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EMV im Internet der Dinge

02. Oktober 2015, 09:09 Uhr   |  Matthias Heise


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Neue Normen damit IoT funktioniert?

Elektronik: Müssen neue Normen entworfen werden, damit das IoT funktioniert?

Dr. Stephan Kloska: Die Entwicklung neuer Normen ist bereits im Gange. Bei IEC werden neue Grundnormen zur Störfestigkeitsprüfung von Geräten entwickelt, in denen Störgrößen nachgebildet werden, die vor allem durch das IoT von Bedeutung sind: Die Grundnorm IEC 61000-4-31 behandelt breitbandige Störgrößen auf Leitungen, wie sie von PLC-Modems (Powerline Communication) erzeugt werden; die zweite Grundnorm IEC 61000-4-39 behandelt den Einfluss von Sendern kleiner Leistung im Nahbereich. Die bisherige Normung geht von einem großen Abstand zwischen Sender und gestörtem Gerät aus, also einer Situation, wie sie bei einer Mobilfunkbasisstation oder einem Rundfunksender herrscht. Im IoT-Umfeld müssen wir aber davon ausgehen, dass viele kleine Sender anderen Geräten sehr nahe kommen und so trotz der geringen Sendeleistung lokal hohe Feldstärken erzeugen können. Es ist abzusehen, dass eine Prüfung nach diesen Grundnormen in Zukunft Bestandteil der Anforderungen vieler Normen sein wird. Ein ebenso wichtiger Bereich ist die Sicherheit der im IoT miteinander vernetzten Geräte. Auch in kritischen Situationen darf es nicht zu Gefährdungen von Menschen und Sachen durch die Gerätevernetzung kommen. Hierzu sind schon neue Produktfamiliennormen zur funktionalen Sicherheit, z.B. IEC 61000-6-7, entwickelt worden.

Eduard Stangl: Die bestehenden Normen müssen verfeinert werden. Da sich die Frequenzbereiche von Funkanlagen immer weiter nach oben schieben, müssen hier die Prüffrequenzen mitziehen. Dem Nutzer hilft es am Ende wenig, wenn zwar die Normen eingehalten werden, das Gerät aber nicht mehr funktioniert. Eine weitere Entwicklungsmöglichkeit ist die intelligente Steuerung von Sendern. Diese sollen nur so viel Sendeleistung erzeugen, wie für die Übertragung benötigt wird. Auch die Störfestigkeitsprüfungen müssen angepasst werden. In den meisten Fällen erfolgt die Prüfung der Einstrahlstörfestigkeit mit AM-Modulation, dies wird aber nur noch bei MW/KW-Rundfunksendern und bei Flugfunk verwendet.

Christina Gessner: Einige der für IoT geeigneten Funktechnologien verwenden das ISM-Band oder den Frequenzbereich bei 5 GHz. Die dafür relevanten Normen wurden bereits überarbeitet, um die Koexistenz verschiedener Funksysteme im jeweiligen Frequenzband sicherzustellen. Ein zentraler Punkt dabei ist die Adaptivität der Übertragungssysteme. Um Kollisionen durch gleichzeitiges Senden verschiedener Funkmodule zu vermeiden, sollen die Systeme zuerst kontrollieren, ob ein Funkkanal belegt ist. Wenn nötig weichen sie auf freie Kanäle aus. Um dieses Verhalten zu überprüfen, wurden neue Messverfahren eingeführt. Auch für EMV-Normen sind Erweiterungen in der Diskussion. Ein Beispiel ist die Verwendung von Sensoren in Haushaltsgeräten. Für solche Fälle können künftig EMV-Tests mit aktiver Radiofunktion von Interesse sein, um die tatsächlichen Anwendungsszenarien nachzubilden. Für andere Technologien wie Wireless Power Transfer sind gänzlich neue Normen in Entwicklung.

Die großen Herausforderungen liegen in den leitungsgebundenen Störungen durch die Vernetzung unterschiedlichster Verbraucher
© Schaffner EMV

Volker Kersbaum: »Die großen Herausforderungen liegen in den leitungsgebundenen Störungen durch die Vernetzung unterschiedlichster Verbraucher.«

Mark Terrien: Angesichts der Tatsache, dass es derzeit in den ISM- und Zellularfunkfrequenzbändern keine großen Interoperabilitätsprobleme gibt, kann es sein, dass die meisten IoT-Anwendungen problemlos funktionieren werden. Sollten ortsabhängige Probleme auftreten, so lassen sich diese wahrscheinlich durch zusätzliche Access Points, durch Wechsel des Aufstellortes oder Wechsel in ein weniger belastetes Frequenzband beseitigen – so wie es heute schon geschieht. Ich erwarte nicht, dass man zusätzliche EMV-Standards brauchen wird.

Volker Kersbaum: Grundsätzlich sind alle Dienstanbieter bestrebt, die Funktechniken effizient zu entwickeln. Moderne Übertragungstechniken im Mobilfunk sind so ausgelegt, dass nur mit minimal nötiger Sendeleistung gesendet wird. Auch wird versucht, die Energie der elektromagnetischen Wellen mit „intelligenten“ Antennen besser zu nutzen. Und durch weniger störanfällige Übertragungsverfahren ist weniger Sendeleistung notwendig. Aus diesen Anstrengungen heraus werden sicherlich neue oder überarbeitete Standards entstehen.

Die EMV-Entwicklung wird einen immer höheren Kostenanteil an den Geräten ausmachen
© Langer EMV Technik

Gunter Langer: »Die EMV-Entwicklung wird einen immer höheren Kostenanteil an den Geräten ausmachen.«

Gunter Langer: Eine Verschärfung der bestehenden Normen muss nicht unbedingt zum Ziel führen. Es kann sein, dass die momentanen Messprinzipien der Norm nicht ausreichen und neue Messprinzipien entwickelt werden müssen. Außerdem sollten die bestehenden IC-EMV-Normen weiter entwickelt werden, um zukünftigen EMV-Anforderungen zu genügen.

Elektronik: Wie müssen sich EMV-Labore in den nächsten Jahren weiterentwickeln?

Dr. Stephan Kloska: Die Anforderungen aus den neuen Normen zur funktionalen Sicherheit und den neuen Grundnormen müssen durch ein EMV-Labor abgedeckt werden. Die Störfestigkeitsprüfung gegen die Nahfelder von kleinen Sendern oder PLC-Modems werden an Bedeutung gewinnen. Ein Prüflabor muss sich auf diesen Bereichen weiter entwickeln und die notwendigen Investitionen in Personalschulung und Geräteausstattung vornehmen. Eine Mitarbeit in der Normung auf nationaler Ebene im VDE (DKE) ist dazu eine ideale Plattform. Gerade die Anwender im Prüflabor sind bei der Erzeugung neuer Normen sehr wichtig, um Fehlentwicklungen oder überflüssigen Aufwand bei der Prüfung zu vermeiden.

Eduard Stangl: Die EMV-Labore müssen in der Lage sein, die Prüflinge auch betreiben zu können. Es ist wichtig, entsprechende Gegenstellen aufzubauen, reale Verbindungen herzustellen und dabei die Qualität der Übertragung zu überprüfen. Damit sind Investitionen in Simulatoren notwendig, die auch alle möglichen Übertragungsarten, Datenraten und Modulationen beherrschen und auch bewerten können. Ohne diese Werkzeuge wird sich ein Kühlschrank nicht mehr norm- und praxisgerecht prüfen lassen.

Christina Gessner: Die genannten Erweiterungen der Normen sind natürlich für die EMV-Labore von Bedeutung. Als Hersteller von EMV-Messtechnik ist Rohde & Schwarz aktiv in der Normenarbeit beteiligt, um sicherzustellen, dass Lösungen für die EMV-Labore rechtzeitig zur Verfügung stehen. Auch dieses Jahr wurden neue Versionen von EN 300 328 und EN 301 893 veröffentlicht, und es werden schon die nächsten Änderungen diskutiert.

Mark Terrien: EMV-Labors, die IoT-Geräte testen möchten, müssen sicherstellen, dass sie über kalibrierte Messkammern und -geräte verfügen, die Störstrahlungsmessungen über alle beteiligten Frequenzbänder und deren Harmonische hinweg ermöglichen. Beim Testen von Intentional Radiators nach FCC müssen z.B. Außerband-Emissionen bis zur 10. Harmonischen der höchsten im Testobjekt vorkommenden Grundfrequenz erfasst werden. Bei einem Gerät, das im 2,4-GHz-ISM-Band arbeitet, sind das mindestens 24 GHz. Für Labore, die bislang nur für niedrigere Frequenzen gerüstet sind, bedeutet das u.U. eine größere Investition.

Volker Kersbaum: Ich glaube, dass sich EMV-Labore in Zukunft noch mehr spezialisieren werden. Full-Service-Dienstleistungen für EMV-, CE- oder FCC-Prüfsiegel inkl. der entwicklungs- oder fertigungsbegleitenden Abnahme für verschiedenste Applikationen werden nicht mehr zu stemmen sein. Ich sehe hier die Branchenschwerpunkte in der Spezialisierung auf die Telekommunikation, die Automobilindustrie, die Medizintechnik und die Luft- und Raumfahrt.

Gunter Langer: Die Industrie wird in Zukunft an Labore die Messaufgabe stellen, ICs hinsichtlich ihrer EMV-Parameter zu testen. Das bedeutet, dass sich die EMV-Labore in dieser Richtung ausstatten werden.

Herr Matthias Heise (Redakteur Elektronik) bedankt sich für die Statements.

 

Die Expertenrunde

Dr. Stephan Kloska

ist Leiter Kategorie EMV, Akustik und Technischer Dienst des KBA (Kraftfahrt-Bundesamt) in der VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut GmbH in Offenbach.

 
Mark Terrien  

ist EMC Business Manager bei Keysight Technologies und ist für Compliance- und Pre-Compliance-Testlösungen verantwortlich.

 

Eduard Stangl

 

ist Technischer Leiter der CSA Group Bayern GmbH.

 

Volker Kersbaum

 

ist Product Marketing Manager EMC bei Schaffner EMV.

 

Christina Gessner

 

ist Leiterin Entwicklung für Signal-, Spektrum- und EMV-Analysatoren bei Rohde & Schwarz.

 
Gunter Langer  
ist Gründer des Ingenieurbüros Gunter Langer und der Langer EMV-Technik GmbH.
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1. EMV im Internet der Dinge
2. Bei einer Billion Sensoren im Jahr, sind da zunehmende EMV-Probleme zu erwarten?
3. Neue Normen damit IoT funktioniert?

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