Funkmessungem Fehler in Funkanlagen richtig eingrenzen

Kommunikationssysteme auf Funkbasis zu Warten und bei Problemen die Ursache zu finden, ist sehr zeitaufwändig. Ohne das richtige Werkzeug ist das keine leichte Aufgabe. Im folgenden Beitrag zeigen wir Ihnen anhand von verschiedenen Testverfahren, wie sich auftretende Probleme schnell und vor allem richtig eingrenzen lassen.

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Hochfrequenztechniker müssen sicherstellen, dass Funkanlagen in Fahrzeugen, fest installierte Repeater-Anlagen oder Bordsysteme von Flugzeugen maximal verfügbar sind. Und für Nutzer solcher Systeme sowie OEMs wird es teuer, wenn ein System ausfällt und eingeschickt werden muss. Im schlimmsten Fall findet der Servicetechniker keinen Fehler.

Probleme in Funkkommunikationssystemen sind ohne entsprechendes Diagnosewerkzeug sehr zeitraubend. In Bild 1 ist ein übliches Funkkommunikationssystem dargestellt. Es besteht aus HF-Teil, Verstärker, Kabel und Antenne. Fehler lassen sich am besten von der betrieblichen Seite eingrenzen. Damit ist ein einfacher Test durch die Luft gemeint, um das grundsätzliche Arbeitsverhalten zu verifizieren. Mit einem einfachen Verfahren sind sowohl am Sender als auch am Empfangsteil des Funkgeräts folgende Tests möglich:

• Hochfrequenzfehler,
• Modulation in Prozent bei AM-Sendern,
• Frequenzabweichung bei FM-Sendern,
• Relative Leistung,
• Relative Empfindlichkeit des Empfängers und
• Relativer Pegel für Rauschunterdrückung Ein und Aus

Vier Testprozeduren für die Fehleranalyse

Solche Messungen über die Luft sind relativ. Das bedeutet, dass die Messwerte den unter gleichen Bedingungen erzielten Werten eines als gut bekannten Funkgeräts entsprechen sollten. Aus diesem Grund ist es bei drahtlosen Tests wichtig, immer gleich vorzugehen. Die wichtigsten Bestandteile dieser Prozedur sind:

• Position des Testgeräts relativ zum Funkgerät. Diese relative Lage muss bei allen Testläufen gleich sein,
• Frequenz und Abweichung der Modulationsquelle vom Testgerät,
• Antennentyp des Funktesters und
• Verwendete Funkfrequenz und verwendeter Kanal.

Zuerst müssen die Kriterien für bestanden/nicht bestanden definiert werden und anschließend kann eine Aussage getroffen werden, ob ein Funksender oder -empfänger den Test bestanden hat. Für Frequenzfehler und Modulation sind diese entweder vom Hersteller spezifiziert oder aus bekannten Testdaten abgeleitet. Funkmessungen üben keinen Einfluss auf Frequenzfehler und Frequenzabweichung (Modulationsindex bei AM). Relative Messungen richten sich nach den Werten für ein als gut eingestuftes Funkgerät. Die Ergebnisse werden mit den für das gut bezeichnete Funkgerät erhaltenen Werten verglichen, um zu sehen, ob ein Problem vorliegt.

Mehrwegeausbreitung in den Griff bekommen

Dabei stellt die Mehrwegeausbreitung das größte Problem dar. Mehrwegeausbreitung liegt vor, wenn das gesendete oder empfangene Signal zwei oder mehr Pfade zu oder von der Antenne folgt. Die Ursache für Mehrwegeausbreitungen ist die Reflexion von HF-Signalen an Boden, Wänden, Decken, Autos, Gerätschaften oder Gebäuden.

Wie sie sich auswirkt, hängt von der relativen Phase des Signals ab. Wenn die verschiedenen Signale in Phase sind, addieren sie sich und die Signalstärke nimmt zu. Sind sie hingegen Außerphase, heben sich die Signale teilweise auf und vermindern die Signalstärke. Die HF-Signale haben über verschiedene Pfade unterschiedlich lange Wege zurückgelegt. Das ist der Grund für eine abweichende Phase.

Mithilfe einer einheitlichen Prozedur kann die Mehrwegeausbreitung minimiert werden. Die relativen Pegel für Leistung, Empfindlichkeit und Rauschunterdrückung sollten nicht mehr als 5 oder 6 dB voneinander abweichen. Wenn aber doch, dann liegt ein Problem vor, was zum nächsten Schritt führt: Prüfen mit direkter Verbindung.

Pfeiftest zeigt die Spitzenabweichung

Nach Abschluss der Funktests kann das Arbeitsverhalten verifiziert werden. Dazu bietet sich das Prinzip Teilen und Herrschen an. Das System wird aufgeteilt und der Problembereich lässt sich schnell lokalisieren. Dazu wird der Funktester am Verstärkerausgang angeschlossen und das Funkgerät eingestellt. Dann wird geprüft, ob der Sender die richtige Frequenz und Leistung abstrahlt und ob die Modulation stimmt. Bei einem FM-System kann ein einfacher Pfeiftest die Spitzenabweichung zeigen.

Nach dem HF-Teil kann die Empfängerempfindlichkeit getestet werden. Dann lässt sich eine Hochfrequenz mit einem Modulationston von 1 kHz an das HF-Teil erzeugen. Wird der Lautsprecher-Audiopfad überwacht, muss das SINAD (Signal to Noise and Distortion) und die verzerrte Tonwiedergabe kontrolliert werden. Wird der HF-Pegel abgesenkt, können die SINAD-Ergebnisse beobachtet werden. Mithilfe der Korrelation kann anschließend die Empfängerempfindlichkeit abgeleitet werden. Ein gutes Funkgerät sollte bei einem Pegel unter –115 dBm einen SINAD-Wert <12 dB aufweisen.

Frequenzbereich-Reflektometrie mit HF-Wobbelung

Besteht trotz korrekt arbeitenden HF-Funkteil immer noch ein Problem, dann muss das Kabel und die Antenne geprüft werden. Hier hilft die Frequenzbereich-Reflektometrie (FDR). Die FDR arbeitet mit HF-Wobbelung, um Stehwellenverhältnisse (Voltage Standing Wave Ratio - VSWR) und die Distanz zum Fehler (Distance to Fault - DTF) zu messen. Ein Diagramm mit Reflexionsverlust gegen Entfernung zeigt die Position der Fehler im Kabel (Bild 3).

Ist das Kabel fehlerfrei, dann wird nur die Endposition des Kabels angezeigt. Um die Antenne zu prüfen, ist ein Blilck auf das VSWR-Diagramm gegen Frequenz für Kabel und Antenne sinnvoll (Bild 4). Dazu muss die Antenne über die Frequenzen des Funkgeräts gewobbelt werden (Bild 4).

*Rob Barden ist Leiter des Produktmarketings für Funktestlösungen bei Aeroflex in Plainview/New York.

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