Multifunktionsantennen testen Gezielter Wellensalat

Wie testet man eine Multifunktionsantenne, die ständig in Bewegung und Störsignalen ausgesetzt  ist.
Wie testet man eine Multifunktionsantenne, die ständig in Bewegung und Störsignalen ausgesetzt ist.

Die Wellenlängen reichen von hunderten Metern bis herunter zu Zentimetern, die Antenne befindet sich ständig in Bewegung bei zahlreichen Störsignalen. Das ist die Arbeitsbeschreibung einer Multifunktionsantenne, wie sie moderne Fahrzeuge besitzen. Wie kann eine solche Antenne umfassend getestet werden?

Multifunktionsantennen sind meist oberhalb der Heckscheibe auf dem Fahrzeugdach montiert. Sie sind komplexe Baugruppen; in dem meist finnenartigen Kunststoffgehäuse leisten gleich mehrere einzelne Antennen ihren Dienst. Da ist zunächst die Antenne für terrestrische Radiosignale wie AM, FM und DAB III; sie ist für Frequenzen im Bereich von einigen kHz bis 100 MHz zuständig. Dazu kommt eine Antenne für globale Navigationssatellitensysteme GNSS (GPS oder Glonass); hier sprechen wir von Frequenzen von wenigen GHz. Optional finden wir noch eine Satellitenantenne, beispielsweise für den Empfang von über Satellit ausgestrahlten SDARS-Diensten oder von Fernsehsignalen, und schließlich die Mobilfunkantenne. Für Sonder- und Nutzfahrzeuge werden darüber hinaus Antennen für CB-Funk und spezielle geschützte Übertragungsarten benötigt. Für Fahrzeughersteller und ihre Zulieferbetriebe stellt das Thema „Dachantenne“ eine neue Herausforderung dar. Jede Antenne muss vor ihrer Auslieferung hundertprozentig getestet werden. MCD hat dafür eine Prüfanlage (Bild 1) entwickelt.

Die technischen Anforderungen waren in vielerlei Hinsicht anspruchsvoll. Die Anlage sollte eine ganze Reihe unterschiedlicher Antennen testen können. Man benötigt dafür einen HF-dichten Adapter, innerhalb dessen der Prüfling mit diversen Funksignalen stimuliert werden kann. Für das Aussenden der Funksignale setzt MCD eine speziell entwickelte Helixantenne ein. Sie dient neben einer Mobilfunkantenne als Sendeantenne für die Stimuli. Auch die Mechanik hat es in sich: Der Adapter wurde horizontal verschiebbar konzipiert, die Prüfkontakte müssen die HF-Anschlüsse mit definiertem Druck kontaktieren.

Die Lösung

Sobald die zu prüfende Antenne in die Prüfanlage eingelegt ist (Bild 2) und die Hände des Bedieners den Lichtsensorvorhang verlassen haben, wird der Prüfling in die Prüfposition gebracht.

Die Antennenanschlüsse werden, pneumatisch gesteuert, über spezielle Hochfrequenzkontakte kontaktiert. Das Testsystem ist universell gestaltet und kann programmgesteuert für die unterschiedlichen Prüfaufgaben eingestellt werden. Ein 2D-Barcodeleser identifiziert dazu über das Etikett den Antennentyp und löst das Laden des zugehörigen Prüfprogramms aus. Das Prüfprogramm kommuniziert mit dem Werker über den Monitor nach einem elektronischen Drehbuch. Die Erzeugung der Stimuli und die Analyse der verschiedenen Antennensignale besorgt ein Netzwerkanalyzer von Keysight Technologies. Das Gerät überstreicht den großen Frequenzbereich von 100 kHz bis 8,5 GHz mit einem Dynamikumfang von 122 dB. Die Stimuli werden über HF-Multiplexer und Bias Tees an die Sendeantennen durchgeschaltet. Ein zweiter HF-Multiplexer liest über Bias Tees die Antworten der jeweiligen Antenne ein und übergibt das HF-Signal an den Netzwerkanalysator. Dieser liefert einen Zweitor-S-Parameter-Testsatz. Die vier S-Parameter werden zusammen mit anderen Messergebnissen per Ethernet an den MCD TestManager übergeben.