexion R ~ , 1/f, 1/µ r (Fernfeld) 

t 

i 

t 

 

 

 

 

 

 


Seite 28

Schirmgehäuse mit Öffnung 

Hohlleiter ermöglichen unterhalb der Grenzfrequenz f c eine 

hohe Schirmdämpfung trotz Gehäuseöffnung 

Beispiel: Öffnung in Schirmgehäuse mit 7cm Durchmesser und 21cm Länge 

Cut-off Frequenz für Kreishohlleiter: 

Wenn t/d ≥ 3 Schirmdämpfung ca.100 dB. 

c 0…Lichtgeschwindigkeit, f c….Cut-off frequency (Grenzfrequenz), λ c…Cut-off wavelength, 

d….Durchmesser des Hohlleiters, t…..Rohrlänge des Hohlleiters 



f 

c 

8 

8 

c0 

c0 

1, 

75* 

10 1, 

75* 

10 

 

1, 

71* 

d d 0, 

07 

c 

2, 

5 

GHz 


Seite 29

Ausbreitung em-Wellen 

Geometrie Kreishohlleiter: d = 7 cm, t = 21 cm 

f = 1,28 GHz 

f = 2,56 GHz 




Seite 30

Praxisbeispiel: Wabenkamine als Lüftungsöffnungen 

Öffnungen höchstmöglicher Schirmdämpfung realisiert man als Hohlleiter 



Quelle: Ott (1998) 


Seite 31

Inhalt 







Literatur 





Seite 32



EMV - Richtlinie 2004/108/EG 

„new approach Richtlinie“ 

Herstellerselbsterklärung! 


Seite 33



EMVV 2006 

Die EMVV 2006 setzt die EMV-RL 2004/108/EG in österreichisches Recht um. 

Sie besteht aus 21 Paragraphen und V Anhängen. 


Seite 34

Konformitätsbewertung 

nach RL 2004/108/EG 



Geräte, Anw. 

harm. Normen 

EMV-Bewertung 

Techn. Unterlagen 

inkl. Prüfbericht 

Geräte, keine 

harm. Normen 

EMV-Bewertung 


Opt.: Ben. Stelle 

EG-Konformitätserklärung und 

CE-Kennz. durch den Hersteller 

Ortsfeste 

Anlagen 

Keine formelle 

EMV-Bewertung 


Kein CE, aber 

Einhaltung der 

Schutzziele 


Seite 35

EMVV § 8 + 9: Grundlegende Anforderungen, 

Schutzanforderungen 

Betriebsmittel und ortsfeste Anlagen müssen nach dem 

Stand der Technik so konstruiert sein, dass 

die von ihnen verursachten em Störungen keinen Pegel erreichen, 

bei dem ein bestimmungsgemäßer Betrieb von Funk- und 

Telekommunikationsgeräten oder anderen Betriebsmitteln oder 

ortsfesten Anlagen nicht möglich ist; 

sie gegen zu erwartende em Störungen hinreichend unempfindlich 

sind, um ohne zumutbare Beeinträchtigung bestimmungsgemäß 

arbeiten zu können. 




Seite 36

EMVV § 10: Harmonisierte Normen, 

Konformitätsvermutung 

Harmonisierte Normen (konkretisieren die grundlegenden 

Anforderungen): 

Einhaltung zutreffender harmonisierter Normen führt wie bisher 

zur Konformitätsvermutung! 

Diese Vermutung der Konformität beschränkt sich auf den 

Geltungsbereich der harm. Normen und gilt nur innerhalb des 

Rahmens der von diesen harm. Normen abgedeckten grundl. Anf. 

Harm. Normen müssen nicht zwingend angewendet werden. 




Seite 37



Hierarchie der Europanormen 

Product Standards (Produktnormen) 

Grenzwerte für Produkte 

Product Family Standards (Produktfamiliennormen) 

Grenzwerte für Produktfamilien 

Generic Standards (Fachgrundnormen) 

Grenzwerte für elektron. Geräte, sofern nicht durch Produkt- oder 

Produktfamiliennormen abgedeckt 

Basic Standards (Basisnormen): 

Messverfahren für EMV-Messungen und Prüfschärfegrade 


Seite 38

Weitere EU-Richtlinien relevant 

für EMVG (Auszug) 

R&TTE - Richtlinie 

Kfz-EMV – Richtlinie (Typgenehmigung erforderlich!) 



e12 


Seite 39

Inhalt 







Literatur 





Seite 40

EMV-Prüfumfang für typisches Gerät (1) 

Störemission (Frequenzbereich ziviler Normen): 

Netzrückwirkungen (100 Hz - 2 kHz) 

Störspannung (150 kHz - 30 MHz) 

Störstrom (150 kHz - 30 MHz) 

Störleistung (30 MHz - 300 MHz) 

Störfeldstärke (30 MHz - 6 GHz) 




Seite 41

EMV-Prüfumfang für typisches Gerät (2) 

Störfestigkeit (Frequenzbereich ziviler Normen): 

Störfestigkeit gegen netzfrequente Magnetfelder (50/60 Hz) 

Störfestigkeit gegen Hochfrequenzspannungen (150 kHz - 80 MHz) 

Störfestigkeit gegen Hochfrequenzfelder (80 MHz – 2,7 GHz) 

ESD, Burst (energiearm), Surge (energiereich) 

Störfestigkeit gegen Spannungseinbrüche, 

Kurzzeitunterbrechungen und Spannungsschwankungen 




Seite 42

Mess- und Prüfaufgaben von 

EMV-Prüflaboratorien 

Störfestigkeitsprüfungen 

Störaussendungsmessungen 

MIL- und Kfz-Pulse 

Funktechnische Messungen 

Streifenleitungsmethode 

Stromeinspeisung (BCI-Verfahren) 




Seite 43

EMV-Prüflaboratorien verfügen über 

aufwändige Laborausrüstungen 

Absorberhalle 

Freifeldmessgelände 

Geschirmtes HF - Labor 

Kfz – Prüfplatz 

Netzoberschwingungen und Flicker - Prüfplatz 

TEM - Zellen 

Streifenleitung (Stripline) 

Verstärker, Messempfänger 

Antennen, Feldsonden, Stromzangen, usw. 




Seite 44


BIKO 

30 MHz - 200 MHz 



Typische EMV - Antennen 

EMV-Prüfzentrum Seibersdorf EMV-Prüfzentrum Seibersdorf 

LPDA 

200 MHz - 1 GHz 

BILOG 

30 MHz - 2 GHz 


HORN 

1 GHz - 40 GHz 


Seite 45

Automatisierte Prüfabläufe 

ermöglichen zeitsparende Messungen 

BILOG Antenne 




Steuersoftware 

Verstärker 



Seite 46

Emissionsmesstechnik 

Methoden zur Charakterisierung des Abstrahlverhaltens: 

Fernfeld: 

Störfeldstärkemessung in 

Absorberhalle / Freifeldmessgelände 

Enthält Information über 

PCB-Abstrahleigenschaften! 



Nahfeld: 

Messung mit Miniaturfeldsonde 

oder Nahfeldscanner 

Enthält keine Information über 

PCB-Abstrahleigenschaften! 


Seite 47

Störemissionsbewertung – Nahfeld 

Scanner ermöglicht Visualisierung von PCB-Emissionen im Nahfeld 

Scanner ist ca. DIN A4 groß 

Matrix mit 32 x 40 = 1280 kleinen H-Feld-Sonden 

ca. 7 mm Auflösung, Frequenzbereich: 50 kHz – 4 GHz 

Baugruppen/Leiterbahnen/Leiterschleifen, wo hohe HF-Ströme fließen, werden lokalisiert 

I 

H = 

2 * r * π 

H (f) ~ I (f), r -1 




Seite 48

Beispiel: Nahfeldmessung 

Ergebnis eines Leiterplattenscans, flächige H-Feld Verteilung, gemessen bei 125 MHz: 



MaxHold über den gesamten 

Frequenzbereich 

und 

Messung bei einzelnen 

Frequenzen möglich. 

Beurteilung von sich 

ändernden Betriebszustände 

in Echtzeit durch ca. 3 - 4 

Flächenscans/sec. 


Seite 49

Störfeldstärkemessung – Fernfeld (1) 

30 MHz - 6 GHz* 

EN 55022:2006+A1:2007 (doc 1.10.2011) 

f** < 108 MHz: Messung bis 1 GHz 

108 ≤ f < 500 MHz: Messung bis 2 GHz 

500 ≤ f < 1000 MHz: Messung bis 5 GHz 

f > 1 GHz: 5 x f oder max. bis 6 GHz 

*) Generics: Messung bis 1 GHz 

**) höchste im Produkt auftretende Frequenz 



10/30 m 

Messaufbau nach CISPR 22 auf einem Freifeldmessplatz gemäß CISPR 16-1-4 

1-4 m 


Seite 50

Störfeldstärkemessung – Fernfeld (2) 

Das Antennensignal wird mit einem Spektrumanalysator über den gewünschten 

Frequenzbereich gemessen. 

Die Feldstärke errechnet sich durch Addition des Antennenfaktors 

(frequenzabhängig!) und der Kabeldämpfung (frequenzabhängig!) zum am 

Spektrumanalysator gemessenen Signal: 

V 

E 

m 

 

 

 




dBV 

 

E 

120 

 

m 

20 

 

 

 

 

 

 

E [dBµV/m] = U [dBµV] + AF [dB/m] + D [dB] 

Mit: 

E = Elektrische Feldstärke 

U = Signal am Spektrumanalysatoreingang 

AF = Antennenfaktor 

D = Kabeldämpfung 


Seite 51



EMI-Receiver 

= Preselektor / Vorverstärker + Spektrumanalysator + Quasi Peak- / Mittelwert-Detektor 

Bei modernen Analyzern 

befinden sich an dieser 

Stelle der ADC sowie die 

DSP-Einheit mit FFT und 

digitalen Detektoren. 

EMV Messempfänger, Rohde & Schwarz 

Die grau hinterlegten Baugruppen sind standardmäßig in Funkstörmessempfängern 

eingebaut. 


Seite 52

Beispiel: Fernfeldmessung 

Ergebnis einer Störfeldstärkemessung, frequenzselektiv, 30 MHz – 1 GHz: 

Pegel in dBµV/m 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 


0 

30M 50 60 80 100M 200M 300M 400 500 800 1G 



Frequenz in Hz 

55022 B QP 


Seite 53

Freifeld Messgelände mit 10 m und 30 m Messstrecke 




Charakeristika: 

elektrisch gut leitende, 

ebene Bodenfläche 

(Interferenz) 

keine Objekte in der 

näheren Umgebung 

Messergebnisse sehr 

gut reproduzierbar 

Probleme: Fremdfelder, 

Witterung 


Seite 54

Vollabsorberhalle (Fully Anechoic Room) 

mit 3 m Messstrecke 



Charakteristika: 

Faraday´scher Käfig 

HF-Pyramidenabsorber 

auf allen 6 Flächen 

Daher: keine 

Reflexionen (f-abhängig) 

Messergebnisse sehr 

gut reproduzierbar 

„Freiraumbedingungen“ 


Seite 55

Störfestigkeitsprüftechnik 

gegen Hochfrequenzfelder 

EN 61000-4-3 

Kriterium A 

80 MHz - 2,7 GHz*, 80 % AM (1 kHz) 

3 V/m 80 MHz – 1 GHz 

lt. EN 61000-6-1 und EN 55024 

3 V/m 1,4 – 2 GHz 

1 V/m 2-2,7 GHz lt. EN 61000-6-1 

10 V/m 80 MHz - 1 GHz 

3 V/m 1,4 – 2 GHz 

1 V/m 2-2,7 GHz lt. EN 61000-6-2** 

*) EN 61000-6-1:2007 und EN 61000-6-2:2005 

**) auf 3V/m verminderter Prüfpegel bei ITU- 

Frequenzen 87-108, 174-230, 470-790 MHz 




Seite 56

Beispiel: Störfestigkeitsprüfung eines kommerziellen 

Gerätes 






Prüfung bis 2,7 GHz! 


Seite 57

Beispiel: Störfestigkeitsprüfung nach US Military Standards 



EMV-Prüfzentrum Seibersdorf EMV-Prüfzentrum Seibersdorf 

MIL-STD 461 D/E 

MIL-STD 462 D 

Prüfung bis 40 GHz! 


Seite 58

Beispiel: Störfestigkeitsprüfung Automotive 

Streifenleitungs-Messmethode 

150 mm: 50 V/m von 20-400MHz, 60 V/m in über 90% des f-Bereichs 

20 - 400 MHz: AM, 1kHz, 80% (nur bis 400 MHz spezifiziert) 

Feldstärken von mehreren 

100 V/m möglich (je nach 

Frequenzbereich) 

150 mm Streifenleitung 

Eigenbau EMV-PZ-Seibersdorf 




Seite 59


gegen leitungsgeführte Pulse 

Beispiel: Störfestigkeit Kfz - Prüfpulse 

Puls 3b bildet Impulse nach, die bei 

Schaltvorgängen entstehen. 



Kfz - Prüfplatz im EMV-Prüfzentrum Seibersdorf 


Seite 60


gegen ESD 



Laborprüfung eines Tischgerätes nach EN 61000-4-2 


Seite 61

Inhalt 







Literatur 





Seite 62


Moderne Bussysteme weisen Datenraten von 10 MBit/s und mehr auf. 

Aus EMV – Sicht sehr kritisch, da 

durch räumliche Verteilung der Systemkomponenten oft sehr lang 

Wirkung der Leitungen als Empfangs- und Sendeantennen 



In einem Oberklassefahrzeug kann 

die Verkabelung insgesamt eine 

Länge von mehreren Kilometern 

aufweisen. 

Zertifizierung der Fahrzeugkomponenten erfolgt inklusive Busleitungen! 


Seite 63

Emissionsmechanismen 

von Busleitungen 

Wegen in der Praxis immer 

vorhandener Unsymmetrien entsteht 

ein Gleichtaktstrom auf den 

Leitungen. 

RE aufgrund des Gegentaktstroms IDM IEDM, maxI = 1,316*10-14 *IDM*f2 *s*d / r 

RE aufgrund des Gleichtaktstroms ICM IECM, maxI = 1,257*10-6 *ICM*f*s / r 



d 

I 1 

I 2 

E max 

s 

r 

I DM 

I DM 

I CM 

I CM 

I 1 = I DM + I CM 

I 2 = I DM -I CM 


Seite 64



Rechenbeispiel 

Gegentaktstrom IDM f=75MHz, E=42dBµV/m, s=1.5m, r=1m, d=1mm 

IDM = EDM * r / (1,316*10-14 * f2 Radiated Emission Limit @ 75 MHz = 42 dBµV/m gemäß Kfz-EMV-RL 

Kabellänge s = 1.5 m gemäß Kfz-EMV-RL 

Messentfernung r = 1m gemäß Kfz-EMV-RL 

Leitungen sehr nahe! 

* s * d) = 1 mA 

Gleichtaktstrom I CM 

f=75 MHz, 42dBµV/m, s=1.5m, r=1m 

I CM = E CM * r / (1,257*10 -6 * f * s) = 0,9 µA 

Faktor 1000! 

Das Ergebnis zeigt, dass bei niedrigen Frequenzen die CM-Ströme maßgeblich sind! 

Oberhalb der 2. Eckfrequenz nimmt E CM ab. 


Seite 65

Typische Buskonfiguration in einem Kfz 

Mit n Knoten und Leitungsabschlüssen an beiden Enden: 



Node 1 Node 2 Node n 

Control Logic 

Driver Circuit 

UTP – Unshielded Twisted Pair 


Seite 66

…werden verursacht durch: 

Asymmetrie der Busleitungen 



Gleichtaktströme 

Asymmetrie der Knoten (Transceiver) 

Port 3 

= 20 mm 

Asymmetrie von passiven Komponenten (Abschlusswiderstände, Filter) 

z1 

GND-Plane 

Nicht ideal symmetrische Bussysteme sind oftmals 

Ursache für Störemissionen! 

z2 

Port 1 


Seite 67

Untersuchte Treiberbausteine 

CAN-Bus: bis max. 500 kHz Taktfrequenz (= 1 MBit/s) 

TT-Bus (RS 485): bis max. 5 MHz Taktfrequenz (= 10 MBit/s) 



Bus Type Driver Circuit max. Data Rate 

CAN bus PCA 82C251 1 Mbaud 

RS 485 MAX 1487E 2.5 Mbaud 

RS 485 MAX 3443E 10 Mbaud 

CAN-Bus wird typisch mit 500 kBit/s (= 250 kHz) betrieben. Bei dieser Unstersuchung 

war jedoch das Ziel, die Bussysteme bei Volllast zu vergleichen! 


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Ausgangssignale gemessen Gleichtaktspannung 



CAN-Bus Treiber Schaltung @ 1 MBaud 

CAN_H 

CAN_L 

2 

1,5 

1 

0,5 

0 

-0,5 

-1 

-1,5 

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 

Da die Ausgangssignale nicht exakt symmetrisch sind, entstehen die sehr kurzen 

Gleichtaktspannungsspitzen! 

U [V] 

t [µs] 

A 

B 

A+B 


Seite 69

Vergleich CAN mit RS 485 bei 1 MBaud (1) 

CAN PCA 82C251/1Mbaud RS 485 MAX 3443E/1Mbaud 

1,6 V 



Unsymmetrie verursacht Gleichtakt-Spannungsspitzen! 

Halbe Amplitude! 

0,7 V 


Seite 70

Vergleich CAN mit RS 485 bei 1 MBaud (2) 

CAN PCA 82C251/1Mbaud RS 485 MAX 3443E/1Mbaud 

40 dBµV/m 

Level in dBµV/m 



55 

50 

45 

40 

35 

30 

25 

20 

15 


5 

0 

30M 50 60 80 100M 200 300 400 500 800 1G 

Frequency in Hz 

50 

45 

40 34 dBµV/m 

35 


55 

30 

25 

20 

15 


5 

Um 6 dB (=50%) reduzierte Emission! 

0 




Seite 71

1,6 V 

Vergleich von CAN und RS 485 

bei max. Datenrate 

CAN PCA 82C251/1M Bit/s RS 485 MAX 3443E/10 MBit/s 



Unsymmetrie verursacht Gleichtakt-Spannungsspitzen! 

10 fach kürzere Zeitbasis! 

0,7 V 


Seite 72



CAN PCA 82C251/1M Bit/s RS 485 MAX 3443E/10 MBit/s 

55 

50 

45 40 dBµV/m 

40 




35 

30 

25 

20 

15 


5 

0 



48 dBµV/m 


55 

50 

45 

40 

35 

30 

25 

20 

15 


5 

0 




Seite 73




60 

55 

50 

45 

40 

35 

30 

25 

20 

15 


Obwohl der RS 485 besser symmetriert ist, sind die Störemissionen, aufgrund der 10-fach höheren 

Datenrate und der kürzeren Flankenanstiegszeiten, größer! 

Bei gleicher Datenrate (1 MBit/s), verursacht der RS 485 Treiber geringere Störemissionen als der 

CAN Treiber! 

Grund für die Störemissionen ist die Unsymmetrie der Treiberbausteine! 

Reduktion des Störemissionspegels durch geeignete EMV-Maßnahmen möglich: Einsatz von Entstördrosseln, 

Verwendung geschirmter Leitungen, besser symmetrierte Treiberbausteine 



5 

HK 20/15/15, RS 485, 10 MBit/s 

CAN / 1 MBaud 

RS 485 / 10 MBaud 

0 




Seite 74

Inhalt 







Literatur 





Seite 75



Zusammenfassung (1) 

Für ein sicheres Funktionieren komplexer Systeme ist das 

frühzeitige Erkennen potentieller EMV-Probleme 

Grundvoraussetzung! „Vorbeugen ist besser als Heilen“ 

Richtlinienkonformität (inkludiert EMV Konformität) ist 

Voraussetzung für das Inverkehrbringen elektrischer/elektronischer 

Geräte am europäischen Markt: CE-Kennzeichnung! 

Von den Lieferanten für elektronisches Equipment ist zu fordern, 

dass dieses in der zu erwartenden elektromagnetischen 

Umgebung störungsfrei funktioniert: CE-Kennzeichnung alleine 

garantiert nur gesetzliche Mindestanforderungen 


Seite 76




„Für die EMV-Bewertung ist allein der Hersteller verantwortlich; 

die Verantwortung liegt nie bei einem Dritten wie z.B. einer 

benannten Stelle oder einem EMV-Prüflabor“ [Leitfaden, S. 25] 

Die Anwendung harmonisierter Normen ist die bevorzugte 

Methode für die EMV-Bewertung, denn ansonsten muss der 

Hersteller darlegen, dass die Einhaltung der EMV-RL mit den 

getroffenen Maßnahmen gewährleistet werden kann. [Leitfaden, S. 25] 

{Anmerkung: Im Falle eines Rechtsstreits ist die Argumentation mit 

harm. Normen einfacher.} 


Seite 77




Ohne vorbeugende Berücksichtigung der EMV, besteht die 

Gefahr, dass teure Redesigns erforderlich werden: 

entwicklungsbegleitende Messungen der EMV-Eigenschaften 

empfehlenswert! 

EMV bereits bei der Projektplanung berücksichtigen - EMV- 

Anforderungen vor Projektbeginn abklären, evt. externe 

Normenberatung in Anspruch nehmen! 


Seite 78

Ausblick 

Bedeutung der EMV wird steigen wegen: 

höherer Arbeitsgeschwindigkeiten/Taktraten bei Signalübertragung 

höherer Integrationsdichten (in Geräten, auf PCBs, auf ICs) 

zunehmender Anzahl potentieller Störquellen (UMTS,...) 

zunehmender Komplexität von Systemen 

Wichtigkeit von EMF wird zunehmen wegen: 

neue Technologien, drahtlose Vernetzung nimmt zu 

steigende Anzahl von Implantaten - Wechselwirkung mit Feldern 

Neue gesetzliche Anforderungen z.B. EMF- Arbeitnehmerschutzrichtlinie 

2004/40/EG 




Seite 79




Danke für Ihre Aufmerksamkeit! 





Seite 80

Inhalt 







Literatur 





Seite 81

Literatur (1) 

EMV-Richtlinie 2004: „Richtlinie 2004/108/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 15. Dezember 

2004 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über die elektromagnetische 

Verträglichkeit und zur Aufhebung der Richtlinie 89/336/EWG“, Amtsblatt der Europäischen Union Nr. L 390, 

31.12.2004, S. 24-37 

EMVV 2006: „529. Verordnung des Bundesministers für Wirtschaft und Arbeit und des Bundesministers für 

Verkehr, Innovation und Technologie über elektromagnetische Verträglichkeit (Elektromagnetische 

Verträglichkeitsverordnung 2006 – EMVV 2006), Bundesgesetzblatt für die Republik Österreich, Jahrgang 

2006, ausgegeben am 28. Dezember 2006 

EMV Leitfaden: „Leitfaden zur Anwendung der Richtlinie 2004/108/EG des Rates vom 15. Dezember 2004 zur 

Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über die elektromagnetische Verträglichkeit, 

deutsche Übersetzung des „Guides for the EMC Directive 2004/108/EC“ in der Fassung vom 21. Mai 2007, 

herausgegeben durch die Bundesnetzagentur, Referat 411 Marktaufsicht 




Seite 82

Literatur (2) 

Kfz-EMV-RL 2004: „Richtlinie der Kommission 2004/104/EG vom 14. Oktober 2004 zur Anpassung der 

Richtlinie 72/245/EWG des Rates über die Funkentstörung (elektromagnetische Verträglichkeit) von 

Kraftfahrzeugen an den technischen Fortschritt und zur Änderung der Richtlinie 70/156/EWG des Rates 

zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über die Betriebserlaubnis von 

Kraftfahrzeugen und Kraftfahrzeuganhängern“, Amtsblatt der Europäischen Union Nr. L 337, 

13.11.2004, S. 13-58 

Ludwar, G.; Mörx, A.: „Elektrotechnikrecht – Praxisorientierter Kommentar“, 2007, Österreichischer 

Verband für Elektrotechnik (OVE), Wien, 

ISBN 978-3-85133-044-1 

Lamedschwandner, K.: "Inverkehrbringen von Geräten der Informationstechnik – Aktueller Stand der 

messtechnischen und normativen EMV-Anforderungen„, EMC Kompendium 2002, Publish-Industry 

Verlag, München, S. 175 – 178 

http://www.publish-industry.net/media/designverification/EMCK_2002/C.02.01_ARCenr_Lamedschwad.pdf 




Seite 83

Literatur (3) 

EPCOS (2001): EMV-Filter Datenbuch 2001, EPCOS AG, München 

EPCOS (2006): „EMC Filters“, Application Notes, EPCOS AG, January 2006 

Goedbloed, J. J. (1990): “Elektromagnetische Verträglichkeit - Analyse und Behebung von 

Störproblemen”, Pflaum Verlag, München, ISBN 3-7905-0672-9 

Gonschorek, K. H. und Singer, H. (1992): „Elektromagnetische Verträglichkeit“, Teubner Verlag, Stuttgart, 

ISBN 3-519-06144-9 

Gonschorek, K. H. (2005): „EMV für Geräteentwickler und Systemintegratoren“, 2005, Springer Verlag, 

Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-540-23436-3 

Hartl, H.; Krasser, E.; Pribyl, W.; Söser, P.; Winkler, G.: „Elektronische Schaltungstechnik“, Pearson 

Education, München, ISBN 978-3-8273-7321-2 

Infineon (2005): EMC Design Guideline for TC1796 (32-Bit) Microcontroller Board Layout, Application 

Note AP32086, Infineon Technologies 

Infineon (2006): EMC Design Guidelines Microcontroller Board Layout, Application Note AP24026, 

Infineon Technologies 




Seite 84

Literatur (4) 

Kohling, A. (1998): „EMV von Gebäuden, Anlagen und Geräten: praktische Umsetzung der 

technischen, wirtschaftlichen und gesetzlichen Anforderungen für die CE-Kennzeichnung“, VDE- 

Verlag, Berlin und Offenbach, ISBN 3-8007-2261-5 

Lamedschwandner, K.; Garn, H.: Der Einfluß von Gehäuseöffnungen auf die Schirmdämpfung von 

Geräten, EMV ´98, 6. Int. Fachmesse und Kongress, Düsseldorf, Proceedings S. 447 – 456, VDE- 

Verlag 

Mardiguian, M. (2001): „Controlling Radiated Emissions By Design“, 2nd ed., Kluwer Academic 

Publishers, Norwell, Massachusetts, ISBN 0-7923-7978-0 

Ostermann, T.: „Schaltungsentwurf mit Schwerpunkt robustes IC Design“, 2004, Rhombos-Verlag, 

Berlin, ISBN 3-937231-11-0 

Ott, H. W. (1988): „Noise Reduction Techniques in Electronic Systems“, 2nd ed., Wiley, New York 

Paul, C. R. (2006): „Introduction to Electromagnetic Compatibility“, 2nd ed., John Wiley & Sons, Inc., 

Hoboken, New Jersey, ISBN-13: 978-0-471-75500-5 




Seite 85

Literatur (5) 

Reiser, P. und Garbe, H. (2002): „Messverfahren zur Wartung von geschirmten Gehäusen“, In: Schwab, 

A. (Hrsg.), EMV 2002, 10. Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische 

Verträglichkeit, 9. – 11. April 2002, Düsseldorf, Proceedings S. 83 – 92, VDE-Verlag, ISBN 3-8007- 

2684-X 

Weininger, R. (1997): Massungs- und Schirmungskonzepte für elektronische Baugruppen, GMM 

Fachbericht Nr. 20, 1997, VDE-Verlag, S. 109 – 115 

Weston, D. A.: Electromagnetic Compatibility – Principles and Applications, 2nd ed., Dekker, New York, 

2001 

Würth Elektronik: „Trilogie der induktiven Bauelemente – Applikationshandbuch für EMV-Filter, getaktete 

Stromversorgungen und HF-Schaltungen“, Autoren: Brander, T.; Gerfer, A.; Rall, B.; Zenkner, H.; 

Swiridoff Verlag, 4. Auflage, 2008, ISBN 978-3-89929-151-3 




Seite 86

Inhalt 







Literatur 





Seite 87



Anhang 

Kontaktdaten + Dienstleistungsangebot 

Seibersdorf Labor GmbH, 2444 Seibersdorf 


Seite 88

EMV-Prüfzentrum Seibersdorf (1) 

Bei Fragen rufen Sie uns an! Wir beraten Sie gerne! 

Kurt Lamedschwandner, DW 2805 

Hans Preineder, DW 2808 

Thomas Nakovits, DW 2561 

Benjamin Petric, DW 2818 

Michael Szobel, DW 2564 

Tel.: +43 (0)50550 - DW 




Seite 89


Dienstleistungsportfolio: 

EMV - Rechts- und Normungsberatung 

EMV – Analyse bei auftretenden Störungen 

Entwicklungsbegleitende Messungen 

Unterstützung bei der EMV gerechten Geräteentwicklung 

CE - Konformitätsprüfungen 

Wiss. Untersuchungen der EMV komplexer Systeme 

Vor-Ort-EMV-Messungen an Anlagen 

EMV - Prüfungen für Kfz-Elektronik 

Mobilfunkmessungen 

Störfestigkeitsuntersuchungen elektronischer Implantate 




Seite 90


Gut geschultes Personal 

mit jahrelanger Erfahrung in EMV- und Funkmesstechnik 

welches Sie über den Letztstand der gesetzlichen und normativen 

Anforderungen bestmöglich beraten kann 

und Ihnen gerne bei der Geräteentwicklung mit Rat und Tat zur Seite 

steht 




Seite 91


In Europa und USA anerkannte Prüfberichte: 

Akkreditierte Prüfstelle Nr. 312 (seit 1995) 

Benannte Stelle Nr. 0438 nach EMV-Richtlinie 

Notifiziertes Prüflabor nach Kfz-EMV-Richtlinie 

FCC gelistetes Labor Nr. 285819 




Seite 92

Akkreditierungsbestätigung für 

Prüfstelle Nr. 312 

Downloadbar von unserer Homepage in Deutsch und Englisch: 

http://www.seibersdorf-laboratories.at/zertifizierungen/dokumente-bescheide.html 




Seite 93

EMV-Prüfzentrum 



Internetinfos? 

Auf unserer Homepage finden Sie weitere Infos und Links zum 

Thema: http://www.seibersdorf-laboratories.at 


Seite 94



Weitere Internetinfos? 

Link zur DEMVT: http://www.demvt.de 


Seite 95

Interesse an Meinungs- und 

Erfahrungsaustausch zum Thema EMV? 

Falls ja: 

werden Sie Mitglied der internationalen IEEE EMC-Society! 

nehmen Sie an den Veranstaltungen des Austria Chapters teil (Mitgliedschaft ist 

keine Bedingung für Teilnahme) 

IEEE EMC Austria Chapter: http://ieee.ict.tuwien.ac.at/content/view/35/64/ 



2009 Graz 2010 Seibersdorf 2010 Seibersdorf 


Seite 96

EMV-Fachtagung 

findet jährlich statt – wechselweise am Campus Seibersdorf und 

an der TU-Graz: http://www.emv-fachtagung.at 



Technische Universität Graz 


Seite 97

Dipl.-Ing. Dr.techn. Kurt Lamedschwandner, M.B.A. 

SEIBERSDORF LABORATORIES 

Seibersdorf Labor GmbH, 2444 Seibersdorf, Austria 

T +43 (0) 50 550-2805, F +43 (0) 50 550-2881 

kurt.lamedschwandner@seibersdorf-laboratories.at 

www.seibersdorf-laboratories.at 




Seite 98

Kurt Lamedschwandner - HTL Wien 10

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