Messtechnik für Industrie 4.0

Wie sich die komplex vernetzten Module des IoT messen lassen

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Leitungsgebundene EMI-Tests

Leitungsgebundene EMI-Tests werden typischerweise von 9 kHz bis 30 MHz gemessen. Bei der vermessenen, kostengünstigen Stromversorgung überschritt die leitungsgebundene Emission etwa 177 kHz über dem Grenzwert. Gestrahlte Emissionen sollten an einem Ort gemessen werden, der möglichst geringe externe Signalstörungen aufweist.

Zum Einsatz kamen drei kostengünstige logarithmisch-periodische Antennen und eine Doppelkonus-Antenne. Die Antennen wurden auf ein Stativ montiert und es flossen die Antennen-Faktoren (AF) sowie die Kabeldämpfung in die Feldstärke-Korrektur des Spektrumanalysators ein. Die Doppelkonus-Antenne wird für Frequenzen von 20 bis 200 MHz genutzt, da für die längeren Wellenlängen eine größere Antenne erforderlich ist.

Ein Pre-Compliance-Test wird aus verschiedenen Entfernungen zum Testobjekt gemessen: mit einem Meter oder wenige Zentimeter. Eine reduzierte Entfernung zwischen Testobjekt und Testantenne vergrößert das Verhältnis von Signalstärke vom Testobjekt zur Hochfrequenz-Hintergrundstörung. Leider lassen sich die Messergebnisse von Nahfeld-Tests nicht direkt in Ergebnisse von Fernfeld-Tests umrechnen, die in der EMI-Konformitätsprüfung genutzt werden.

Kommt ein zusätzlicher Vorverstärker zum Einsatz, erhöht dieser den schwachen Signalpegel des Testobjekts. Bevor man sich dem Testobjekt zuwendet, ist zuerst das Testumfeld zu evaluieren und zu charakterisieren. Ist der Signalabstand zwischen den Grenzwerten und den Umgebungsstörungen ausreichend groß? Gibt es bekannte Signale, die reduziert werden können? Muss der Testaufbau in eine ruhigere Umgebung verlegt werden?

Sobald das Thema Hintergrundstörungen zufriedenstellend gelöst ist, kann das Testobjekt eingeschaltet werden. Die Differenzwerte zwischen den beiden Messungen entsprechen den Emissionen vom Testobjekt. Das im Beispiel verwendete WiFi-Demo-Board hat die EMI-Konformitätsprüfung bestanden. Wenn der Testaufbau korrekt ist und keine Störungen den Grenzwerten zu nahe kommen, kann mit der Konformitätsprüfung begonnen werden.

Den Intentional Radiator Test nicht vernachlässigen

Nicht zu vernachlässigen ist der Intentional Radiator Test: Ein Radiator, also ein beabsichtigter Strahler, ist ein Gerät, das während des Betriebs hochfrequente Energie, die nicht Infrarot- oder Ultraschall-Energie ist, aussendet. Solche Geräte müssen die Testanforderungen für Unintentional Radiator erfüllen, da die internen Schaltungen Emissionen bei Frequenzen erzeugen können, die außerhalb des Bereichs liegen, für den das Gerät entwickelt wurde.

Bei der Evaluierung eines Spektrumanalysators für solche Prüfungen sollte ein Instrument ausgewählt werden, das mindestens die dritte Oberwelle oder höher der innerhalb des Gerätes erzeugten und ausgestrahlten Signale erfassen kann. Der Testaufbau ist gleich der für gestrahlte Emissionen.

* Dean Miles ist Senior Technical Marketing Manager bei Tektronix und verantwortlich für das High-Performance-Produkt-Portfolio.

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