31.03.2017

Emissionsmesstechnik – Messung und Berechnung der gestrahlten Störaussendung

Wie geht man bei der fachgerechten Messung und Berechnung der gestrahlten EMV-Störaussendung von elektrischen Geräten vor? Anhand eines konkreten Beispiels aus dem Anwendungsgebiet der Telekommunikation veranschaulicht unser Autor die Berechnung der gestrahlten Störaussendung unter Zuhilfenahme einer kommerziellen Software. Neben der realen Messung der gestrahlten Störaussendung ist auch eine Berechnung für viele industrielle Anwendungen sinnvoll.

Funkwellen

Die EMV-Messtechnik teilt sich in drei große Hauptbereiche mit dazugehörigen Teilbereichen:

  • die Emissionsmesstechnik zur Messung von Störaussendungen
  • die Suszeptibilitätsmesstechnik zur Messung der Störfestigkeit
  • die Entstörmittelmessung zur Messung von Dämpfungen und Kopplungen

Der in diesem Artikel behandelte Bereich ist die Emissionsmesstechnik. Darunter versteht man die messtechnische Erfassung der von einem Gerät ausgesendeten EMV-Störungen.

Bei der Emissionsmesstechnik handelt es sich um die messtechnische Erfassung von strahlungsgebundenen, aber auch von leitungsgebundenen Störaussendungen von elektrischen Geräten (Prüfling).

Die wichtigsten technischen Gerätschaften für die fachgerechte Messung von strahlungsgebundenen Störaussendungen sind eine breitbandige Empfangsantenne, die reflexionsarme Messumgebung und die notwendigen EMV-Messgeräte.

Für die Auswahl einer geeigneten Empfangsantenne sollte der zu untersuchende Frequenzbereich der EMV-Störaussendung berücksichtigt werden.

Die drei häufigsten Antennenformen für EMV-Messungen

  • Für Emissionsmessungen im Frequenzbereich von 30 MHz bis 0,3 GHz kommen bikonische Antennen zum Einsatz. Dieser Antennentyp zeichnet sich durch seine geringen geometrischen Abmessungen aus.
  • Für Messungen im Frequenzbereich von 0,3 GHz bis 1 GHz werden logarithmisch-periodische Antennen zum Einsatz gebracht. Dieser Antennentyp weist ein festes Längenverhältnis der Strahler auf, d.h. auch die Strahlerabstände stehen in diesem Verhältnis. Die logarithmisch-periodischen Antennen haben einen etwa konstanten Antennengewinn über einen relativ weiten Frequenzbereich. Die Grenzfrequenzen der Antennen hängen dabei von der Strahlerlänge des längsten und kürzesten Strahlers ab. Durch die versetzte Anordnung der Strahlerpaare treten zueinander benachbarte Strahler immer dann in Resonanz, wenn ihr Abstand zueinander der halben Wellenlänge des empfangenen Signals entspricht. Die Hauptempfangsrichtung ist die Längsachse aus der Richtung des kürzesten Strahlers. Die zur Empfangsfeldstärke proportionale Spannung wird ebenfalls an der Seite des kürzesten Strahlers abgegriffen.
  • Die dritte, häufig verwendete Antennenart zur Messung von gestrahlten Störaussendungen ist der Hornstrahler. Hornstrahler sind Hohlleiter, deren freies Ende an den freien Raum angepasst ist. Ihre Bauform führt zu einem relativ hohen Richtfaktor. Die Antennen können in Frequenzbereichen von 0,2 GHz bis zu ca. 10 GHz technisch eingesetzt werden. Kombiniert man eine bikonische mit einer logarithmisch-periodischen Antenne, so kreiert man eine relativ breitbandige Messantenne, die im Frequenzbereich von ca. 0,03 GHz bis ca. 1 GHz technisch sinnvoll eingesetzt werden kann.

Um das durch die Antennen empfangene Störsignal technisch auszuwerten, benötigt man einen Messempfänger.

Messempfänger

Die Haupteigenschaften des Empfängers sind die Vorfilterung durch einen Bandpassfilter, eine hohe Abstimmgenauigkeit im betrachteten Mess-Frequenzbereich, die optimale Rauschunterdrückung und die normgerechte Bewertung der EMV-Störsignale, die zu diesem Zweck durch einen Bandpass gefiltert und anschließend heruntergemischt werden. Messempfänger nach dem derzeitigen Stand der Technik bewerten die empfangenen EMV-Störsignale in Bezug auf deren Spitzenwert, deren Quasi-Spitzenwert, deren Mittelwert und deren Effektivwert.

Der angezeigte Spitzenwert ist der Maximalwert der Amplitudeneinhüllenden des heruntergemischten Störsignals. Der angezeigte Quasi-Spitzenwert ist abhängig von der Höhe des Spitzenwerts und der Häufigkeit der auftretenden Störsignale pro Zeiteinheit.

Dies wird in der Art realisiert, dass das Störsignal einen gedämpften Speicherkondensator auflädt, sodass auch die zeitliche Häufigkeit des Auftretens des Störsignals mit in diese Kondensatoraufladung und daraus resultierend in den aus der Kondensatorspannung bestimmten Quasi-Spitzenwert des Störsignals einfließt.

Ausführlichere Informationen hierzu finden Sie in unserem Produkt „Elektromagnetische Verträglichkeit“.

Autor: Dr.-Ing. Florian Krug