EMC-Tests Gute Ergebnisse in kürzerer Zeit

Die Dauer von EMC-Tests kann durch Messungen im Zeitbereich stark reduziert werden.
Die Dauer von EMC-Tests kann durch Messungen im Zeitbereich stark reduziert werden.

Lang andauernde EMC-Tests blockieren die Testlabors und damit letztlich die Anzahl der Geräte, die in einer bestimmten Zeit vermessen und zertifiziert werden können. Die Dauer der Tests kann jedoch deutlich reduziert werden, wenn im Zeitbereich statt im Frequenzbereich ­gemessen wird.

Tests zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMC; Electromagnetic Compatibility) erfordern genaue und exakte Methoden, um sicherzustellen, dass alle Emissionen genau vermessen werden. Die Anzahl der Geräte, die in einer bestimmten Zeit zertifiziert werden, begrenzt den Gewinn und Umsatz des Testlabors. Diese Einschränkung zu umgehen bedeutet entweder eine große Investition für ein weiteres Testlabor, die Auslagerung der Testaufgabe an einen externen Dienstleister oder – und das ist die schlechteste Alternative – die Anzahl der neu auf den Markt gebrachten Produkte wird reduziert.

Ein anderer Ansatz ist, die Testzeit für eine Konformitätsprüfung zu reduzieren. Die Testzeit beinhaltet die Zeit für den Aufbau und die Vorbereitung des Tests, die programmierte Rotation des Testobjektes wie auch die Programmierung der Antenne, die für jede komplette Umdrehung des Testobjektes in ihrer Messhöhe verändert werden muss. Alle diese Zeitkomponenten müssen minimiert werden, um den maximalen Durchsatz durch das Testlabor zu erreichen.

Die Messzeit reduzieren

Eine Lösung ist die Messung im Zeitbereich, wodurch sich die Scan-Zeit des Spektrumanalysators erheblich reduziert. Sowohl im militärischen Bereich wie auch im kommerziellen Bereich werden durch die jeweils gültigen Vorschriften andere Mess-Verweildauern (Dwell Time) bei den aufgespürten Emissionen gefordert.

Die CISPR-Standards für kommerzielle Geräte können zu Mess-Verweildauern bis zu 1 s bei Vormessungen (Prescan) führen. Und in dem Falle, dass eine Emission erkannt wird, muss für Frequenzen mit variabler Amplitude die Messverweildauer für eine abschließende Beurteilung bis zu 15 oder mehr Sekunden betragen. Beim MIL-STD-461 betragen diese Zeiten zwischen 15 ms und 150 ms pro Messung, wobei diese Zeiten noch vom Frequenzbereich abhängig sind, in dem gemessen wird. Die Verweildauern addieren sich, wenn Empfänger verwendet werden, die im Frequenzbereich scannen, indem schrittweise oder mit einem gewobbelten Oszillator durch das Frequenzband gefahren wird, um Emissionsdaten mit einer individuellen Auflösebandbreite zu sammeln.
Werden die Messungen im Zeitbereich durchgeführt, reduziert dies die Gesamt-Messzeit erheblich. Das Scannen im Zeitbereich ist für Prescans nach CISPR 16-1-1:2010 zugelassen und ebenso für finale Messungen nach anderen CISPR-Normen, die ausdrücklich die Anwendung von CISPR 16-1-1 angeben. Der MIL-STD-461 gestattet jede Art der Messmethode, die die Anforderungen des Standards einhält.

Das Scannen im Zeitbereich

Beim Scannen im Zeitbereich wird eine FFT (Fast Fourier Transform) auf das Signal angewendet, um die Emissionen sicher in einem zu betrachtenden Frequenzbereich zu erhalten. Dabei werden unterschiedliche Auflösebandbreiten auf einmal abgedeckt (Bild 1).

Im Frequenzbereich werden die Daten aufgenommen, indem ein Filter einer bestimmten Bandbreite (Auflösebandbreite) über den zu untersuchenden Frequenzbereich durchgestimmt wird. Je kleiner die Filter-Bandbreite wird, desto länger dauert der Scan über den zu beobachtenden Frequenzbereich. Doch je schmaler die Filterbandbreite ist, desto besser können auch nahe beieinander liegende Emissionen separiert und in ihrer Intensität bestimmt werden. Das heißt, für jede geforderte Auflösebandbreite muss der zu beobachtende Frequenzbereich komplett durchfahren werden.
Für den Scan im Zeitbereich kann die FFT-Erfassungsbandbreite (FFT Acquisition Bandwidth) von 1 MHz bis 10 MHz betragen, ein Frequenzbereich, der deutlich größer ist als die geforderte Auflösebandbreite bei CISPR und MIL. Der Empfänger sammelt die Daten in einem weiteren Erfassungs-Frequenzbereich und berechnet sie für den Frequenzbereich, der von CISPR oder MIL festgelegt ist.
Die Messzeit-Ersparnis durch die Aufnahme der Emissionen im Zeitbereich kommt daher, dass die vom Standard geforderte Mess-Verweildauer für alle Daten nur einmal innerhalb einer gegebenen FFT-Erfassungs-Bandbreite zum Tragen kommt. Im Vergleich dazu muss bei der Erfassung im Frequenzbereich für jede Mess-Verweildauer der komplette zu vermessende Frequenzbereich durchfahren werden. Zudem werden bei der Messung im Zeitbereich weitere Messbandbreiten genutzt (1 MHz bis 10 MHz), wodurch sich die Anzahl der nötigen Frequenzschritte reduziert. Jeder dieser Frequenzschritte erfordert eine Frequenzveränderung des lokalen Oszillators und je weniger Frequenzstufen durchgegangen werden müssen, desto weniger oft muss sich der Oszillator auf die Sollfrequenz einloggen.