4-2017

April 4/<strong>2017</strong> Jahrgang 22<br />

HF- und<br />

Mikrowellentechnik<br />

Herausforderung bei der<br />

Miniaturisierung von Quarzoszillatoren<br />

WDI, Seite 16<br />

Sonderteil EMV<br />

mit Marktübersicht<br />

ab Seite 19

---

Revolutionary<br />

ABSORPTIVE/REFLECTIONLESS<br />

FILTERS<br />

Now!<br />

DC to 30 GHz!<br />

Reflectionless<br />

Filter<br />

Conventional<br />

Standing waves out-of-band<br />

Stop Signal Reflections Dead in Their Tracks!<br />

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hartnäckigen the longstanding Problem problem der Signalreflexionen of signal reflections beim Einbetten when embedding von Filtern in filters HF-Systeme. in RF<br />

Während systems. konventionelle Whereas conventional Filter im Sperrbereich filters are reaktiv fully reflective sind, hat unsere in the neue stopband, X-Serie<br />

im<br />

our<br />

Sperr-,<br />

new X-series<br />

Durchlassreflectionless<br />

oder Übergangsbereich<br />

filters are matched<br />

immer eine<br />

to 50Ω<br />

reelle<br />

in<br />

Impedanz<br />

the passband,<br />

von 50<br />

Ohm. Das verhindert Intermodulation, Welligkeit und andere Probleme, welche<br />

stopband and transition band, eliminating intermods, ripples and other<br />

durch Reflektionen in der Signalkette hervorgerufen werden. Diese Filter eignen sich<br />

perfekt<br />

problems<br />

für<br />

caused<br />

das Zusammenwirken<br />

by reflections<br />

mit<br />

in the<br />

nichtlinearen<br />

signal chain.<br />

Bausteinen,<br />

They’re perfect<br />

wie Mischern<br />

for pairing<br />

oder<br />

Vervielfachern, with non-linear da devices sie unerwünschte such as mixers Signale and beseitigen, multipliers, die durch significantly die Nichtlinearität reducing<br />

und unwanted den durch signals das generated Eliminieren due der to Anpassungs-Dämpfungsglieder non-linearity and increasing größeren system<br />

Dynamikbereich dynamic range by des eliminating Systems entstanden matching attenuators sind. Die X-Serie 2 . They’ll wird change Ihr Herangehen the way<br />

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✓ Absorbtion Patented von design Signalen im Sperrbereich statt<br />

Reflexion eliminates in-band spurs<br />

✓ Gute Absorbs Impedanzanpassung stopband signal im Passband/ power<br />

Stopband-Übergangsbereich<br />

rather than reflecting it<br />

✓ bedingungslos Good impedance kaskadierbar match<br />

in passband stopband and transition<br />

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✓ Passbands from DC – to 30 GHz 4<br />

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Chinese Patent No. ZL201080014266.l.<br />

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Editorial<br />

Autor:<br />

Alex van den Berg<br />

Vorteile des Einsatzes von<br />

EMC-Scanning-Technologien<br />

im Entwicklungsprozess<br />

Leader in design and<br />

manufacturing of<br />

Precision Oscillators<br />

for Communication, Industrial,<br />

Military and Space Applications<br />

Die immer kürzeren Entwicklungszyklen<br />

bei gleichbleibender<br />

oder höherer Qualitäts- und niedriger<br />

Kostenerwartung stellen<br />

Ingenieure vor neue Herausforderungen.<br />

Früher waren es Jahre<br />

bis ein Produkt zur Serienreife<br />

gebracht war, heutzutage wird<br />

es eher in Monaten gerechnet.<br />

Schnelligkeit und Effizienz sind<br />

sehr wichtige Faktoren im Entwicklungsprozess<br />

geworden.<br />

Designfehler frühzeitig zu erkennen<br />

ist dabei entscheidend. Je<br />

weiter im Entwicklungsprozess<br />

diese Fehler aufgedeckt werden,<br />

desto teurer wird Re-Design und<br />

desto länger dauert der Entwicklungsprozess.<br />

Fortschreitende Miniaturisierung,<br />

immer höhere Frequenzen,<br />

Bandbreiten und Integrationsdichten<br />

bringen oft selbst die<br />

moderne Messtechnik an ihre<br />

Grenzen. Eine der Möglichkeiten,<br />

Designfehler sehr früh zu<br />

erkennen, ist einen EMC-Scanner<br />

für Designvalidierung einzusetzen.<br />

Es gibt bereits diverse<br />

Systeme auf dem Markt, die<br />

sich in Auflösung, Geschwindigkeit,<br />

Automatisierungsgrad,<br />

Softwarefunktionalität und Preis<br />

unterscheiden. Viele der auf<br />

dem Markt verfügbaren Scanner-Systeme<br />

haben nur eine<br />

geringe Auflösung, welche in<br />

vielen Fällen jedoch ausreichend<br />

ist, um grobe Designfehler zu<br />

erkennen. Ab einer bestimmten<br />

Integra tionsdichte stoßen solche<br />

Scanner-Systeme allerdings<br />

schnell auf ihre Grenzen. Man<br />

kann damit evtl. ein Problem<br />

noch erkennen, aber nicht mehr<br />

genau lokalisieren. In solchen<br />

Fällen führt kein Weg vorbei am<br />

EMC/ESD- Scanner mit hoher<br />

Auflösung. In dieser Ausgabe<br />

wird eine Scanning Technologie<br />

auf der Seite XX beschrieben,<br />

auf welcher die EMC/ESD<br />

Scanner der Firma API aus Kalifornien,<br />

USA basieren. Die API-<br />

Scanner erreichen Auflösungen<br />

im Mikrometer-Bereich und sind<br />

somit geeignet, die EMC & ESD<br />

Probleme selbst auf der Komponentenebene<br />

in ICs zu lokalisieren,<br />

was vor kurzem noch<br />

unmöglich war. Das Herzstück<br />

dieses Systems ist, neben der<br />

hochgenauen Robotertechnik,<br />

das Software Paket mit intuitiver<br />

Bedienung und umfangreichen<br />

Parametrisierungs-,<br />

Darstellungs- und Analysemöglichkeiten.<br />

Die gewonnenen Informationen<br />

erlauben eine bessere Modellierung<br />

führen zu einem besseren<br />

Verständnis des Designs und zeigen<br />

die Möglichkeiten der Produktverbesserung<br />

oder Fehlerbehebung<br />

in einem sehr frühen<br />

Entwicklungsstadium, bevor<br />

die Designfehler an einzelnen<br />

Komponenten oder Modulen<br />

ein integraler Bestandteil des<br />

Gesamtsystems werden.<br />

Alex van den Berg<br />

AR (Amplifier Research)<br />

Deutschland GmbH<br />

OCXO Oven Stabilized Crystal Oscillators<br />

EMXO Evacuated Miniature Crystal Oscillators<br />

TCXO Temperature Compensated<br />

Crystal Oscillators<br />

VCXO/VCSO Voltage Controlled<br />

Crystal Oscillators and<br />

SAW Oscillators<br />

XO Crystal Oscillators<br />

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hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 3

---

Inhalt<br />

Die ganze Bandbreite<br />

der HF-und MW-Technik<br />

Zum Titelbild:<br />

April 4/<strong>2017</strong> Jahrgang 22<br />

HF- und<br />

Herausforderung bei der<br />

Miniaturisierung von Quarzoszillatoren<br />

WDI, Seite 16<br />

Mikrowellentechnik<br />

Sonderteil EMV<br />

mit Marktübersicht<br />

ab Seite 19<br />

Schwerpunkt: EMV<br />

Herausforderung bei<br />

der Miniaturisierung<br />

von Quarzoszillatoren<br />

Die Miniaturisierung von<br />

Schwingquarzen hat den negativen<br />

Effekt, dass der ESR-Wert<br />

höher wird. Dies führt in der Praxis<br />

zu schlechterem Anschwingverhalten.<br />

Dieser Beitrag erläutert<br />

die Effekte der Miniaturisierung,<br />

beleuchtet die technischen<br />

Hintergründe und gibt sinnvolle<br />

Hinweise zur Vermeidung von<br />

Schaltungsproblemen. 16<br />

Fachartikel:<br />

EMV-Prüfungen auf Störimmunität<br />

Seit über 30 Jahren Ihr Partner für<br />

Eine gute elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bedeutet<br />

neben geringen Störemissionen in erster Linie eine hohe Störfestigkeit.<br />

Dieser Beitrag verschafft diesbezüglich den Überblick<br />

und legt dabei den Schwerpunkt auf HF-technische Aspekte. 26<br />

▶ Adapter<br />

▶ Equalizer<br />

▶ DC Blocks<br />

▶ Dämpfungsglieder von 0,5W bis 4kW<br />

fest, einstellbar und programmierbar<br />

▶ Wattmeter<br />

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Elektromagnetische Verträglichkeit und<br />

Spektrumanalyse<br />

Dieser Beitrag zeigt anhand von Beispielen im EMV-Bereich den<br />

Einsatz eines Spektrumanalysators exemplarisch auf. Angesprochen<br />

wird dabei der Praktiker, der sich bei seiner täglichen Arbeit<br />

mit moderner Elektronik, Signalen und Spektren auseinandersetzen<br />

muss. 34<br />

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4<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong><br />

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---

4/<strong>2017</strong><br />

RF & Wireless International<br />

Immunity and Emissions<br />

Scanning for EMC<br />

Using scanning techniques<br />

to identify product sensitivities<br />

and RF emissions levels<br />

prior to compliance testing the<br />

engineer can quickly make the<br />

necessary decisions that will<br />

save his company both time<br />

and money. 79<br />

Synthesis of Robust UHF<br />

RFID Antennas<br />

on Dielectric Substrates<br />

AntSyn, a new antenna synthesis<br />

tool within the NI AWR<br />

software portfolio, has been<br />

enhanced to rapidly explore<br />

the design space more efficiently,<br />

supporting the simultaneous<br />

optimization of RFID<br />

antennas on a wide variety of<br />

dielectric substrates as specified<br />

by the user. 82<br />

5G/LTE Envelope<br />

Tracking Power<br />

Amplifiers, Part 2<br />

This white paper has described<br />

the combined use of circuit/system/electromagnetic<br />

co-simulation available in NI<br />

AWR Design Environment,<br />

inclusive of Microwave Office,<br />

V SS , and AXIEM software,<br />

along with a measurement<br />

solution based on NI PXI,<br />

VST, and LabVIEW to significantly<br />

reduce the optimization<br />

and product development time<br />

for a wideband ETPA across<br />

different bands and applications.<br />

88<br />

Design:<br />

Schleifenkompensation bei<br />

Schaltnetzteilen: Modellierung<br />

und Design, Teil 3<br />

planaren Baluns unter Nutzung der Simulations-<br />

Software Axiem von AWR konkret abläuft. 65<br />

Messtechnik:<br />

Anspruchsvolle Messungen<br />

mit niedrigstem Eigenrauschen<br />

gemäß den aktuellen<br />

EMV-Normen<br />

Teil 3 dieses Artikels beschäftigt sich mit der<br />

Auswahl der gewünschten Spannungsschleifen-<br />

Crossover-Frequenz f C , dem Design eines Rückkopplungs-Teilernetzwerks<br />

K ref (s) mit R 1 , R 2 , C 1<br />

und C 2 sowie eines Typ-II-Kompensationsnetzwerks<br />

des Spannungsschleifen-ITH-Fehlerverstärkers<br />

58<br />

EM-Simulationstechniken<br />

verbessern das Modellieren von<br />

PCB-VHF-Baluns, Teil 2<br />

In diesem zweiten und abschließenden Teil wird<br />

beispielhaft gezeigt, wie die Entwicklung eines<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong><br />

Die Firma Gauss Instruments hat im Dezember<br />

letzten Jahres eine neue Option für TDEMI-1G-<br />

Messsysteme vorgestellt, welche das Rauschen<br />

insbesondere im kritischen Bereich von 30 MHz<br />

– 1 GHz auf ca. -15 dBµV absenkt. 68<br />

Rubriken:<br />

Editorial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3<br />

Inhalt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4<br />

Aktuelles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6<br />

Titelstory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />

Schwerpunkt EMV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19<br />

Bauelemente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42<br />

Funkmodule.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54<br />

HF-Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56<br />

Elektromechanik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57<br />

Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58<br />

Messtechnik.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68<br />

RF & Wireless. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79<br />

5

---

Aktuelles<br />

Intelligentes Engineering<br />

Analog Devices<br />

präsentiert seinen<br />

umfassenden<br />

Erfahrungsschatz<br />

im Bereich der<br />

Hochleistungs-<br />

Anwendungen<br />

für Messtechnik,<br />

des Internet of<br />

Things (IoT), des<br />

Gesundheitswesens und<br />

bei Motorsteuerungen<br />

auf der embedded<br />

world.<br />

Der Vortrag „Simplifying Precision<br />

Measurement with ADI’s<br />

Latest SAR ADC Product Families”<br />

(14.00 bis 14.30 Uhr in<br />

Halle 4, Stand 422) soll Kunden<br />

bei der Bewältigung der Herausforderungen<br />

bei Entwicklungen<br />

mit SAR-ADCs helfen. Von<br />

15.30 bis 16.00 Uhr am Stand<br />

511 in Halle 3A geht es unter<br />

dem Titel „Time Sensitive Networks<br />

For Industrial Automation<br />

Systems“ darum, was es mit TSN<br />

auf sich hat, welche Teile davon<br />

auf bestehende Industrieprotokolle<br />

angewandt werden können<br />

und wie sich die Kompatibilität<br />

zu Standard-Netzwerken erreichen<br />

lässt. Weitere Einzelheiten<br />

findet man auf www.analog.com/<br />

embedded-world.<br />

Analog Devices wird auf der<br />

Fachmesse die folgenden Live-<br />

Demonstrationen an seinem<br />

Stand präsentieren:<br />

• Für die Herausforderungen<br />

von Industrie 4.0<br />

– Lösungen für die kommende<br />

Generation der Industrieautomation<br />

Industrie 4.0 ist die Verwirklichung<br />

der intelligenten Fabrik<br />

und ein Wandel hin zu reaktionsschnelleren,<br />

flexibleren und<br />

schlankeren Automatisierungssystemen.<br />

Die Demonstration<br />

eines kompletten Industriesystems<br />

mit Feldinstrumenten,<br />

Steuerungen, zustandsbasierter<br />

Überwachung, industrieller<br />

Kommunikation und Datenauswertung<br />

zeigt, wie ADI diesen<br />

Herausforderungen gerecht wird.<br />

• Wearable-Plattform zur<br />

Messung mehrerer Vitalzeichen<br />

– Strom sparend<br />

und für gleichzeitiges Messen<br />

geeignet<br />

Interessenten sehen, wie ADI-<br />

Sensoren in dieser Wearable-<br />

Plattform aus dem Jahr <strong>2017</strong><br />

kombiniert wurden, um optisch<br />

die Herzfrequenz zu ermitteln,<br />

ein EKG aufzunehmen und die<br />

Bioimpedanz zu messen. Das<br />

System wurde auf der Basis<br />

des extrem sparsamen Cortex-<br />

Prozessors ADuCM3029 mit<br />

Kommunikation per BLE entwickelt<br />

und enthält außerdem den<br />

ADPD103, den zweikanaligen<br />

AD8232 und den ADXL362<br />

• Ethernet/IP per TSN –<br />

Evaluierung der von TSN<br />

gebotenen Features mit<br />

beliebigen standardmäßigen<br />

Ethernet-Geräten<br />

Besucher erfahren, wie sich standardmäßiges<br />

Ethernet/IP (Rockwell<br />

Industrial Ethernet Protocol)<br />

mithilfe der TSN Eval Kits<br />

von ADI über TSN tunneln lässt.<br />

Die Demo nutzt hierfür einen<br />

Mix aus allgemeinem Hintergrund-Traffic<br />

(Video-Stream)<br />

und einem deterministischen<br />

TSN-Stream auf ein und derselben<br />

Leitung.<br />

• A²B-Audiobus und -Netzwerk<br />

– Für die intelligente<br />

Audioverbindung von<br />

morgen<br />

Hier sehen Teilnehmer, wie ein<br />

Mikrofon-Array des per A²B<br />

vernetzten (AD2410) Kommunikationssystems<br />

zwischen<br />

mehreren Sprechern unterscheiden<br />

kann – und dies auch in der<br />

Gegenwart starker Hintergrundgeräusche.<br />

Das System arbeitet<br />

dazu mit Mikrofon-Beamforming-Algorithmen,<br />

fortschrittlicher<br />

Echokompensation und<br />

Spracherkennungs-Routinen,<br />

alles implementiert auf einem<br />

leistungsfähigen SHARC-Prozessor<br />

(ADSP-21489).<br />

• 24-GHz-Radartechnologie<br />

ermöglicht die nächste<br />

Generation von Sensoren<br />

– prägend für die Zukunft<br />

der Fahrerassistenzsysteme<br />

Gezeigt wird, wie die Leistungsfähigkeit,<br />

die Abmessungen und<br />

die Leistungsaufnahme der Sensoren<br />

in der Radar Technology<br />

Platform von Analog Devices<br />

OEMs bessere Lösungen offerieren<br />

können, indem Objekte früher,<br />

in größerer Entfernung und<br />

zuverlässiger erkannt werden.<br />

• IoT Asset Health Tracking<br />

– Kritische Echtzeit-<br />

Statusmeldungen hochwertiger<br />

Ladung<br />

ADI-Technologie kann kritische<br />

Informationen über hochwertige<br />

Güter während des Versands<br />

detektieren, messen und<br />

weiterleiten. ADI zeigt, wie der<br />

Zustand von Gütern (beispielsweise<br />

die Auswirkungen von<br />

Stößen auf dem Versandweg und<br />

von Temperatureinwirkungen)<br />

lokal überwacht, per BLE an<br />

ein Tablet übermittelt und von<br />

dort in die IoT-Cloud hochgeladen<br />

werden kann, um für das<br />

gesamte Unternehmen verfügbar<br />

zu sein.<br />

• Arduino-Gassensor –<br />

Messlösung mit extrem<br />

niedrigem Stromverbrauch<br />

Hier kann man erleben, wie sich<br />

die Strom sparende Sensortechnologie<br />

von ADI zum Detektieren<br />

und Übertragen von Informationen<br />

nutzen lässt. Besucher<br />

entdecken außerdem, wie<br />

diese Technik für die Patienten-,<br />

Umgebungs- und Vibrationsüberwachung<br />

sowie für Konsum-<br />

Sensor-Anwendungen eingesetzt<br />

werden kann.<br />

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Halle 3, Stand 311<br />

■ Analog Devices GmbH<br />

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6 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

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Aktuelles<br />

EMV <strong>2017</strong>: Neuigkeiten rund um Aussteller,<br />

Newcomer und Messe-Highlights<br />

Die EMV –<br />

Internationale<br />

Fachmesse mit<br />

Workshops für<br />

Elektromagnetische<br />

Verträglichkeit – hat<br />

auch <strong>2017</strong> wieder<br />

zahlreiche Highlights<br />

im Programm. Das<br />

facettenreichen<br />

Themenspektrum bietet<br />

den Fachbesuchern<br />

ein umfangreiches<br />

Produkt- und<br />

Dienstleistungsportfolio<br />

sowie Expertenwissen<br />

zur Lösungsfindung.<br />

„Über 100 Aussteller aus dem<br />

In- und Ausland präsentieren<br />

sich vom 28. bis 30.3.<strong>2017</strong><br />

auf der EMV in Stuttgart. Die<br />

Aussteller decken die unterschiedlichsten<br />

EMV-Themen<br />

ab, von EMV-Laboren, Anbieter<br />

von Mess- und Prüfsystemen,<br />

Simulationssoftware und<br />

EMV-Dienstleistungen bis hin<br />

zu Hochfrequenztechnik. Wir<br />

freuen uns, dass <strong>2017</strong> wieder<br />

neben langjährigen Ausstellern<br />

und Marktführern auch Newcomer<br />

der Branche vertreten<br />

sind“, so Anthula Parashoudi,<br />

Bereichsleiterin der Mesago<br />

Messe Frankfurt GmbH, Veranstalter<br />

der EMV.<br />

Aussteller mit neuem<br />

Standkonzept<br />

Seit vielen Jahren ist die AR<br />

Deutschland GmbH Aussteller<br />

auf der EMV. Für die diesjährige<br />

Veranstaltung hat das<br />

Unternehmen ein ganz besonderes<br />

Standkonzept entwickelt.<br />

Geschäftsführer Alex van den<br />

Berg erklärt: „Mit dem neuen<br />

Konzept möchten wir unsere<br />

Position als Drehkreuz der EMV-<br />

Branche darstellen.“ Die vier<br />

einzelnen Messestände, die gegenüber<br />

angeordnet sind, werden<br />

thematisch unterschiedlich aufgeteilt,<br />

so van den Berg weiter.<br />

Die Besucher sollen gezielt nach<br />

deren Interessen angesprochen<br />

Auf der EMV finden sich Anbieter<br />

von Produkten und Dienstleistungen<br />

aus den verschiedensten<br />

Bereichen der Elektromagnetischen<br />

Verträglichkeit.:<br />

• Akkreditierung, Zertifizierung,<br />

Vor-Ort-Service<br />

• Antriebstechnik<br />

• Automatisierungstechnik<br />

• Baugruppen- und Elektronikfertigung<br />

• Blitz-und Überspannungsschutz<br />

• Dienstleistungen<br />

• Elektromobilität<br />

• EMV-Messungen und CE-<br />

Abnahmeprüfungen<br />

• ESD- und TEMPEST-unterdrückende<br />

Produkte<br />

Messethemen<br />

werden. So wird zum Beispiel<br />

mit der Firma Boonton ein neuer<br />

Partner mit deren HF Leistungs-<br />

• Filter und Filterkomponenten<br />

• Gebäude- und Haustechnik<br />

• IT/Datentechnik<br />

• KFZ- und Verkehrstechnik<br />

• Leitende und schirmende<br />

Kunststoffe<br />

• Medizintechnik<br />

• Mess- und Prüftechnik<br />

• Schaltschrankkomponenten /<br />

Mechatronik<br />

• Schirmsysteme und Abschirmmaterialien<br />

• Schutz vor Datenübertragung<br />

• Simulation (Software/Institute)<br />

• Telekommunikation, uvm.<br />

8 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

EINE DESIGNPLATTFORM – KEINE HINDERNISSE<br />

EINFACH<br />

INTELLIGENTER<br />

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Die Plattform NI AWR Design Environment <br />

integriert System-, Schaltungs- und<br />

elektromagnetische Analysen für das<br />

Design anspruchsvoller Wireless-Produkte,<br />

von Basisstationen über Mobiltelefone<br />

bis hin zur Satellitenkommunikation. Die<br />

intuitive Bedienoberfläche, bewährte<br />

Simulationstechnologien und die offene<br />

Architektur der Plattform, die Lösungen<br />

von Drittanbietern unterstützt, ermöglichen<br />

erfolgreiches Entwickeln ohne jedes<br />

Hindernis. Entwickeln Sie einfach intelligenter.<br />

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©<strong>2017</strong> National Instruments. Alle Rechte vorbehalten. Analog Office, AXIEM, AWR, Microwave Office, National Instruments, NI und ni.com<br />

sind Marken von National Instruments. Andere erwähnte Produkt- und Firmennamen sind Marken oder Handelsmarken der jeweiligen Unternehmen.

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Aktuelles<br />

Analyse EMV 2016: Attraktive Messeplattform für Aussteller und Fachpublikum<br />

Die Auswertung der Befragung<br />

von Ausstellern, Besuchern<br />

und Kongressteilnehmern der<br />

EMV 2016 bestätigt eine positive<br />

Stimmung: An drei Veranstaltungstagen<br />

präsentierten<br />

136 Aussteller Ihre Produkte<br />

und Dienstleistungen einem<br />

interessierten und hochqualifizierten<br />

Publikum.<br />

Fachwissen und<br />

Internationalität<br />

überzeugte<br />

In diesem Jahr nutzten 3.297<br />

Fachbesucher (30% davon aus<br />

dem Ausland) die EMV 2016<br />

zur allgemeinen Marktorientierung<br />

sowie zum Aufbau<br />

von Geschäftsbeziehungen.<br />

Die Messe stellte sich unter<br />

anderem für Interessierte aus<br />

32 Ländern als attraktive<br />

Plattform dar. Insbesondere<br />

die geführten Fachgespräche<br />

mit den Ausstellern wurden<br />

sehr positiv bewertet: 89% der<br />

Besucher bezeichneten sie als<br />

gut bis sehr gut.<br />

EMV – die Plattform<br />

für Entscheider<br />

Für Aussteller war im Gegenzug<br />

die hohe Entscheidungskompetenz<br />

des Publikums<br />

besonders erfreulich: 70% der<br />

befragten Besucher gaben an,<br />

an Investitionsentscheidungen<br />

ihres Unternehmens mit beteiligt<br />

zu sein. Insgesamt äußerten<br />

sich die Aussteller sehr positiv<br />

über ihre entsprechende Zielgruppe<br />

als potentielle neue<br />

Kunden und lobten die optimalen<br />

Networking-Möglichkeiten:<br />

88% bewerten die Qualität der<br />

Fachbesucher als gut bis sehr<br />

gut. Darüber hinaus schätzen<br />

82% der Aussteller den<br />

Umfang der fortsetzbaren Kontakte<br />

als gut bis sehr gut ein.<br />

Themenvielfalt und<br />

Kongressprogramm<br />

mit guter Resonanz<br />

Auch die fachliche Qualität<br />

und die Aktualität der Kongressvorträge<br />

überzeugten in<br />

Düsseldorf. Mit 81 Kongressvorträgen,<br />

13 Tutorials und<br />

acht englischsprachige Workshops<br />

wurden alle Themenbereiche<br />

der EMV abgedeckt.<br />

934 Buchungen bestätigten die<br />

Bedeutsamkeit des diesjährigen<br />

Kongresses. Die Teilnehmer<br />

haben zu 95% ihre Erwartungen<br />

erfüllt. Ein Großteil der<br />

Kongressteilnehmer stammte<br />

aus der Fahrzeugherstellung,<br />

der Mess- und Prüftechnik,<br />

der Automatisierungstechnik<br />

sowie aus wissenschaftlichen<br />

Instituten.<br />

messgeräten vorgestellt. AR<br />

zeigt außerdem eine neue Generation<br />

des Multitone-Systems<br />

mit erweiterter Funktionalität.<br />

Van den Berg ist sich sicher:<br />

„Die EMV ist mit Abstand die<br />

wichtigste Messe für die ganze<br />

EMV-Branche. Es gibt für uns<br />

keine vergleichbare Messe europaweit,<br />

in deren Verlauf wir in<br />

den wenigen Tagen so viele<br />

EMV-Spezialisten treffen und<br />

ansprechen können.“<br />

Erstaussteller<br />

präsentieren sich<br />

Das Potential der EMV haben<br />

auch Neuaussteller für sich entdeckt.<br />

In diesem Jahr präsentieren<br />

sich erstmals aus Deutschland<br />

der Messgerätehersteller<br />

Teledyne LeCroy GmbH, die<br />

Pro Nova Elektronik GmbH als<br />

Anbieter für Mikrowellenkomponenten<br />

und Systeme, die UL<br />

International Germany GmbH<br />

und das spanische Unternehmen<br />

LGAI Technological Center S.A.<br />

(Applus + Laboratories).<br />

Newcomer zeigt<br />

lasergespeiste<br />

Sensorsysteme<br />

Neu im EMV-Geschäft ist die<br />

Lumiloop GmbH aus Dresden.<br />

Das Unternehmen ist aus einem<br />

Spin-off der Technischen Universität<br />

Dresden im Jahr 2015<br />

entstanden. Der Fokus von<br />

Lumiloop liegt auf der Entwicklung<br />

und Vermarktung von lasergespeisten<br />

Sensorsystemen. Im<br />

Bereich EMV-Messtechnik hat<br />

sich das Unternehmen auf neuartige<br />

lasergespeiste E-Feld-Sonden<br />

zur Störfestigkeitsprüfung<br />

spezialisiert und stellt diese auf<br />

der EMV <strong>2017</strong> vor.<br />

EMV als internationale<br />

Business-Plattform<br />

Die Firma Advanced Test Equipment<br />

Rentals (ATEC) hat ein<br />

interessantes Unternehmenskonzept<br />

entwickelt. Statt EMV-<br />

Testgeräte zu verkaufen, bietet<br />

das amerikanische Unternehmen<br />

ihren Kunden an, die Geräte für<br />

eine bestimmte Zeit zu mieten.<br />

Gabe Alcala, Business Development<br />

Manager, sagt: „Die<br />

Nachfrage ist in den letzten Jahren<br />

stark gestiegen, nicht nur in<br />

den USA, auch in Europa verzeichnen<br />

wir ein Wachstum.“<br />

Die Messebeteiligung auf der<br />

EMV in Stuttgart nutzt ATEC,<br />

um den Mietservice auch in<br />

Europa bekannt zu machen. Es<br />

wird mit vielen großen Herstellern<br />

wie beispielsweise Ametek<br />

CTS, EMC Partner und Amplifier<br />

Research zusammengearbeitet.<br />

Außerdem dient die EMV<br />

dazu, die Kontaktpflege mit<br />

den Partnern zu intensivieren.<br />

Die komplette Ausstellerliste ist<br />

online unter e-emv.com/ausstellerliste<br />

verfügbar.<br />

EMV und Produktsicherheit<br />

Erstmalig wird das Thema<br />

„EMV und Produktsicherheit“<br />

in die Veranstaltung integriert.<br />

Auf einem Gemeinschaftsstand<br />

zeigen Aussteller wie CTC<br />

advanced GmbH, SGS Germany<br />

GmbH und WEKA Media<br />

GmbH & Co. KG ihre Produkte<br />

und Dienstleistungen. Bei den<br />

Workshops werden gleich zwei<br />

Vorträge dem Thema gewidmet:<br />

Zum einen werden die Pflichten<br />

in der Praxis aufgezeigt, zum<br />

anderen die Anforderungen für<br />

den internationalen Marktzugang<br />

beleuchtet. Das vollständige<br />

Workshopprogramm kann<br />

online unter unter e-emv.com/<br />

workshops eingesehen werden.<br />

Kostenloses<br />

Tagesticket<br />

Die EMV findet dieses Jahr zum<br />

30. Mal statt. Neben der Messe<br />

umfasst das Angebot der EMV<br />

auch 39 Workshops und ein vielfältiges<br />

Rahmenprogramm mit<br />

Vorträgen auf dem Messeforum.<br />

Interessierte können sich online<br />

für eine kostenlose Tageskarte<br />

unter e-emv.com/eintrittskarten<br />

registrieren.<br />

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Aktuelles<br />

Workshops der EMV <strong>2017</strong>: „Expertenwissen aus<br />

erster Hand konzentriert auf drei Stunden“<br />

Parallel zur internationalen<br />

Fachmesse bietet die EMV <strong>2017</strong><br />

mit 39 Workshops ein facettenreiches<br />

Programmangebot. Altbewährte<br />

und neue Referenten<br />

geben vom 28. – 30.03.<strong>2017</strong> in<br />

Stuttgart ihr fachspezifisches<br />

EMV-Wissen für die Anwendung<br />

in der Praxis weiter.<br />

Im Fokus: Grundlagenthemen<br />

und<br />

Neuerungen in der<br />

Branche<br />

Die Workshops der EMV informieren<br />

über Grundlagenthemen,<br />

technische, methodische und<br />

gesetzliche Neuerungen sowie<br />

aktuelle Entwicklungen und<br />

Erkenntnisse aus dem Arbeitsalltag.<br />

Workshopteilnehmer erhalten<br />

„Expertenwissen aus erster<br />

Hand konzentriert auf drei<br />

Stunden“, so bringt Manfred<br />

Stecher, ehemaliger Entwickler<br />

bei dem Münchner Unternehmen<br />

ROHDE & SCHWARZ GmbH<br />

& Co. KG und langjähriger Referent<br />

der EMV, die Veranstaltung<br />

auf den Punkt.<br />

Englischsprachiges<br />

Workshopangebot<br />

ergänzt<br />

Das englischsprachige Workshopangebot<br />

wird im nächsten<br />

Jahr um zwei neue Referenten<br />

ergänzt: Lee Hill, Gründungsmitglied<br />

von SILENT Solutions<br />

LLC, einer Consulting Firma<br />

im Silicon Valley, USA, bietet<br />

die Workshops „What Electronic<br />

Designers Want to Know:<br />

Mastering the Details of EMI<br />

Suppression Ferrites“ sowie<br />

„Simplified Theory, Applications,<br />

and Demonstrations of<br />

Precompliance Probes and EUT<br />

Cables for EMC“ an. Eine weitere<br />

Informationsquelle stellt<br />

Davy Pissoort, Professor an der<br />

belgischen Hochschule KU Leuven<br />

mit dem Workshop „EMI<br />

Risk Management: a Necessity<br />

for Safe and Reliable Electronic<br />

Systems!” bereit.<br />

„Produktsicherheit“<br />

erweitert das<br />

Themenspektrum<br />

Hallenplan<br />

Darüber hinaus hat die EMV<br />

<strong>2017</strong> ihr Veranstaltungskonzept<br />

um den Bereich „EMV und<br />

Produktsicherheit“ erweitert.<br />

Dies spiegelt sich nicht nur in<br />

Form eines geplanten Gemeinschaftsstandes<br />

auf der Messe<br />

wider, sondern auch in zwei<br />

zusätzlichen Workshops. Einen<br />

umfassenden Überblick über die<br />

Richtlinien, produktrechtlichen<br />

Zusammenhänge und aktuelle<br />

Rechtsprechungen erhalten<br />

Teilnehmer in dem Workshop<br />

„EMV und Produktsicherheit:<br />

Die neuen Pflichten in der Praxis“.<br />

Der Workshop „EMV- und<br />

Produktsicherheit – Anforderungen<br />

für den internationalen<br />

Marktzugang“ beleuchtet in diesem<br />

Zusammenhang den weltweiten<br />

Vertrieb von Produkten.<br />

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Widerstand R (25 mΩ…10 MΩ), Induktivität<br />

L (Bereich 10 nH…1 H), Kapazität C (Bereich<br />

0,25 pF…1 mF, Impedanz Z, Dis si pationsfaktor<br />

D, Qualitätsfaktor Q, Pha sen winkel<br />

Θ, Equivalenter Serienwiderstand ESR,<br />

Gleichstrom-Widerstand DCR, Dioden-<br />

Check, Kontinuität.<br />

Sortierung, Aufzeichnung, Selbst-<br />

Kalibrierung, PC-Anschluss USB.<br />

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Tastkopfpaar. Es ist kompakt, leicht und dennoch robust<br />

und wird per Akku versorgt, der über USB aufgeladen<br />

werden kann. Das LCR Pro1 ist somit das ideale Werkzeug<br />

für die Bauteil-Verifizierung und Sortierung, Produktion,<br />

Elektroniklabor, Service, Fehlersuche und Reparatur im Feld<br />

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Erwähnte Firmen- und Produktnamen sind zum Teil eingetragene Warenzeichen der jeweiligen Hersteller. Irrtum und Änderung vorbehalten. © <strong>2017</strong> Meilhaus Electronic.

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Aktuelles<br />

Programmübersicht<br />

D I E N S T A G 2 8 . 0 3 . 2 0 1 7<br />

WS 1 Richter<br />

WS 2 Birnbaum<br />

WS 3 Eichstetter<br />

WS 4 Stecher<br />

WS 5 Trupp<br />

WS 6 Koj<br />

WS 7 Hill<br />

08:30 – 11:30 Uhr<br />

EMV-Wissen für Neuund<br />

Quereinsteiger<br />

08:30 – 11:30 Uhr<br />

Grundlagen der Elektromagnetischen<br />

Verträglichkeit<br />

(EMV) von Kfz.<br />

und die Anwendung<br />

der Produktnormen und<br />

Richtlinien zwischen<br />

OEM und Zulieferern<br />

08:45 – 11:45 Uhr<br />

Die Problematik der<br />

Abblockung auf Multilayern<br />

08:45 – 11:45 Uhr<br />

Messunsicherheit und<br />

Konformitätsunsicherheit<br />

bei EMV-Prüfungen<br />

09:00 – 12:00 Uhr<br />

Störaussendungen von<br />

Frequenzumrichtern<br />

effektiv bekämpfen –<br />

Von der Entstehung<br />

über die Ausbreitung<br />

bis zur Entstörung<br />

09:00 – 12:00 Uhr<br />

Elektromagnetische<br />

Störemissionen von<br />

Windkraftanlagen –<br />

Herausforderungen<br />

und Lösungen<br />

09:00 – 12:00 Uhr<br />

What Electronic<br />

Designers Want to<br />

Know: Mastering<br />

the Details of EMI<br />

Suppression Ferrites<br />

12:00 – 14:00 Uhr M I T T A G S P A U S E / M E S S E B E S U C H<br />

WS 8 Leone<br />

WS 9 Richter<br />

WS 10 Vick<br />

WS 11 Stecher<br />

WS 12 Wuschek<br />

WS 13 Hockstra<br />

WS 14 Hill<br />

14:00 – 17:00 Uhr<br />

EMV-Analyse und<br />

Diagnostik auf<br />

Leiterplattenebene<br />

14:00 – 17:00 Uhr<br />

EMV-gerechte Inte gration<br />

und Validierung<br />

von Hochvoltsystemen<br />

für Elektrofahrzeuge<br />

14:15 – 17:15 Uhr<br />

Theoretische und<br />

physikalische Grundlagen<br />

der EMV<br />

14:15 – 17:15 Uhr<br />

Kalibrierung von Messantennen,<br />

Eignung von<br />

Feldstärkemessplätzen<br />

und Anwendung von<br />

Antennenfaktoren in der<br />

täglichen Messpraxis<br />

14:30 – 17:30 Uhr<br />

Niederfrequente elektrische<br />

und magnetische<br />

Felder in der Energieversorgung:<br />

Grenzwertsetzung,<br />

Minimierung,<br />

Expositionsbestimmung<br />

14:30 – 17:30 Uhr<br />

Anwendung der IEC<br />

61000-6-5; Darstellung<br />

der EMV für Kraftwerke<br />

und Schaltanlagen sowie<br />

der Kabelverlegung<br />

nach IEC 61000-5-2<br />

(<strong>2017</strong>/2018)<br />

14:30 – 17:30 Uhr<br />

Simplified Theory,<br />

Applications, and<br />

Demonstrations<br />

of Precompliance<br />

Probes and EUT<br />

Cables for EMC<br />

M I T T W O C H 2 9 . 0 3 . 2 0 1 7<br />

WS 15 Bentje<br />

WS 16 Hirsch<br />

WS 17 Jeromin, Pohl,<br />

Schucht<br />

WS 18 Grommes<br />

WS 19 Hansen<br />

WS 20 Leferink<br />

08:30 – 11:30 Uhr<br />

Neue EMV-Anforderungen<br />

in den USA und<br />

Kanada – FCC Part 15,<br />

ISED Canada ICES und<br />

ANSI C 63.4:2014 in<br />

der Praxis<br />

08:30 – 12:00 Uhr<br />

Praktische Umsetzung<br />

der Normen für die<br />

Messung gestrahlter<br />

Störgrößen<br />

12:00 – 14:00 Uhr M I T T A G S P A U S E / M E S S E B E S U C H<br />

08:45 – 11:45 Uhr<br />

EMV und Produktsicherheit:<br />

Die neuen<br />

Pflichten in der Praxis<br />

08:45 – 11:45 Uhr<br />

EMV-Bewertung<br />

(Störaussendung,<br />

Störfestigkeit) an Großanlagen<br />

und komplexen<br />

Maschineninstallationen<br />

09:00 – 12:00 Uhr<br />

Understanding EMC/<br />

Radio/Automotive<br />

standards -EM-Field<br />

related testing-<br />

(Basics)<br />

09:00 – 12:00 Uhr<br />

Shielding in practice<br />

12:30 – 14:00 Uhr Plenarvortrag Freier Zutritt für Workshopteilnehmer, Besucher und Aussteller<br />

WS 21 Hirsch<br />

WS 22 Dollitz<br />

WS 23 Hudetz<br />

WS 24 Holzbrecher<br />

WS 25 Hansen<br />

WS 26 Leferink<br />

14:00 – 17:00 Uhr<br />

Elektrofahrzeuge:<br />

Normative Vorgaben<br />

und ihre prüftechnische<br />

Umsetzung<br />

14:00 – 17:00 Uhr<br />

Weltweite Funkzulassungen,<br />

mit internationaler<br />

Produktzertifizierung<br />

neue Märkte erschließen<br />

14:15 – 17:15 Uhr<br />

EMV- und Produktsicherheit<br />

– Anfor derungen<br />

für den internationalen<br />

Marktzugang<br />

14:15 – 17:15 Uhr<br />

Theorie und Anwendung<br />

von EMV Ferriten<br />

14:30 – 17:30 Uhr<br />

Understanding EMC/<br />

Radio/Automotive<br />

standards -EM-Field<br />

related testing-<br />

(Advanced)<br />

14:30 – 17:30 Uhr<br />

EMC in electrical<br />

drive systems<br />

D O N N E R S T A G 3 0 . 0 3 . 2 0 1 7<br />

WS 27 Frech<br />

WS 28 Montrose<br />

WS 29 Rippl<br />

WS 30 Franz<br />

WS 31 Kochetov<br />

WS 32 Fölkel<br />

WS 33 Pissoort<br />

08:30 – 11:30 Uhr 08:30 – 11:30 Uhr<br />

Praxis normgerechter EMC Made Simple<br />

EMV-Messungen von Part 1 – System<br />

komplexen Systemen und Design and Maxwell<br />

Anlagen mittels moderner Made Simple<br />

Zeitbereichsmessverfahren<br />

08:45 – 11:45 Uhr<br />

EMV-Tests für Luftfahrt,<br />

Militär und Raumfahrt<br />

08:45 – 11:45 Uhr<br />

Systematische Planung<br />

der Masse von Bau -<br />

gruppen, Geräten und<br />

Anlagen<br />

09:00 – 12:00 Uhr<br />

Virtuelles Design eines<br />

Fahrzeuges auf Basis<br />

einer EMV Simulation<br />

09:00 – 12:00 Uhr<br />

Schaltregler-Design<br />

mit höchster Effizienz<br />

und geringster EMV-<br />

Abstrahlung<br />

09:00 – 12:00 Uhr<br />

EMI Risk Management:<br />

a Necessity for Safe<br />

and Reliable Electronic<br />

Systems!<br />

12:00 – 13:00 Uhr M I T T A G S P A U S E / M E S S E B E S U C H<br />

WS 34 Seifried<br />

WS 35 Lametschwandtner WS 36 Sitzmann<br />

WS 37 Fuhrer<br />

WS 38 Jeromin<br />

WS 39 Montrose<br />

Englische Workshops<br />

13:00 – 16:00 Uhr<br />

Detektieren, Analysieren<br />

und Lokalisieren von<br />

EMV-Störungen außerhalb<br />

des Messlabors<br />

13:00 – 16:00 Uhr<br />

Schaltnetzteile im<br />

Fokus der EMV<br />

13:00 – 16:00 Uhr<br />

DIN EN 60601-1-2:2016,<br />

der Termin zur Umsetzung<br />

steht – Ist das<br />

Hersteller-Risikomanagement<br />

auch schon auf<br />

dem neuesten Stand?<br />

13:00 – 16:00 Uhr<br />

Prüfanforderungen der<br />

LV 123, LV 124, LV 148<br />

und ECE R-10 für Fahrzeugkomponenten<br />

und<br />

-Systeme verstehen<br />

und anwenden<br />

13:00 – 16:00 Uhr<br />

Das neue deutsche EMV-<br />

Gesetz und das Gesetz zur<br />

Neufassung der Regelungen<br />

über Funkanlagen und<br />

zur Änderung des Telekommunikationsgesetzes<br />

13:00 – 16:00 Uhr<br />

EMC Made Simple<br />

Part 2 – Power Distribution<br />

(Decoupling<br />

and Bypassing)<br />

Stand: Januar <strong>2017</strong> /<br />

Änderungen vorbehalten<br />

14 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

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Titelstory<br />

Kompakte Schwingquarze - Herausforderung bei<br />

der Miniaturisierung von Quarzoszillatoren<br />

Schlechtes<br />

Anschwingverhalten,<br />

verursacht durch einen<br />

höheren ESR-Wert<br />

(Serienwiderstand)<br />

immer kleiner<br />

werdender Bauformen,<br />

führt bei der<br />

Verwendung von<br />

Schwingquarzen in<br />

der Praxis regelmäßig<br />

zu Komplikationen.<br />

Dieser Beitrag<br />

erläutert die Effekte<br />

der Miniaturisierung,<br />

beleuchtet die<br />

technischen<br />

Hintergründe und gibt<br />

sinnvolle Hinweise<br />

zur Vermeidung von<br />

Schaltungsproblemen.<br />

Gerd Reinhold<br />

Produktmarketing FCP<br />

WDI AG<br />

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Bild 1: Mit Hilfe eines Potenziometers in Reihe zum Quarz lässt<br />

sich die Anschwingsicherheit ermitteln<br />

Der Trend in der Elektronik geht<br />

beständig zu kleineren und komplexeren<br />

Baugrößen. Zusätzlich<br />

fordert der Markt einen immer<br />

niedrigeren Energieverbrauch<br />

der Komponenten, was die stark<br />

wachsende Anzahl sogenannter<br />

Low-Power-Anwendungen<br />

erklärt. Hiervon sind natürlich<br />

auch frequenzbestimmende Bauteile<br />

wie Schwingquarze betroffen.<br />

Die Miniaturisierung von<br />

Schwingquarzen führt zwar zu<br />

einer Reduzierung der schwingenden<br />

Masse, aber auch zu<br />

einer deutlichen Verkleinerung<br />

der auf dem Quarzblank zur Verfügung<br />

stehenden Elektrodenfläche,<br />

wodurch Schwingquarze<br />

kleinerer Bauformen immer<br />

einen deutlich erhöhten Serienwiderstand<br />

aufweisen.<br />

Kleinere Bauform,<br />

höherer ESR<br />

Bild 2: Berechnungsbeispiel zur Anschwingsicherheit<br />

Wird die Impedanz eines realen<br />

Quarzes als Serienersatzschaltbild<br />

dargestellt, so bewirkt der<br />

ohmsche Anteil - der Serienwiderstand<br />

oder auch ESR (Equivalent<br />

Series Resistance) - eine<br />

Dämpfung des Schwingkreises.<br />

Der Energieverlust durch den<br />

Serienwiderstand im Oszillatorschaltkreis<br />

muss kontinuierlich<br />

ausgeglichen werden, damit<br />

der Quarz weiter schwingt. Dies<br />

übernimmt der im Oszillatorschaltkreis<br />

eingesetzte Verstärker,<br />

der durch seine Verstärkung<br />

einen negativen Resonanzwiderstand<br />

-R erzeugt und damit<br />

die im ESR verlorengegangene<br />

Energie nachliefert. Um<br />

ein sicheres Anschwingen, wie<br />

auch ein stabiles Frequenzsignal<br />

zu gewährleisten, muss<br />

dem Schwingquarz die zirka<br />

5- bis 10-fache-Energie zugeführt<br />

werden. Je größer dieser<br />

(Energie)-Wert ist, desto schneller<br />

schwingt der Quarz an.<br />

Beispiel: Einfluss<br />

der Bauform auf den<br />

ESR-Wert<br />

Ein 16,000-MHz-Schwingquarz<br />

in einem bedrahteten Gehäuse<br />

der sehr gängigen Bauform<br />

HC49/S hat einen maximalen<br />

ESR-Wert von beispielsweise<br />

40 Ohm. Die bei Neuentwicklungen<br />

bevorzugte SMD-Bauform<br />

2,5 x 2,0 mm hat einen<br />

ESR-Wert von üblicherweise<br />

maximal 100 Ohm. Aus diesem<br />

Grund ist verständlicherweise<br />

die Schaltung anzupassen, da<br />

eine Verdoppelung des ESR-<br />

Wertes in der ursprünglichen<br />

Schaltung mit großer Wahrscheinlichkeit<br />

zu nicht unerheblichen<br />

Problemen führen würde.<br />

Kommen bei stromsparenden<br />

Anwendungen kleine Quarzbauformen<br />

zum Einsatz, ist zu<br />

bedenken, dass durch den erhöhten<br />

Serienwiderstand auch der<br />

Energieverbauch der Oszillatorschaltung<br />

größer ist. Grundsätzlich<br />

gilt: Je kleiner die Bauform<br />

und je niedriger die Frequenz,<br />

desto größer ist der Serienwiderstand<br />

(ESR) eines Schwingquarzes.<br />

Primär verantwortlich<br />

dafür ist die kleinere Elektroden-<br />

16 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

MRC GIGACOMP stellt aus mit:<br />

Wavecontrol SMP2 Feldstärkemessgerät<br />

Messung elektromagnetischer Felder für den<br />

Arbeitsschutz nach der EU Direktive 2013/35/EU<br />

eingebauter GPS-Empfänger<br />

graphische Anzeige in Echtzeit<br />

LF Spektrum Analyse bis 400kHz<br />

E-Feld und H-Feld Frequenzanalyse<br />

Feldsonden für E- und H-Feld 1Hz bis 400kHz<br />

Isotrope Feldsonden für 300kHz bis 18GHz<br />

USB- und optische Anschlüsse<br />

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Vectawave GaAs und GaN EMV-Verstärker<br />

Durchdachtes Design mit GaAs-Transistoren<br />

Hohe Qualität, gutes Preis-Leistungsverhältnis<br />

10kHz bis 6 GHz, Leistungsklassen 10W bis 2000W<br />

Neu: Class D Verstärker mit GaN Transistoren<br />

Entwicklung und Produktion in England<br />

MRC GIGACOMP GmbH & Co. KG, info@mrc-gigacomp.com, www.mrc-gigacomp.com<br />

Bahnhofstraße 1, 85354 Freising, Telefon +49 8161 98480, Fax +49 8161 984820<br />

Grassinger Str. 8, 83043 Bad Aibling, Telefon +49 89 416159940, Fax +49 89 416159945

---

Mit einem<br />

Klick schnell<br />

informiert!<br />

• Unsere<br />

Fachzeitschriften<br />

und Einkaufsführer<br />

im Archiv als e-paper<br />

zum Blättern und als<br />

Download<br />

• Aktuelle Produkt-<br />

News, Artikel und<br />

Business-Talk aus<br />

der Elektronik-<br />

Branche<br />

• Direkt-Links zu den<br />

Herstellern<br />

• umfangreiches<br />

Fachartikel-Archiv<br />

• Optimiert für mobile<br />

Endgeräte<br />

• Komplettes Archiv<br />

der beliebten<br />

Kolumne „Das letzte<br />

Wort des Herrn B“<br />

aus PC & Industrie<br />

Besuchen<br />

Sie uns auf:<br />

www.beam-verlag.de<br />

18<br />

Titelstory<br />

Bild 3: Oszillatorschaltkreis mit den an Masse gelegten<br />

Kondensatoren C1 und C2<br />

Bild 4: Berechnungsbeipiel zur Lastkapazität<br />

größe auf dem Quarzblank. Der<br />

ESR-Wert beeinflusst immanent<br />

das Anschwingverhalten eines<br />

Quarzes in der Schaltung.<br />

Eine häufig in der Hardware-Entwicklung<br />

verwendete Methode<br />

zur ersten Einschätzung der<br />

Anschwingsicherheit besteht<br />

darin, ein Potenziometer in Serie<br />

zum Quarz zu schalten, das mindestens<br />

den 5- bis 10-fachen<br />

ESR-Wert des zu vermessenden<br />

Schwingquarzes haben sollte<br />

(Bild 1). Beginnend vom größten<br />

Widerstandswert wird das<br />

Potenziometer solange verstellt,<br />

bis der Quarz zu oszillieren<br />

beginnt. Mit dem ermittelten<br />

Widerstandswert R var des<br />

Potentiometers lässt sich die<br />

Anschwingsicherheit wie im<br />

Berechnungsbeispiel von Bild 2<br />

überschlägig berechnen.<br />

Einfluss der<br />

Lastkapazität<br />

Ein weiterer, überaus wichtiger<br />

Parameter ist die Lastkapazität<br />

des Quarzes, welche unbedingt<br />

zur Auslegung der Oszillatorschaltung<br />

passen sollte. Bei<br />

jeder Abweichung vom Sollwert<br />

schwingt der Quarz nicht mehr<br />

auf der vorgesehenen Nennfrequenz.<br />

Daraus können sich<br />

schnell Frequenzabweichungen<br />

von deutlich mehr als l00ppm<br />

ergeben. Im schlimmsten Fall<br />

kann es durch Aufsummierung<br />

in der Toleranzkette dazu kommen,<br />

dass sich beim Betrieb in<br />

einem weiten Temperaturbereich<br />

von -40 bis +85 °C Quarz und<br />

MCU nicht mehr „verstehen“<br />

und dies zum Ausfall der Schaltung<br />

führt.<br />

Die Lastkapazität setzt sich aus<br />

verschiedenen Komponenten<br />

zusammen und beinhaltet sowohl<br />

die an den beiden Anschlüssen<br />

des Quarzes gegen Masse<br />

geschalteten Kondensatoren C1<br />

und C2 (Bild 3) als auch verschiedene,<br />

üblicherweise unter<br />

der Bezeichnung C stray (Stray-<br />

Capacity) zusammengefasste<br />

Kapazitäten, wie beispielsweise<br />

Streukapazitäten der Leiterplatte<br />

sowie die parasitäre Kapazität<br />

des Oszillator-ICs, an dem der<br />

Schwingquarz angeschlossen<br />

ist. Oft werden kleine SMD-<br />

Bauformen auch mit einer tendenziell<br />

eher kleineren Lastkapazität<br />

spezifiziert (beispielsweise<br />

12 pF), da hierdurch die Werte<br />

der verwendeten Parallel-Kondensatoren<br />

niedriger gewählt<br />

werden können, was sich positiv<br />

auf das Anschwingverhalten des<br />

Schwingquarzes auswirkt. Bild 4<br />

zeigt ein Berechnungsbeispiel<br />

für die Lastkapazität.<br />

Wie bereits beschrieben, kann<br />

der hohe Serienwiderstand von<br />

kleinen Schwingquarzbauformen<br />

bei sehr niedrigen Frequenzen<br />

zu Problemen in der Schaltung<br />

führen. Der Einsatz eines fertigen<br />

Quarzoszillators anstelle<br />

einer diskreten Schwingquarzschaltung<br />

kann hier die bessere<br />

Wahl sein. Eine solche<br />

Komplettlösung ist werksseitig<br />

optimal abgestimmt und garantiert<br />

ein sicheres Anschwingen.<br />

Auch kann es in einigen Fällen<br />

durchaus sinnvoll sein, die<br />

Schaltung vor der Finalisierung<br />

einem Matching-Test zu unterziehen.<br />

Dabei werden in einem<br />

Testaufbau alle Verhältnisse der<br />

Schaltung gemessen und Korrekturvorschläge<br />

hinsichtlich<br />

Anpassung der Lastkapazität<br />

des Quarzes beziehungsweise<br />

Änderungen der extern verwendeten<br />

Parallelkapazitäten C1 und<br />

C2 unterbreitet. Dies hilft unter<br />

anderem bei der Optimierung<br />

von Anschwingsicherheit und<br />

Güte der Oszillatorschaltung.<br />

Etablierte Hersteller, wie auch<br />

einige Distributoren, bieten diese<br />

Dienstleistung in der Regel auch<br />

kostenlos für ihre Kunden an. ◄<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

HF- und<br />

Mikrowellentechnik<br />

, Seite 31

---

HF- und<br />

Mikrowellentechnik<br />

Schwerpunkt in diesem Heft:<br />

EMV<br />

HF-Kabel und Verbindungstechnik<br />

Die TRU Corporation ist seit<br />

über 60 Jahren erfolgreicher<br />

Entwickler und Hersteller von<br />

innovativer HF- Kabel und<br />

Verbindungstechnik und repräsentiert<br />

die Qualitätsmarke der<br />

Winchester Electronics Gruppe.<br />

TRU hat die Befestigungstechnik<br />

TRUtie entwickelt, bei der die<br />

Klemmung der beiden Geflechtschirme<br />

im vorderen Teil des<br />

Steckers erfolgt. In Kombination<br />

mit einem zusätzlichen<br />

Knickschutz wird die mechanische<br />

und elektrische Stabilität<br />

dadurch erheblich verbessert und<br />

die Lebensdauer bei anspruchsvollen<br />

Anwendungen deutlich<br />

verlängert.<br />

Im EMV-Labor hat sich für leistungsstarke<br />

Immunitätsprüfungen<br />

bis 6 GHz das Kabel<br />

TRU-500 über lange Jahre<br />

bewährt. Das robuste TRU-500<br />

hat einen auffallend kleinen<br />

Biegeradius und einen Temperaturbereich<br />

bis 200 °C. Das<br />

etwas dickere TRU-560 hat die<br />

gleiche äußerst geringe Dämpfung,<br />

ist jedoch durch seinen<br />

mechanischen Aufbau deutlich<br />

flexibler in der Handhabung.<br />

Für geringere Leistungen und<br />

Verwendung in der Messtechnik<br />

bietet TRU verschiedene Kabel<br />

bis 50 GHz.<br />

Alle TRU-Kabel werden mit<br />

individuellen Steckern auf die<br />

gewünschte Länge gefertigt. Mit<br />

dem online verfügbaren TRU<br />

Cable Configurator (www.trucorporation.com/cable_configurator)<br />

können Nutzer in einfachen<br />

Schritten ihr individuelles Kabel<br />

konfigurieren und erhalten sofort<br />

eine Berechnung der wichtigsten<br />

Kabeleigenschaften ihrer Konfiguration.<br />

EMV, Halle 2, Stand 206<br />

■ EMCO Elektronik GmbH<br />

www.emco-elektronik.de<br />

Power-Frequency-Tester entspricht vollständig IEC 61000-4-8<br />

Der neue MAG 1000 von Haefely<br />

Hipotronics ist eine eigenständige<br />

Lösung für EMV-Prüfungen<br />

der Störfestigkeit gegen<br />

Magnetfelder mit energietechnischen<br />

Frequenzen, die Wechselspannungs-Magnetfelder<br />

erfordern. Der MAG 1000<br />

zeichnet sich durch folgende<br />

Eigenschaften aus:<br />

• interne Stromversorgung,<br />

kein externes Netzteil erforderlich<br />

• 1 x 1 m große 90°-Antenne<br />

• vertikale als auch horizontale<br />

Prüfungen<br />

• kontinuierliche und kurzzeitige<br />

Prüfung<br />

• bis zu 1100 A/m Feldstärke<br />

• 50/60 Hz wählbare Frequenz<br />

• stabiler Aufbau, hergestellt<br />

nach ISO 9001<br />

Das Gerät entspricht IEC<br />

61000-4-8, EN 61000-6-1,<br />

DE 61000-6-2 und allen EN-<br />

Produktnormen und eignet sich<br />

daher für viele Anwendungen.<br />

■ EMCO Elektronik GmbH<br />

info@emco-elektronik<br />

www.emco-elektronik.de<br />

20 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Marktübersicht EMV<br />

®<br />

Maßgeschneiderte Antennenlösungen<br />

für EMV Meßaufgaben<br />

WWW.AARONIA.DE<br />

UNLIMITED<br />

24/7 RF<br />

RECORDING<br />

IN REAL-TIME<br />

Antennen für Immunitäts- und Emissionsprüfungen<br />

sind die Schlüsselkomponenten<br />

in EMV-Testumgebungen. Um den modernen<br />

Anforderungen gerecht zu werden,<br />

verfügt der britische Hersteller Steatite<br />

Antennas über eine große Palette an breitbandigen<br />

Hornantennen mit gleichzeitig<br />

kleinen Seitenkeulen. Für die Erzeugung<br />

definierter Feldstärken sind zusätzlich komplette<br />

Systeme erhältlich.<br />

Um Feldstärken über 5 kV/m bei 1m Abstand<br />

zu realisieren, kombiniert Steatite bis zu 4<br />

Hornantennen in einem Array oder arbeitet<br />

mit vorgesetzten Linsen in der Apertur.<br />

Diese sogenannten Quad-Arrays können<br />

die Leistung im Nahfeld fokussieren. Sie<br />

sind massiv ausgeführt, hochmobil und im<br />

Bereich 0,4…3 GHz erhältlich. Zu allen<br />

EMV-Hornantennen ist optional ein Trolley<br />

verfügbar, der in x, y und z-Richtung sowie<br />

in der Polarisation stufenlos einstellbar ist.<br />

Für den EMC-CS-2009 Standard verfügt<br />

Steatite über 2 Hornantennen, die mit weniger<br />

als 500 Watt HF-Leistung eine Feldstärke<br />

von 600 V/m erzeugen. Hierbei handelt es<br />

sich um die Modelle QSH-SL-1.1-1.7-N-20<br />

(1,1…1,7 GHz, 20 dBi) und QSH-SL-2.2-<br />

3.3-N-20 (2,2…3,3 GHz, 20 dBi).<br />

Broschüren und Datenblätter sind auf der<br />

Homepage der IE GmbH erhältlich.<br />

■ IE GmbH, RF& Test<br />

anfrage@ie4u.de<br />

www.ie4u.de<br />

1Hz - 20GHz<br />

Tastkopf mit großem Offsetbereich und DC-Voltmeter für<br />

Power-Integrity-Messungen<br />

Mit dem R&S RT-ZPR20<br />

bietet Rohde & Schwarz<br />

einen neuen, äußerst rauscharmen<br />

Power-Rail-Tastkopf<br />

mit 2 GHz Bandbreite.<br />

Dank der 1:1-Teilung verfügt<br />

er über eine sehr hohe<br />

Empfindlichkeit. Der große<br />

Offsetbereich von ± 60 V<br />

ermöglicht bei Power-Integrity-Messungen<br />

die Analyse<br />

von kleinsten Störsignalen<br />

selbst bei DC-Stromversorgungen<br />

mit hohem<br />

Spannungspegel. Zudem ist<br />

im Tastkopf ein hochgenaues<br />

DC-Voltmeter integriert.<br />

Die Qualität der Stromversorgung<br />

empfindlicher<br />

elektronischer Schaltkreise<br />

hat einen entscheidenden<br />

Einfluss auf deren Funktion<br />

und Leistung. Störsignale<br />

auf dem DC-Stromversorgungsnetz<br />

können zu EMV-<br />

Problemen führen oder die<br />

Funktion einer Schaltung<br />

beeinträchtigen. Besonders<br />

kritisch ist dies bei Internetof-Things(IoT)-Komponenten<br />

mit schnellen digitalen<br />

Schnittstellen, bei schnellen<br />

Speicherbausteinen oder<br />

bei hochempfindlichen analogen<br />

Schaltungen. Um bei<br />

solchen Komponenten die<br />

Qualität der Stromversorgung<br />

zu überprüfen, bringt<br />

Rohde & Schwarz den<br />

Power-Rail-Tastkopf R&S<br />

RT-ZPR20 auf den Markt.<br />

Er ist für Power-Integrity-<br />

Messungen in Kombination<br />

mit den Oszilloskopen R&S<br />

RTE und R&S RTO2000<br />

von Rohde & Schwarz<br />

konzipiert. Durch die hohe<br />

Bandbreite von 2 GHz können<br />

auch sehr breitbandige<br />

Störsignale erfasst werden.<br />

■ Rohde & Schwarz<br />

GmbH & Co. KG<br />

www.rohde-schwarz.com<br />

Breitbandige Signal Analyse<br />

Bis 20GHz Echtzeitbandbreite<br />

Inkl. Software/IQ-Data Recorder<br />

Erweiterbares System<br />

Software Funktionen auf Anfrage<br />

Telefon: +49 6556 93033<br />

Mail: mail@aaronia.de<br />

Web: www.aaronia.de<br />

MADE IN GERMANY<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 21<br />

21

---

Marktübersicht EMV<br />

EMV-Unterstützung für den<br />

Anwender<br />

Prüfungen der EMV und<br />

Zertifizierung<br />

Im Rahmen einer strategischen Neuausrichtung<br />

legt Infratron einen noch größeren<br />

Schwerpunkt auf das Thema EMV-<br />

Lösungen. Das bedeutet: Über 1000<br />

Standardprodukte, unzählige Varianten,<br />

qualifizierte Anwendungsberatung und bei<br />

Bedarf auch maßgeschneiderte kundenspezifische<br />

Lösungen werden angeboten.<br />

Alle diesbezüglichen Angebote sind auf<br />

der neuen themenspezifischen Website zu<br />

finden: www.emv-support.de.<br />

■ Infratron GmbH<br />

Produktion und Vertrieb<br />

info@infratron.de<br />

www.infratron.de<br />

EMV-Messungen und<br />

Zertifizierung<br />

Die Eurofins Product Service GmbH ist Testlabor<br />

und Zertifizierungsstelle für elektrische<br />

und elektronische Produkte. Ihre Dienstleistungen<br />

beinhalten Prüfungen nach verschiedenen<br />

Standards und kundenspezifischen<br />

Anfragen sowie die Zertifizierung und den<br />

Zulassungsservice in über 180 Ländern.<br />

Man bietet Kunden kompetente technische<br />

Unterstützung und einen erstklassigen Service<br />

aus einer Hand von der Entwicklung<br />

bis zum Markteintritt des Produkts. Neben<br />

der Elektromagnetischen Verträglichkeit sind<br />

Funk, elektrische Sicherheit und Umweltsimulationen<br />

Schwerpunkte.<br />

■ Eurofins Product Service GmbH<br />

www.eurofins-reichenwalde.de<br />

IO-Adapter mit<br />

Standardbuchsen inklusive<br />

EMV-Filter und ESD-Schutz<br />

Die Firma 7layers führt (Funk-)EMV-Messungen<br />

für jegliche Art von Produkten und<br />

Modulen mit integrierten Funktechnologien<br />

und anderen elektronischen Produkten<br />

durch. 7layers hat jahrelange Erfahrung<br />

mit allen Arten von Funktechnologien und<br />

nutzt hervorragend ausgerüstete, moderne<br />

EMV-Messplätze. Man bietet EMV-Messungen<br />

an für:<br />

• regulatorisches EMV-Testen (RED, FCC,<br />

ISED Canada etc.)<br />

• Entwicklungstesten<br />

• Störungssuche<br />

• Störfestigkeitsmessungen<br />

■ 7layers GmbH<br />

www.7layers.com<br />

Als Zubehör bietet die X-Spex GmbH einen<br />

IO-Adapter mit Standardbuchsen inklusive<br />

EMV-Filter und ESD-Schutz an. IO-Adapter<br />

verbinden die internen Pin-Header oder<br />

ZIF/FPC-Anschlüsse von DIRIS-Boards<br />

mittels Standardbuchsen mit der Außenwelt.<br />

Die dafür benötigten Kabel sind ebenfalls<br />

als Zubehör erhältlich. Besondere Eigenschaften<br />

der IO-Adapter:<br />

• einheitliches Rastermaß<br />

• Breite 30, 40, 50, 60, 80 oder 100 mm<br />

22 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

K N O W - H O W V E R B I N D E T<br />

• äußere Löcher zur „inneren» Löchern<br />

immer 20 mm Abstand<br />

• alle Befestigungen M2,5<br />

• interne Anschlüsse FPC/ZIF oder konfektionierte<br />

Kabel mit 2 mm Pitch (Bestückungsoption)<br />

• Power-Anschluss mit 3 mm Pitch (bis 5 A)<br />

• einheitliche interne Kabel<br />

• hervorragende Signalqualität durch sorgfältiges<br />

Layout<br />

• besonderes EMV- und ESD-Konzept<br />

• ESD-Schutz durch TVS-Dioden und<br />

Hochvolt-Kondensator<br />

• EMV-Toleranz durch Ferrite (und Filter)<br />

■ X-Spex GmbH<br />

www.diris.eu<br />

Ein Herz für<br />

EMV-Testsysteme<br />

EMV-Testsysteme können einfache Systeme<br />

mit einem oder zwei Geräten sein, aber auch<br />

komplexe Anlagen mit vielen Messgeräten.<br />

Um vollautomatische und effiziente Tests zu<br />

ermöglichen, sollten diese sowie die Verbindungen<br />

zu Verstärkern, Leistungsmessern,<br />

Antennen und Messempfängern automatisch<br />

kontrolliert werden. Um sowohl kleine als<br />

auch große EMV-Testsysteme abzudecken,<br />

ist das Radi-Centre-Grundgerät mit Einfachsteckplatz<br />

(CTR1001S), Vierfachsteckplatz<br />

(CTR1004B) oder Neunfachsteckplatz<br />

(CTR1009B) erhältlich. Jeder Steckplatz<br />

kann nach Wunsch des Nutzers mit unterschiedlichen<br />

Einsteckmodulen konfiguriert<br />

werden, die eine beliebige Kombination von<br />

Funktionen ermöglichen:<br />

• RadiSense: LASER-betriebene E-Feld-<br />

Sensoren bis 18 GHz<br />

• RadiLink: analoge Lichtleiterstrecke bis<br />

3 GHz<br />

• RadiField: integrierte Lösung für EMV-<br />

Störfestigkeitstests<br />

• RadiPower: HF-Leistungssensoren<br />

• RadiGen: HF-Signalgeneratoren bis 6 GHz<br />

• RadiSwitch: zum Schalten von ein, zwei,<br />

vier oder sechs HF-Signalwegen bis 40<br />

GHz<br />

• RadiControl: Antennenmast/-positionierer<br />

und Drehtisch-Controller<br />

Mit den RadiCentre-Systemen ist es möglich,<br />

bis zu sieben Geräte in nur drei Höheneinheiten<br />

zu integrieren. Das RadiCentre<br />

ist als Desktop-Einheit oder als 19-Zoll-<br />

Einschub erhältlich. Es hat entweder zwei<br />

oder sieben freie Modulsteckplätze. Das<br />

System ist Plug&Play-fähig. Der Anwender<br />

kann jedes Modul über ein TFT-Touchpanel<br />

konfigurieren und steuern. Das RadiCentre<br />

wird über RS-232 oder USB angeschlossen.<br />

CTR1009B und CTR1004B können auch<br />

über LAN oder optional IEEE-488 angeschlossen<br />

werden. Das System basiert auf<br />

Marktübersicht EMV<br />

Linux, startet schnell und läuft sehr stabil.<br />

Die Embedded-Software ist auf einem Flash-<br />

Speicher installiert und ermöglicht einfache<br />

Upgrades auf neue Versionen.<br />

■ emv Service GmbH<br />

info@emv-service.com<br />

www.emv-service.com<br />

Planung und Prüfung<br />

der EMV in der<br />

Produktentwicklung<br />

Das EMV-Experten-Team der steep GmbH<br />

begleitet Kunden im Produktentstehungsprozess<br />

– vom Erstentwurf bis zur Markteinführung.<br />

Man unterhält zwei EMV-Zentren<br />

in Bonn und Ottobrunn, die sich durch<br />

modernste Messtechnik auszeichnen. Die<br />

Zentren sind, ebenso wie das eigene Kalibrierlabor,<br />

von der Deutschen Akkreditierungsstelle<br />

GmbH (DAkkS) gemäß DIN<br />

EN ISO/IEC 17025 akkreditiert. Das EMV-<br />

Zentrum Bonn verfügt zusätzlich über eine<br />

Anerkennung als Prüfstelle für die Kurzvermessung<br />

von Geräten vom Bundesamt für<br />

Sicherheit in der Informationstechnik (BSI).<br />

Die Messtechnik:<br />

• Absorberhalle (16 x 11,5 x 8,5 m) für Prüflinge<br />

mit einem Gewicht von bis zu 60 t<br />

• Absorberhalle (18 x 11 x 6,7 m) mit Drehteller<br />

für normenkonforme Prüfungen mit<br />

10 m Messabstand<br />

• drei kleinere Absorberhallen für Messabstände<br />

von bis zu 3 m, teilweise klimatisiert<br />

und mit Druckluft, Wasseranschluss<br />

und unbrennbaren Absorbern ausgestattet<br />

• zwei Schirmkabinen<br />

• drei TEM-Zellen<br />

• NEMP-Simulator<br />

• Burst/Surge/ESD-Prüfplätze<br />

• Kfz-Prüfplatz<br />

• Laboratorium zur Kalibrierung von Feldstärke-Messsonden<br />

und Stromzangen<br />

Die EMV-Prüfungen erfolgen gemäß nahezu<br />

aller Normen, Richtlinien und Anforderungen<br />

aus dem zivilen, militärischen und<br />

herstellerspezifischen Bereich.<br />

■ steep GmbH<br />

www.steep.de<br />

EMV, WÄRME-<br />

ABLEITUNG UND<br />

ABSORPTION<br />

SETZEN SIE AUF<br />

QUALITÄT<br />

Maßgeschneiderte Produkte nach indi viduellen<br />

Vorgaben für kunden spezifische<br />

Anwendungen, hergestellt mittels<br />

modernster Technologie, stehen für<br />

uns im Vordergrund.<br />

Mehr als 30 Jahre Erfahrung, qualifizierte<br />

Beratung und applikative Unterstützung<br />

unserer Kunden sowie namhafte<br />

Kooperationspartner sind die Bausteine<br />

für unseren Erfolg.<br />

Hohe Straße 3<br />

61231 Bad Nauheim<br />

T +49 (0)6032 9636-0<br />

F +49 (0)6032 9636-49<br />

info@electronic-service.de<br />

www.electronic-service.de<br />

Zeichnungsteile<br />

mittels Schneidplotter<br />

Stanzteilherstellung<br />

mittels Hoch leistungsstanze<br />

Zuschnitt<br />

„cut to length“<br />

Herstellung<br />

von O-Ringen<br />

Zuschnitt von<br />

Rollenware<br />

Stanzteilherstellung<br />

mittels Swing-Beam-<br />

Presse<br />

Zuschnitt mittels<br />

Wasserstrahltechnik<br />

ELECTRONIC<br />

SERVICE GmbH<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 23<br />

23

---

Marktübersicht EMV<br />

Portables Highend-EMV-Spectrum Analyzer Set<br />

EMV-Messantenne, der Bico-<br />

Log 20100E radial-isotropen<br />

Antenne, der ProbeSet PBS2<br />

inkl. externem Vorverstärker<br />

UBBV2, einem Pistolengriff<br />

mit Ministativ-Funktion sowie<br />

Kabeln und Adaptern. Spezial-<br />

Akku und internationales Ladegerät<br />

und Netzteil inkl. Adapter-Set<br />

fehlen in dem großen<br />

Aluminium-Transportkoffer mit<br />

Schaumstoffeinlagen nicht. Das<br />

EMV-Messpaket für Nah- und<br />

Fernfeldmessungen kombiniert<br />

die EMV-Pakete 1 und 2.<br />

■ Aaronia AG<br />

www.aaronia.de<br />

HF-Leistungssensoren für<br />

genaue EMV-Messungen<br />

Von 1 Hz bis 9,4 GHz kann<br />

man im Nah- und Fernfeldbereich<br />

mit dem EMV-Paket<br />

3 der Aaronia AG messen. Es<br />

besteht im Wesentlichen aus<br />

dem Spectrum Analyzer Spectran<br />

NF-5030 inkl. Option 005<br />

(DDC), dem Spectrum Analyzer<br />

Spectran HF-60100 V4<br />

inkl. Option 002 (TCXO) und<br />

Option 020 (int. Vorverstärker),<br />

der HyperLog 60100 LogPer-<br />

Ein genauer Leistungsmesser ist<br />

unverzichtbar, um brauchbare<br />

EMV-Messergebnisse und aussagen<br />

zu erhalten. Die HF-Leistungssensoren<br />

vom Typ Radi-<br />

Power sind für Dauersignalbetrieb<br />

(CW) innerhalb von EMC<br />

Tests vorgesehen. Die RadiPower-Produkte<br />

erlauben den Aufbau<br />

von leistungsfähigen, genau<br />

und extrem schnell arbeitenden<br />

Power Meters. Sie gewährleisten<br />

Messungen mit einer Toleranz<br />

von nur 0,25 dB über einen<br />

Frequenzbereich von 9 kHz bis<br />

6 GHz und von 80 MHz bis 18<br />

GHz, was effektive Messungen<br />

erlaubt, die den letzten internationalen<br />

EMC-Standards entsprechen.<br />

Die Detektor-Technologie<br />

arbeitet mit einer maximalen<br />

Sampling-Rate von 10 Msamples<br />

pro Sekunde.<br />

Der HF-Leistungssensor Radi-<br />

Power für 6 GHz (RPR2006C)<br />

hat einen Dynamikbereich von<br />

>65 dB. Der RadiPower-Sendor<br />

für 18 GHz (RPR2018C) hat eine<br />

Dynamik von >55 dB.<br />

■ emv Service GmbH<br />

info@emv-service.com<br />

www.emv-service.com<br />

EMV-Filter für die<br />

Normschiene<br />

Das KC-EMV-Y38624 zeichnet<br />

sich durch einen einkanaligen<br />

Klemmenverstärker, einen Eingang<br />

für NAMUR-Sensoren, 24<br />

V Speisespannung, geringe Störempfindlichkeit,<br />

ein kompaktes<br />

Klemmengehäuse und Schutzart<br />

IP20 aus. Die Befestigung<br />

erfolgt durch Aufschnappen auf<br />

eine 35-mm-Normschiene nach<br />

DIN EN 50022. Das KC-EMV-<br />

Y38624 ist ein Vorschaltmodul<br />

für den Einsatz in eigensicheren<br />

Stromkreisen. Es wird eingesetzt,<br />

wenn verschärfte EMV-<br />

Anforderungen vorliegen.<br />

Koppelzange, Kriterium A) ist<br />

gewährleistet.<br />

Der Schutz der angeschlossenen<br />

NAMUR-Sensoren gegen Burst<br />

(Transienten gemäß IEC 801-4,<br />

unsymmetrisch, 2 kV, kapazitive<br />

■ Pepperl+Fuchs Vertrieb<br />

Deutschland GmbH<br />

info@de.pepperl-fuchs.com<br />

www.pepperl-fuchs.de<br />

24 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Vielseitige ein- und<br />

mehrstufige EMV-Filter<br />

Schaffner produziert diverse EMV-Filter.<br />

Wir stellen hier drei davon näher vor:<br />

Das einstufige Einphasenfilter vom Typ FM<br />

2020 bietet eine hohe Dämpfung im symmetrischen<br />

Betrieb. Es ist eine optionale<br />

medizinische Version (Typ B) sowie eine<br />

optionale Sicherheitsversion (Typ A) lieferbar.<br />

Die technischen Eckdaten:<br />

• Ableitstrom: 0,74 mA<br />

• Ableitstrom Typ A: 0,074 mA<br />

• Ableitstrom Typ B: 0,002 mA<br />

• Dämpfungsleistung: Standard<br />

• Arbeitsfrequenzbereich: DC bis 400 Hz<br />

FM 2020<br />

FM 2030<br />

Marktübersicht EMV<br />

Das Einphasenfilter FM 2060 ist ein zweistufiges<br />

Filter mit hoher Gleich- und Gegentaktdämpfung.<br />

Es gibt optionale medizinische<br />

Versionen (Typ B) und optionale<br />

Sicherheitsversionen (Typ A). Die technischen<br />

Kerndaten:<br />

• Ableitstrom: 0,734...0,867 mA<br />

• Ableitstrom Typ A: 0,074 mA<br />

• Ableitstrom Typ B: 0,002 mA<br />

• Dämpfungsleistung: Standard, hoch<br />

• Arbeitsfrequenzbereich: DC bis 400 Hz<br />

Komponenten und Systeme<br />

für EMV-Applikationen<br />

Ferrite in allen gängigen<br />

Größen, Materialien und Eigenschaften<br />

- auch als Kundenspezifische Lösung<br />

EMV-Verstärker und<br />

Verstärkersysteme<br />

FM 2060<br />

Auch das einstufige Einphasenfilter FM 2030<br />

bietet sehr gute Filtereigenschaften, besonders<br />

eine hohe Dämpfung im symmetrischen<br />

Bereich. Optional sind medizinische Versionen<br />

(B Typ), Sicherheitsversionen (A Typ)<br />

und eine Version mit Überspannungsschutz<br />

(Z Typ) erhältlich.<br />

• Ableitstrom: 0,34...0,87 mA<br />

• Ableitstrom Typ A: 0,074 mA<br />

• Ableitstrom Typ B: 0,002 mA<br />

• Dämpfungsleistung: Standard, hoch<br />

• Arbeitsfrequenzbereich: DC bis 400 Hz<br />

■ Schaffner Group<br />

www.schaffner.com<br />

EMV-Antennen<br />

und Antennensysteme<br />

System von<br />

EMV-Werkzeugen<br />

Das E1 ist ein System von EMV-Werkzeugen<br />

zur entwicklungsbegleitenden<br />

Entstörung von Baugruppen und Geräten.<br />

Es dient dem exakten und schnellen Auffinden<br />

von Ursachen (Schwachstellen) für<br />

Burst- als auch ESD-Störungen. Der Entwickler<br />

hat mit dem E1 die Möglichkeit,<br />

EMV-Maßnahmen genau zur Schwachstelle<br />

passend auszuwählen und zu dimensionieren.<br />

EMV-Maßnahmen können mit<br />

dem E1 in ihrer Wirkung geprüft werden.<br />

Der Prüfaufbau mit dem E1 ist klein und<br />

passt auf den Arbeitsplatz des Elektronikentwicklers.<br />

Im Benutzerhandbuch E1 sind EMV-<br />

Wirkmechanismen und grundlegende<br />

Messstrategien zur Entstörung von Flachbaugruppen<br />

ausführlich beschrieben. Im<br />

Set E1 ist ein Generator zur Erzeugung<br />

von Burst- und ESD-Störungen enthalten.<br />

■ Langer EMV-Technik GmbH<br />

mail@langer-emv.de<br />

www.langer-emv.com<br />

Industrial Electronics GmbH<br />

Rudolf-Diesel-Straße 2A<br />

65719 Hofheim-Wallau<br />

www.ie4u.de<br />

info@ie4u.de<br />

+49 6122 726 60-0<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 25<br />

25<br />

+49 6122 726 60-29

---

EMV<br />

EMV-Prüfungen auf Störimmunität<br />

Eine gute elektromagnetische<br />

Verträglichkeit (EMV) bedeutet<br />

neben geringen Störemissionen<br />

in erster Linie eine hohe<br />

Störfestigkeit. Dieser Beitrag<br />

verschafft diesbezüglich den<br />

Überblick und legt dabei den<br />

Schwerpunkt auf HF-technische<br />

Aspekte.<br />

Die europaweit gültige Vorgabe für die EMV<br />

ist im Elektromagnetisches Verträglichkeitsgesetz<br />

(EMVG) definiert. Die Standards für<br />

die EMV gelten in Bezug auf die Emission<br />

als auch auf die Immunität, und zwar für<br />

den häuslichen sowie den kommerziellen<br />

Bereich. Stets ist auch zwischen geleiteten<br />

und gestrahlten Emissionen zu unterscheiden<br />

(s. Tabelle 1 und 2). Die existierenden<br />

und entworfenen Normen decken den Problemkreis<br />

praktisch sehr gut ab.<br />

Geleitet: Electrostatic Discharge<br />

(ESD), Geräte<br />

Eine ESD entsteht beim Potentialausgleich<br />

einer elektrostatisch geladenen Person oder<br />

eines elektrostatisch geladenen Körpers mit<br />

der (direkt oder indirekt geerdeten) Umgebung.<br />

Im ersten Fall beträgt die Anstiegsbzw.<br />

Abfallszeit um die 350 ps, im zweiten<br />

(Furniture Discharge) etwa 5 bis 10 ns [1].<br />

Die mögliche Spannung hängt vom Material<br />

und (indirekt proportional) von der relativen<br />

Luftfeuchte ab. Etwa bei synthetischem<br />

Material und 5% muss man mit etwa 15 kV<br />

rechnen, bei Wolle und 50% hingegen nur<br />

mit etwa 2 kV.<br />

Hier ist die DIN EN 61000-4-2:2009-12<br />

VDE 0847-4-2:2009-12 Elektromagnetische<br />

Verträglichkeit (EMV) – Teil 4-2: Prüf- und<br />

Messverfahren – Prüfung der Störfestigkeit<br />

gegen die Entladung statischer Elektrizität<br />

(IEC 61000-4-2:2008, deutsche Fassung EN<br />

61000-4-2:2009) zuständig. Sie ist identisch<br />

mit der zweiten Ausgabe der Internationalen<br />

Norm IEC 61000-4-2 (Ausgabe 2008) und<br />

trifft neben den Prüfschärfegraden (Prüfpegeln)<br />

Festlegungen zur Prüfeinrichtung,<br />

zum Prüfaufbau, zum Prüfverfahren, zur<br />

Bewertung der Prüfergebnisse sowie zum<br />

Prüfbericht.<br />

Neu sind u.a. Festlegungen und Informationen<br />

zur Kalibrierung des Prüfsystems<br />

sowie zur Messunsicherheit. Ziel ist hierbei,<br />

die Reproduzierbarkeit der Prüfung zu verbessern.<br />

Ferner wurden zu einer Reihe von<br />

in der Norm angegebenen Parametern die<br />

zugehörigen Grenzabweichungen ergänzt.<br />

Angaben zu konstruktiven Einzelheiten<br />

entfallen dagegen. Weiter wurden die Prüfschärfegrade<br />

(Prüfpegel) auf die Luftentladung<br />

eingeschränkt. Typische Testpegel<br />

sind bis 4 kV (Kontaktentladung) bzw. bis<br />

8 kV (Luftentladung).<br />

Geleitet: Burst (AC/DC Power,<br />

Signalleitungen)<br />

Diesbezüglich gilt die DIN EN 61000-4-4<br />

VDE 0847-4-4:2013-04 Elektromagnetische<br />

Verträglichkeit (EMV) Teil 4-4: Prüf- und<br />

Messverfahren – Prüfung der Störfestigkeit<br />

gegen schnelle transiente elektrische Störgrößen/Burst<br />

(IEC 61000-4-4:2012, deutsche<br />

Fassung EN 61000-4-4:2012). Sie ist<br />

identisch mit der dritten Ausgabe der Internationalen<br />

Norm IEC 61000-4-4. Diese<br />

Norm gehört zu den EMV-Grundnormen,<br />

die üblicherweise in den EMV-Fach- und<br />

Produktnormen, welche Störfestigkeitsanforderungen<br />

festlegen, zitiert werden. Hierin<br />

werden Festlegungen zur Prüfausrüstung<br />

(Prüfgenerator, Koppel-/Entkoppelnetzwerk,<br />

kapazitive Koppelzange) einschließlich der<br />

Kalibrierung, zum Prüfaufbau, zum Prüfverfahren,<br />

zur Ermittlung der Prüfergebnisse<br />

und zum Prüfbericht getroffen. Zusätzlich<br />

spezifiziert der Entwurf empfohlene<br />

Bereiche der Prüfschärfegrade (Prüfpegel).<br />

Neu sind u.a. Festlegungen zur Validierung<br />

der Prüfeinrichtung und das Prinzipschaltbild<br />

des Burst-Generators sowie einige Spezifikationen<br />

für den Burst-Simulator sowie die<br />

Prüfbedingungen und -kriterien. Auch ein<br />

neuer Anhang mit Informationen zur Messunsicherheit<br />

wurde geschaffen.<br />

Schnelle Transienten entstehen meist durch<br />

Schalthandlungen an induktiven Lasten. Es<br />

entsteht dann ein sogenanntes Impulspaket.<br />

Da die Energie relativ gering ist, kommt es<br />

häufig zu Beeinflussungen, jedoch selten zu<br />

Zerstörungen.<br />

Burst, Beeinflussungsbeispiel nach [1]<br />

Emissionsform<br />

Norm<br />

Electrostatic Discharge (ESD), Geräte DIN EN 61000-4-2<br />

Burst (AC/DC Power, Signalleitungen) DIN EN 61000-4-4<br />

Surge (vor allem Stromversorgung) DIN EN 61000-4-5<br />

Induktion durch HF-Felder (AC/DC Power, Signalleitungen) DIN EN 61000-4-6<br />

Spannungsunterbrechungen, -einbrüche, -schwankungen DIN EN 61000-4-11<br />

Tabelle 1: Überblick über die Störfestigkeit, geleitet<br />

Geleitet: Surge (vor allem<br />

Stromversorgung)<br />

Hier ist die DIN EN 61000-4-5 VDE 0847-<br />

4-5:2015-03 Elektromagnetische Verträglichkeit<br />

(EMV) Teil 4-5: Prüf- und Messverfahren<br />

– Prüfung der Störfestigkeit gegen<br />

Stoßspannungen (IEC 61000-4-5:2014, deutsche<br />

Fassung EN 61000-4-5:2014) zuständig.<br />

Diese Norm ist identisch mit der dritten<br />

Ausgabe der Internationalen Norm IEC<br />

26 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

EMV<br />

Emissionsform<br />

Norm<br />

hochfrequente Felder (Geräte) DIN EN 61000-4-3<br />

Messung der Spannungsqualität DIN EN 61000-4-30<br />

breitbandige Störgrößen an AC-Netzanschlüssen E DIN EN 61000-4-31<br />

Geräte mit Netzstrom oberhalb 16 A DIN EN 61000-4-34<br />

Felder im Nahbereich E DIN EN 61000-4-39<br />

niederfrequente Magnetfelder (z.B. 50 Hz) DIN EN 61000-4-8<br />

Tabelle 2: Überblick über die Störfestigkeit, gestrahlt<br />

61000-4-5 (Ausgabe 2014). Sie beschreibt<br />

die Prüfung der Störfestigkeit von elektrischen<br />

und elektronischen Betriebsmitteln,<br />

Geräten und Einrichtungen gegenüber<br />

Stoßwellen (Stoßspannungen und -ströme).<br />

Solche Phänomene können durch Schaltvorgänge<br />

in Hoch- und Niederspannungssystemen<br />

oder Blitzeinschläge auftreten und<br />

die Funktion von Betriebsmitteln, Geräten<br />

und Einrichtungen stören, aber auch interne<br />

Bauteile beschädigen.<br />

Für den Zweck der Störfestigkeitsprüfung<br />

werden empfohlene Prüfschärfegrade<br />

(Prüfpegel), Festlegungen zur Prüfausrüstung<br />

(Prüfgenerator, Koppel-/ Entkoppelnetzwerke),<br />

zum Prüfaufbau, zum Prüfverfahren,<br />

zur Ermittlung der Prüfergebnisse<br />

und zum Prüfbericht getroffen. Die<br />

zugrundeliegenden Impulsdefinitionen<br />

sind der 1,2/50-µs-Spannungsimpuls und<br />

der 8/20-µs-Stromimpuls sowie speziell<br />

für Prüfungen an außerhalb von Gebäuden<br />

befindlichen Telekommunikationsanschlüssen<br />

der 1,2/50-µs-Spannungs- und<br />

der 5/320-µs-Stromimpuls. Festlegungen zu<br />

letzterem finden sich im neuen Anhang A,<br />

während Anhang B zur Auswahl des geeigneten<br />

Prüfgenerators und der Prüfschärfegrade<br />

(Prüfpegel) informiert. Anhang C<br />

betrifft verschiedene Aspekte der Prüfung.<br />

Die Prüfpegel beziehen sich auf unterschiedliche<br />

Umgebungs- und Installationsbedingungen.<br />

Bei Netzanschluss sind 0,5 bis 2<br />

kV typisch.<br />

Weitere neue Anhänge informieren zu<br />

Maßnahmen für die Herstellung der Störfestigkeit<br />

von Geräten, die zum Anschluss<br />

an Niederspannungsnetze vorgesehen sind<br />

(Anhang D), zur mathematischen Modellierung<br />

der in dieser Norm betrachteten Impulsformen<br />

(Anhang E), zur Messunsicherheit<br />

im Rahmen der Einstellung des Prüfstörpegels<br />

(Anhang F), zur Kalibrierung von<br />

Impuls-Messsystemen (Anhang G) und zur<br />

Behandlung von Leitungen, die für Bemessungsströme<br />

oberhalb 200 A ausgelegt sind<br />

(Anhang H). Ferner erfolgten mehre Ergänzungen<br />

im Festlegungsteil der Norm.<br />

Geleitet: Induktion durch<br />

HF-Felder (AC/DC Power,<br />

Signalleitungen)<br />

Es gilt hier die DIN EN 61000-4-6 VDE<br />

0847-4-6:2014-08 Elektromagnetische<br />

Verträglichkeit (EMV) Teil 4-6: Prüf- und<br />

Messverfahren – Störfestigkeit gegen leitungsgeführte<br />

Störgrößen, induziert durch<br />

Zuverlässige Abwehr<br />

vielfältigster HF-Störungen<br />

ELECTRADE rüstet nahezu jedes Gerät EMV-gerecht aus.<br />

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---

EMV<br />

hochfrequente Felder (IEC 61000-4-6:2013,<br />

deutsche Fassung EN 61000-4-6:2014);<br />

sie ist identisch mit der vierten Ausgabe<br />

der Internationalen Norm IEC 61000-4-6<br />

(Ausgabe 2013-10).<br />

Die DIN EN 61000-4-6 dient der Beschreibung<br />

des Verfahrens zur Prüfung der Störfestigkeit<br />

von elektrischen und elektronischen<br />

Geräten (Einrichtungen) gegenüber leitungsgeführten<br />

Störgrößen im Frequenzbereich<br />

9 kHz bis 80 MHz, die durch Felder induziert<br />

werden. Empfohlene Prüfschärfegrade<br />

(Prüfpegel) werden nur ab 150 kHz gegeben,<br />

daneben Festlegungen zur Prüfeinrichtung,<br />

zum Prüfaufbau, zum Prüfverfahren, zur<br />

Bewertung der Prüfergebnisse sowie zum<br />

Prüfbericht. Neu ist eine Reihe von Einzeländerungen,<br />

etwa mehr Bilder und Zwischenüberschriften;<br />

auch erfolgten Änderungen<br />

bei den Festlegungen zur Verwendung des<br />

Koppel-/Entkoppelnetzwerks. Schließlich<br />

informieren neue Anhänge zu:<br />

• Messung der Impedanz der Zusatz-/Hilfseinrichtung<br />

• Anschluss-zu-Anschluss-Einkopplung<br />

• Kompression und Nichtlinearität des<br />

Verstärkers<br />

Ein Prüfaufbau besteht aus Generator und<br />

Leistungsverstärker, Kopplung-/Entkopplungseinrichtung,<br />

Abschluss- und Anpassgliedern<br />

sowie Messgeräten. Typische Testpegel<br />

sind 1, 3 und 10 V.<br />

Prüfaufbau nach DIN EN 61000-4-6 (Quelle:<br />

[1])<br />

Geleitet: Spannungsunterbrechungen,<br />

-einbrüche,<br />

-schwankungen<br />

Die seit 2004 gültige Norm wird erneuert.<br />

Dazu gibt es den gültigen Entwurf E EN<br />

61000-4-11/A1 VDE 0847-4-11/A1:2016-10<br />

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)<br />

Teil 4-11: Prüf- und Messverfahren – Prüfungen<br />

der Störfestigkeit gegen Spannungseinbrüche,<br />

Kurzzeitunterbrechungen und<br />

Spannungsschwankungen (IEC 77A/925/<br />

CDV:2016), deutsche Fassung EN 61000-<br />

4-11:2004/FprA1:2016.<br />

In einem wichtigen Anhang wird erläutert,<br />

dass in der Praxis Abfallzeiten von 1 bis<br />

5 µs bei Spannungseinbrüchen, die durch<br />

Kurzschlüsse in der Nähe des Betriebsmittels<br />

(Geräts, der Einrichtung) verursacht werden,<br />

möglich sind. Die Anstiegszeiten hängen<br />

von mehreren Faktoren ab einschließlich<br />

der Impedanz des Netzes, der Verkabelung<br />

und den parallel angeschlossenen<br />

Betriebsmitteln (Geräten, Einrichtungen).<br />

Es gibt Festlegungen für den Entwurf und<br />

die Kalibrierung von Generatoren. Auch<br />

wird begründet, warum der Prüfgenerator<br />

den Einschaltstrom nicht begrenzen sollte,<br />

um den Prüfling optimal testen zu können.<br />

Gestrahlt: Hochfrequente Felder<br />

(Gerät)<br />

Zuständig ist allgemein die DIN EN 61000-<br />

4-3 VDE 0847-4-3:2011-04 Elektromagnetische<br />

Verträglichkeit (EMV) Teil 4-3:<br />

Prüf- und Messverfahren – Prüfung der<br />

Störfestigkeit gegen hochfrequente elektromagnetische<br />

Felder (IEC 61000-4-3:2006 +<br />

A1:2007 + A2:2010, deutsche Fassung EN<br />

61000-4-3:2006 + A1:2008 + A2:2010).<br />

Diese Norm trifft Festlegungen für den Frequenzbereich<br />

80 MHz bis 6 GHz. Neben<br />

den Prüfschärfegraden (Prüfpegel) werden<br />

Festlegungen zur Prüfeinrichtung, zur Kalibrierung<br />

des hochfrequenten elektromagnetischen<br />

Feldes (Verfahren mit konstanter<br />

Feldstärke und Verfahren mit konstanter<br />

Leistung), zum Prüfaufbau, zum Prüfverfahren,<br />

zur Bewertung der Prüfergebnisse<br />

sowie zum Prüfbericht gegeben. Neu ist ein<br />

Anhang zur Messunsicherheit bei der Einstellung<br />

der Prüffeldstärke, die durch die<br />

Prüfeinrichtung verursacht wird.<br />

Skizze eines Prüfaufbaus für gestrahlte HF-<br />

Felder nach [1]<br />

Ein Prüfaufbau besteht aus Generator und<br />

Leistungsverstärker, Antenne sowie Messgeräten<br />

nebst Kalibriersonden. Typische<br />

Testpegel sind 1, 3 und 10 V/m. Die Prüfung<br />

erfolgt ausschließlich in einem geschirmten<br />

Raum.<br />

Gestrahlt: Messung der<br />

Spannungsqualität<br />

Hier gilt die DIN EN 61000-4-30 VDE<br />

0847-4-30:2016-01 Elektromagnetische<br />

Verträglichkeit (EMV) Teil 4-30: Prüfund<br />

Messverfahren – Verfahren zur Messung<br />

der Spannungsqualität (IEC 61000-4-<br />

30:2015), deutsche Fassung EN 61000-4-<br />

30:2015. Diese Norm ist identisch mit der<br />

dritten Ausgabe der Internationalen Norm<br />

IEC 61000 4-30. Sie legt Verfahren für die<br />

Messung von anderswo festgelegten Merkmalen<br />

(Parametern) der Spannungsqualität<br />

in 50/60-Hz-Stromversorgungsnetzen und<br />

die Interpretation der Messergebnisse fest.<br />

Es werden Vor-Ort-Messungen unabhängig<br />

vom verwendeten konformen Messgerät und<br />

den Umgebungsbedingungen für jedes relevantes<br />

Merkmal beschrieben. Die betrachteten<br />

Merkmale der Versorgungsspannung<br />

sind neben Frequenz und Spannung:<br />

• Flicker<br />

• Spannungseinbrüche, -überhöhungen und<br />

-unterbrechungen<br />

• schnelle Spannungsänderungen<br />

• transiente Spannungen<br />

• Unsymmetrie<br />

• Oberschwingungen und Zwischenharmonische<br />

Diese Effekte entstehen oft durch Fremdeinstrahlungen.<br />

Man beschränkt sich auf<br />

solche Phänomene, die in einem Stromversorgungsnetz<br />

auf Leitungen übertragen werden<br />

können. Für die adressierten Merkmale<br />

werden Messverfahren angegeben, wobei die<br />

Messgröße entweder direkt zugänglich sein<br />

kann oder über einen Messwandler zugeführt<br />

werden muss. Hierbei unterscheidet die neuste<br />

Ausgabe zwischen zwei Anforderungsklassen<br />

für Spannungsqualitäts-Messgeräte<br />

(A und S). Neue Anhänge geben Informationen<br />

zur Messung von leitungsgeführten<br />

Aussendungen im Frequenzbereich 2...150<br />

kHz sowie zur Messung von Unter- und<br />

Überabweichungen.<br />

Merkmale der Spannung in europäischen<br />

öffentlichen Energieversorgungsnetzen<br />

sind in der EN 50160 beschrieben, deren<br />

Deutsche Fassung als DIN EN 50160 veröffentlicht<br />

wurde.<br />

Gestrahlt: Breitbandige<br />

Störgrößen an<br />

AC-Netzanschlüssen<br />

Der gültige Normentwurf E DIN EN 61000-<br />

4-31 VDE 0847-4-31:2015-12 Elektroma-<br />

28 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

EMV<br />

gnetische Verträglichkeit (EMV) Teil 4-31:<br />

Prüf- und Messverfahren – Prüfung der Störfestigkeit<br />

gegen leitungsgeführte breitbandige<br />

Störgrößen an Wechselstrom-Netzanschlüssen<br />

(IEC 77B/726/CDV:2015, deutsche<br />

Fassung FprEN 61000-4-31:2015) ist<br />

identisch mit dem Entwurf der ersten Ausgabe<br />

der Internationalen Norm IEC 61000-<br />

4-31. Er enthält Anforderungen und Prüfverfahren<br />

für die Störfestigkeit von elektrischen<br />

und elektronischen Betriebsmitteln (Geräten,<br />

Einrichtungen) gegen symmetrische,<br />

breitbandige leitungsgeführte Störgrößen,<br />

die von Quellen von beabsichtigten und/<br />

oder unbeabsichtigten Breitbandsignalen im<br />

Frequenzbereich von 150 kHz bis 80 MHz<br />

herrühren. Solche Störgrößen können u.a.<br />

von modernen Kommunikationssystemen<br />

verursacht werden.<br />

Dieser Entwurf ist nur auf einphasige<br />

Betriebsmittel, Geräte und Einrichtungen<br />

anwendbar, deren Bemessungs-Eingangsstrom<br />

>16 A ist und die mindestens einen<br />

Wechselstrom-Netzanschluss besitzen.<br />

Zum Zweck der Störfestigkeitsprüfung<br />

werden empfohlene Prüfpegel als Werte<br />

der spektralen Leistungsdichte spezifiziert,<br />

zur Erleichterung der Anwendung auch als<br />

äquivalentes Spannungsspektrum und als<br />

gesamte Vorwärtsleistung angegeben. Die<br />

Werte wurden für ein 50-Ohm-System abgeleitet.<br />

Der Entwurf legt ferner die Prüfeinrichtung,<br />

den Prüfaufbau, das Prüfverfahren,<br />

die Ermittlung der Prüfergebnisse und<br />

die im Prüfbericht notwendigen Angaben<br />

fest. Die Einkopplung der symmetrischen<br />

breitbandigen Prüfstörgröße erfolgt über ein<br />

Koppel-/Entkoppelnetzwerk für symmetrische<br />

Einkopplung, das beschrieben wird.<br />

Breitbandsignale können auf verschiedene<br />

Weise erzeugt werden: Breitbandsignalgenerator,<br />

Impulsgenerators oder Erzeugung<br />

eines OFDM-Signals. Verfahren zum Nachweis<br />

der Eigenschaften des Prüfsystems,<br />

um die notwendige Flachheit des Prüfsignals<br />

und eine ausreichende Einfügungsdämpfung<br />

sicherzustellen, werden ebenfalls<br />

beschrieben.<br />

Anhänge halten Informationen zur Messunsicherheit<br />

bei der Messung der als Prüfstörgröße<br />

verwendeten spektralen Leistungsdichte<br />

und zur Auswahl der geeigneten<br />

Quelle von breitbandigen Störgrößen bereit.<br />

Die berechnete Messunsicherheit lässt sich<br />

für verschiedene Zwecke verwenden. Auch<br />

wird eine Anleitung für die Realisierung von<br />

bandbegrenzten Breitbandsignalen gegeben<br />

und erläutert, weshalb ein zufälliges<br />

Rauschsignal als bevorzugtes Prüfsignal<br />

ausgewählt wurde.<br />

Gestrahlt: Geräte mit Netzstrom<br />

oberhalb 16 A<br />

Unter die Norm DIN EN 61000-4-34 VDE<br />

0847-4-34:2010-04 Elektromagnetische<br />

Verträglichkeit (EMV) Teil 4-34: Prüf- und<br />

Messverfahren – Prüfungen der Störfestigkeit<br />

von Geräten und Einrichtungen mit<br />

einem Netzstrom >16 A je Leiter gegen<br />

Spannungseinbrüche, Kurzzeitunterbrechungen<br />

und Spannungsschwankungen (IEC<br />

61000-4-34:2005 + A1:2009 + Cor.:2009,<br />

deutsche Fassung EN 61000-4-34:2007 +<br />

A1:2009) fallen sowohl Geräte und Einrichtungen,<br />

die Strom aus dem Netz entnehmen,<br />

als auch Geräte und Einrichtungen, die<br />

Strom in das Netz einspeisen.<br />

Neben den erforderlichen Definitionen werden<br />

die empfohlenen Prüfpegel, die Prüfeinrichtung,<br />

der Prüfaufbau und das Prüfverfahren<br />

spezifiziert sowie Festlegungen<br />

zum Prüfbericht und zur Bewertung der<br />

Leitungsgebundene Störfestigkeitsprüfung<br />

Die neue lasergespeiste E-Feld-Sonde<br />

Power Signal Generator PSG-300 (260W / 800W)<br />

gem. EN 61000-4-16 /-19<br />

Der PSG-300 verfügt über einen linearen<br />

Präzisionsleistungsverstärker und ist<br />

geeignet für alle Anwendungen mit schnellen<br />

Wechselsignalen und hoher Ausgangsleistung.<br />

Frequenzbereich:<br />

Ausgansspannung:<br />

Ausgangsstrom:<br />

Wellenform:<br />

•<br />

•<br />

•<br />

DC, 0.05Hz - 300kHz<br />

50V (eff) / +/- 70V (peak)<br />

5A (eff) / 16A (eff)<br />

Sinus-, Rechteck- und<br />

Dreieckswellen<br />

Conducted Immunity- and BCI Test-System CIT<br />

gem. IEC/EN 61000-4-6, ISO 11452-4<br />

MIL-STD 461 CS114<br />

Die CIT Serie vereint Signalgenerator, Leistungsverstärker,<br />

Leistungsmessgerät und Richtkoppler<br />

in einem Gehäuse.<br />

Frequenzbereich:<br />

Max. Ausgangsleistung:<br />

Amplitudenmodulation:<br />

Pulsmodulation:<br />

Automatische Prülingsüberwachung<br />

Zahlreiche CDN`s verfügbar<br />

9kHz-1200MHz<br />

25W / 75W / 180W<br />

1Hz-100kHz, 0-100%<br />

1kHz-100kHz, variable<br />

duty cycle 10%-90%<br />

EFS-Laser<br />

• Für Feldstärkemessung, Vermessung<br />

des homogenen Feldes nach<br />

EN/IEC 61000-4-3 und Umweltmessungen<br />

• ermöglicht im Frequenzbereich<br />

10kHz-6GHz hochgenaue Feldstärkemessungen<br />

von 0,1V/m bis 10kV/m<br />

• Stromversorgung erfolgt über Laser,<br />

dies ermöglicht einen durchgehenden<br />

Betrieb ohne lästiges nachladen<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 29

---

EMV<br />

Buchtipp zum Thema<br />

Ulrich Faber, Manfred Grapentin,<br />

Klaus Wettingfeld<br />

Prüfung elektrischer Anlagen<br />

und Betriebsmittel –<br />

Grundlagen und Methoden<br />

;Allgemeine Rechtsgrundsätze, EG-<br />

Richtlinien, ProdSG, BetrSichV, EnWG,<br />

BGV A3, TRBS, DIN VDE 0100, DIN<br />

VDE 0105-100, DIN IEC 60038 (VDE<br />

0175), DIN EN 60204-1 (VDE 0113-<br />

1), DIN EN 61340 (VDE 0300), DIN<br />

EN 61010 (VDE 0411), DIN EN 61557<br />

(VDE 0413), DIN VDE 0701-0702, DIN<br />

EN 61000-2/-6 (VDE 0839-2/-6), DIN<br />

EN 61000-4 (VDE 0847-4), DIN EN<br />

60051, VDE-Schriftenreihe „Normen<br />

verständlich“, Band 124, 2012, 338<br />

Seiten, A5, Broschur<br />

Das Werk enthält wichtige rechtliche<br />

Zusammenhänge und technische Grundlagen<br />

für die Herstellung, Erhaltung und<br />

Prüfung der technischen Sicherheit von<br />

elektrischen Anlagen sowie der darin<br />

eingesetzten Betriebsmittel. Es werden<br />

Möglichkeiten aufgezeigt, wie effektiv<br />

und normgerecht sicherheitstechnische<br />

Sachverhalte an elektrischen Anlagen und<br />

Geräten mit den marktgängigen Mess- und<br />

Prüfgeräten sowohl qualitativ als auch<br />

quantitativ festgestellt sowie bewertet<br />

werden können. Zusätzlich enthalten sind<br />

viele praktische Beispiele zur Durchführung<br />

der notwendigen und erforderlichen<br />

Prüfungen. Ein übersichtliches und gut<br />

verständliches Fachbuch für die Praxis.<br />

Prüfergebnisse gegeben. Kein Thema mehr<br />

ist die Prüfung mit Halbschwingungen der<br />

Spannung.<br />

In den Anhängen werden, neben Einzelheiten<br />

der Prüfschaltung, auch Beispiele für<br />

Prüfgeneratoren gegeben. Ferner werden die<br />

bei Dreiphasenprüfungen anzuwendenden<br />

Vektoren dargestellt.<br />

Gestrahlte Felder<br />

im Nahbereich<br />

Der gültige Normentwurf E DIN EN 61000-<br />

4-39 VDE 0847-4-39:2016-09 Elektromagnetische<br />

Verträglichkeit (EMV) Teil 4-39:<br />

Prüf- und Messverfahren – Gestrahlte Felder<br />

im Nahbereich – Prüfung der Störfestigkeit<br />

(IEC 77B/751/CDV:2016, deutsche Fassung<br />

FprEN 61000-4-39:2016) ist identisch<br />

mit dem Entwurf der ersten Ausgabe<br />

der Internationalen Norm IEC 61000-4-39.<br />

Er beschreibt die Prüfung der Störfestigkeit<br />

von elektrischen und elektronischen<br />

Betriebsmitteln, Geräten und Einrichtungen<br />

gegenüber elektromagnetischen Feldern<br />

im Nahbereich mit Frequenzen zwischen<br />

9 kHz und 6 GHz. Nahbereich meint hier,<br />

dass sich die Feldquelle in einem Abstand<br />

befindet, der für Frequenzen unter 26 MHz<br />

kleiner als 500 mm und für Frequenzen über<br />

26 MHz kleiner als 200 mm ist.<br />

Neben den notwendigen Definitionen werden<br />

empfohlene Prüfschärfegrade (Prüfpegel)<br />

für die Prüfung mit inhomogenen<br />

Magnetfeldern im Frequenzbereich von 9<br />

kHz bis 26 MHz und für die Prüfung mit<br />

elektromagnetischen Feldern im Frequenzbereich<br />

von 385 MHz bis 6 GHz festgelegt,<br />

während Festlegungen für den Bereich von<br />

26 MHz bis 385 MHz gegenwärtig noch in<br />

Beratung sind. Ferner gibt es Festlegungen<br />

zur Prüfeinrichtung, zur Einstellung des für<br />

die Prüfung verwendeten Feldes (Verfahren<br />

mit konstanter Feldstärke und Verfahren mit<br />

konstanter Leistung), zum Prüfaufbau, zum<br />

Prüfverfahren, zur Bewertung der Prüfergebnisse<br />

sowie zum Prüfbericht. Eine Rahmenantenne<br />

dient der Erzeugung der inhomogenen<br />

Magnetfelder und eine TEM-Hornantenne<br />

der Erzeugung der hochfrequenten<br />

elektromagnetischen Felder.<br />

Die geplante Norm bezweckt, Festlegungen<br />

zur Prüfung der Störfestigkeit von elektrischen<br />

und elektronischen Betriebsmitteln,<br />

Geräten und Einrichtungen zur Verfügung<br />

zu stellen, um diese erforderlichenfalls so<br />

herzurichten, dass sie gegen Felder im Nahbereich<br />

immun sind. Hierbei wird reflektiert,<br />

dass die zunehmende Nutzung von Geräten<br />

mit drahtloser Kommunikationstechnologie<br />

vermehrt zu solchen Nahfeldsituationen<br />

führt. Beispiele sind der Betrieb oder die<br />

Ablage eines Mobiltelefons in der Nähe eines<br />

Geräts sowie die Artikelüberwachung mit<br />

RFID-Systemen. Daher ist auch eine Anleitung<br />

für die Berechnung von Feldstärken in<br />

Abhängigkeit von verschiedenen felderzeugenden<br />

Quellen (schnurlosen Diensten) und<br />

dem Berechnungsabstand enthalten.<br />

Ein informativer Anhang zur Messunsicherheit<br />

bei der Einstellung der Prüffeldstärke<br />

kam neu hinzu. Zuständig ist das DKE/UK<br />

767.3 Hochfrequente Störgrößen der DKE<br />

Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik<br />

Informationstechnik in DIN und VDE.<br />

Gestrahlt: Niederfrequente<br />

Magnetfelder<br />

In der DIN EN 61000-4-8 VDE 0847-4-<br />

8:2010-11 Elektromagnetische Verträglichkeit<br />

(EMV) Teil 4-8: Prüf- und Messverfahren<br />

– Prüfung der Störfestigkeit gegen<br />

Magnetfelder mit energietechnischen Frequenzen<br />

(IEC 61000-4-8:2009, deutsche<br />

Fassung EN 61000-4-8:2010) werden neben<br />

erforderlichen Definitionen die empfohlenen<br />

Prüfpegel, die Prüfeinrichtung, der Prüfaufbau<br />

und das Prüfverfahren spezifiziert<br />

sowie Festlegungen zum Prüfbericht und zur<br />

Bewertung der Prüfergebnisse gegeben. Neu<br />

sind die Definition des Stromverzerrungsfaktors,<br />

Klarstellungen zur Verwendung der<br />

Masseplatte nur bei der Prüfung von Tischgeräten,<br />

Festlegungen zur Kalibrierung der<br />

verwendeten Induktionsspulen sowie ein<br />

Hinweis zur Sicherheit von Personen.<br />

Hauptsächlich sind Medizingeräte die Prüfobjekte,<br />

allgemein Geräte mit gegen Magnetfelder<br />

empfindlichen Teilen. Typisch ist ein<br />

Prüffeld mit 100 A/m.<br />

FS<br />

Quellen:<br />

[1] Dr. Christian Bornkessel, RWTH<br />

Aachen<br />

[2] VDE-Verlag<br />

30 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Unsere Kompetenz<br />

bringt Sie an die Spitze.<br />

EMV-Lösungen von<br />

Rohde & Schwarz.<br />

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Zertifizierungs- und<br />

Entwicklungsmessungen<br />

im A&D-Bereich und in<br />

der Automobilbranche<br />

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höchsten Dynamikbereich und<br />

die größte Pegelgenauigkeit<br />

am Markt.<br />

Der EMV-Messempfänger<br />

R&S ESW von Rohde adressiert<br />

Anwender in den EMV-<br />

Labors der Hersteller sowie in<br />

Testhäusern. Mit ihm lassen sich<br />

Zertifizierungstests an Modulen,<br />

Bauteilen und Geräten, aber<br />

auch an Systemen und technischen<br />

Einrichtungen gemäß<br />

aller relevanten kommerziellen<br />

und militärischen Standards wie<br />

CISPR-, FCC- und Mil-Standard<br />

durchführen. Dabei eignet sich<br />

der Messempfänger sowohl für<br />

leitungsgebundene als auch für<br />

gestrahlte Abnahme messungen.<br />

Selbst höchste Anforderungen<br />

bei EMV-Tests in der Automobilbranche<br />

nach hauseigenen<br />

Standards sind mit dem<br />

R&S ESW möglich.<br />

Der R&S ESW ist in drei Versionen<br />

für die Frequenzbereiche<br />

von 2 Hz bis 8 GHz, 26 GHz<br />

und 44 GHz erhältlich. Da in<br />

den Messempfänger standardmäßig<br />

der extrem schnelle, FFTbasierte<br />

Time Domain Scan (TD-<br />

Scan) integriert ist, der auch mit<br />

zwei parallel messenden CISPR-<br />

Detektoren betrieben werden<br />

kann, lässt sich die Zeit bei normenkonformen<br />

Zertifizierungstests<br />

deutlich verkürzen. Für<br />

die Diagnose und Fehlersuche<br />

stehen Anwendern zudem weitere<br />

wichtige Betriebsarten wie<br />

Sweep, Scan, Echtzeit-Spektrumanalyse<br />

und ZF-Analyse<br />

zur Verfügung, und das auch<br />

mit Spektrogramm-Funktion.<br />

Letztere stellt das analysierte<br />

Spektrum lückenlos über der<br />

Zeitachse dar und macht so auch<br />

schnell wechselnde Störer sichtbar.<br />

Die Echtzeit-Spektrumanalyse<br />

mit einer Bandbreite von<br />

80 MHz liefert dem Anwender<br />

mit Werkzeugen wie dem Nachleuchtmodus<br />

und dem Frequenzmaskentrigger<br />

wichtige Informationen<br />

über kritische oder<br />

verdeckte Signale.<br />

Speziell für die lizenzfreien ISM-<br />

Bänder bei 2,4 und 5,8 GHz, die<br />

von drahtlosen Übertragungstechnologien<br />

wie Blue toothTM<br />

und WLAN genutzt werden, bietet<br />

der R&S ESW zusätzliche<br />

Hochpassfilter bei 150 kHz und<br />

2 MHz sowie Unterdrückungsund<br />

Kerbfilter (Notch-Filter).<br />

Bei EMV-Feldstärkemessungen<br />

können hohe Trägersignale in<br />

diesen Bändern den Dynamikbereich<br />

des Messgeräts stark<br />

beeinträchtigen, sodass kleine<br />

Störsignale außerhalb dieser<br />

Bänder unentdeckt bleiben. Mit<br />

seinen zusätzlichen Filtern für<br />

die ISM-Bänder und dank seiner<br />

sehr hohen Empfindlichkeit<br />

sorgt der R&S ESW hingegen<br />

für zuverlässige EMV-Zertifizierungsmessungen.<br />

Darüber hinaus besticht der<br />

R&S ESW durch eine einfache<br />

Bedienung über Touchscreen<br />

mit intuitivem GUI und flachen<br />

Menüstrukturen. Mit der praktischen<br />

Multiview-Funktion stehen<br />

alle Messungen und Modi<br />

auf einem Blick zur Verfügung.<br />

Zudem hat Rohde & Schwarz<br />

einen konfigurierbaren Auto-<br />

Test eingebaut, der komplexe<br />

Abläufe automatisiert. In diesem<br />

Testkonfigurator lassen sich<br />

detailliert Parameter für Vormessungen,<br />

Peak-Suchkriterien<br />

und Nachmessungen mit Quasi-<br />

Peak, CISPR-Average-, oder<br />

RMS/Avg-Detektoren einstellen.<br />

Der Testreport-Generator hilft<br />

Anwendern, alle für die Zulassung<br />

notwendigen Parameter<br />

gleich im Anschluss an die Messung<br />

zu dokumentieren. Zwei<br />

zusätzliche Drehknöpfe können<br />

Anwender frei mit verschiedenen<br />

Funktionen belegen, um beim<br />

Messvorgang bestimmte Parametereinflüsse<br />

wie Bandbreite,<br />

Messzeit oder Dämpfung schnell<br />

zu vergleichen. ◄<br />

32 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Ultra-Ultra -Wideband<br />

MMIC SPLITTER/COMBINERS<br />

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für Breitbandsysteme in Wehr- und Messtechnik sowie in allen Zellularfunkbereichen<br />

- einschließlich LTE - sowie für WiFi. Diese Modelle haben ein konsistentes Verhalten<br />

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im gesamten Einsatzbereich, sodass Anwender die Anzahl der Komponenten auf ihrer<br />

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Materialrechnung reduzieren können, denn sie benötigen jetzt nur noch ein einziges<br />

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kleinen Gehäuse zur Verfügung zu stellen. Das eröffnet dem Anwender ein neues<br />

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EMV<br />

Elektromagnetische Verträglichkeit und<br />

Spektrumanalyse<br />

Der vorliegende<br />

Artikel zeigt anhand<br />

von Beispielen aus<br />

dem EMV-Bereich<br />

den Einsatz eines<br />

Spektrumanalysators<br />

exemplarisch auf.<br />

Angesprochen wird<br />

dabei der Praktiker,<br />

der sich bei seiner<br />

täglichen Arbeit mit<br />

moderner Elektronik,<br />

Signalen und Spektren<br />

auseinandersetzen<br />

muss.<br />

Die Leistungsfähigkeit moderner<br />

Elektronik (Halbleiterbauelemente,<br />

Mikroprozessoren,<br />

Oszillatoren...) wird u.a. durch<br />

eine immer weiter gesteigerte<br />

Verarbeitungsgeschwindigkeit<br />

erreicht. Die dabei auftretenden<br />

Signalfrequenzen liegen schon<br />

längst in Bereichen, die nach den<br />

Methoden der Hochfrequenztechnik<br />

betrachtet werden müssen.<br />

Die dazu notwendige Messtechnik<br />

bedient sich dabei immer<br />

mehr der Spektrumanalyse.<br />

Bild 1: Ermittlung der abgestrahlten Störenergie mithilfe einer<br />

Magnetfeld-Sonde (H-Feld-Sonde) und eines Spektrumanalysators<br />

EMV-Probleme im Griff<br />

Harmlosere EMV-Problematiken,<br />

die uns quasi täglich<br />

umgeben, manifestieren sich<br />

beispielsweise folgendermaßen:<br />

Ein Autoradio gibt undefinierbare<br />

Geräusche von sich, wenn<br />

ein Mobiltelefon benützt wird,<br />

oder der Bildschirm „wackelt“,<br />

wenn in der Nähe ein Zug vorbeifährt.<br />

Hierbei handelt es sich<br />

mit größter Wahrscheinlichkeit<br />

um elektromagnetische Unverträglichkeit.<br />

Ein elektrisches<br />

System ist erst dann elektromagnetisch<br />

verträglich, wenn es:<br />

• sich selbst nicht stört,<br />

• andere Systeme nicht stört,<br />

• von anderen Systemen nicht<br />

gestört wird.<br />

Hier setzen die seit dem 1.1.1996<br />

in Kraft getretenen EG-Richtlinien<br />

an. Man möchte verhindern,<br />

dass elektrische Systeme<br />

von elektromagnetischen Feldern<br />

aus der Umgebung gestört<br />

werden bzw. andere Systeme<br />

stören. Wer ein CE-Zeichen<br />

auf ein Gerät aufbringen will,<br />

muss einen Nachweis über eine<br />

gewisse Mindestanforderung an<br />

elektromagnetischer Verträglichkeit<br />

erbringen. Die Qualität des<br />

Systems muss durch entsprechende<br />

Prüfergebnisse belegt<br />

werden.<br />

Wo früher Ströme im Milliampere-Bereich<br />

und Signale mit<br />

einer Dauer von 20 ms und mehr<br />

erforderlich waren, um beispielsweise<br />

ein Relais zu schalten,<br />

wird heute mit Signalströmen<br />

im Mikroampere-Bereich und<br />

Impulsen mit Anstiegszeiten<br />

von 1 ns und weniger gearbeitet.<br />

Die wachsenden Verarbeitungsgeschwindigkeiten<br />

und<br />

die immer steiler werdenden<br />

Signalflanken verschieben die<br />

EMV-Probleme in immer höhere<br />

Frequenzbereiche.<br />

Um elektromagnetische Verträglichkeit<br />

zu garantieren,<br />

muss ein sehr großes Frequenzspektrum<br />

von etwa 10 kHz bis<br />

1 GHz beherrscht werden. Die<br />

maximal zulässigen Pegel der<br />

abgestrahlten elektrischen Feldstärke<br />

sind zudem sehr klein und<br />

betragen nur einige 10 μV/m bis<br />

wenige mV/m. Dies bedeutet,<br />

dass bei höheren Frequenzen<br />

Spannungen von weniger als<br />

1 mV und Ströme im Milliampere-Bereich<br />

die Ursache dafür<br />

sein können, dass die EMV-<br />

Vorschriften nicht mehr einzuhalten<br />

sind. Grund für die harten<br />

Anforderungen in der EMV<br />

ist u.a. die Tatsache, dass auch<br />

empfindliche Rundfunk-Empfangsanlagen<br />

in der Umgebung<br />

von elektronischen Geräten noch<br />

störungsfrei funktionieren sollen.<br />

Was kosten<br />

EMV-Maßnahmen?<br />

EMV muss nicht teuer sein.<br />

Untersuchungen haben gezeigt,<br />

dass EMV-Maßnahmen etwa<br />

3...5% der Gerätekosten betragen,<br />

wenn sie vom Beginn einer<br />

Entwicklung an berücksichtigt<br />

und entwicklungsbegleitend<br />

getestet werden. Blauäugigkeit<br />

bezüglich elektromagnetischer<br />

Felder kommt allerdings allzu oft<br />

teuer zu stehen. Wird die EMV<br />

erst nach Fertigstellung eines<br />

Gerätes zum Thema, so kann<br />

es leicht vorkommen, dass die<br />

EMV-Maßnahmen 50...100%<br />

der geplanten Entwicklungskosten<br />

betragen.<br />

Die normgerechten Schlussprüfungen<br />

erfolgen meist in entsprechend<br />

ausgerüsteten und<br />

spezialisierten Labors. Während<br />

der Entwicklung dagegen<br />

ist es wichtig, rasch und ohne<br />

großen Aufwand zu genügend<br />

aussagekräftigen Ergebnissen<br />

zu gelangen. Für die Kontrolle<br />

der Wirksamkeit von EMV-<br />

Maßnahmen ist es während der<br />

Entwicklung nicht wichtig, mit<br />

normengerechten Versuchsaufbauten<br />

zu arbeiten. Vielmehr<br />

geht es darum, rasch die kritischen<br />

Zonen im Schaltungsaufbau<br />

und die Signalleitungen<br />

mit einem hohen Störpotential zu<br />

erkennen, um mit vergleichenden<br />

Messungen die optimalen und<br />

kostengünstigsten EMV-Maßnahmen<br />

zu finden.<br />

Oszilloskop oder...?<br />

Für EMV-Maßnahmen ist man<br />

mit einem klassischen Oszilloskop<br />

mit dem Latein sehr rasch<br />

am Ende. EMV-Probleme können<br />

sich über einige 100 MHz<br />

erstrecken, und selbst schwache<br />

Signalanteile können große Probleme<br />

verursachen. Als Beispiel<br />

seien die Harmonischen<br />

der Clock-Frequenzen erwähnt.<br />

Wenn man beispielsweise die<br />

17. Harmonische einer Clock-<br />

Frequenz um Faktor 3 verändert<br />

(entspricht etwa 10 dB), so<br />

wird man dies auf einem Oszilloskop<br />

kaum erkennen können.<br />

Wenn dagegen durch eine Maßnahme<br />

ein digitales Signal auf<br />

dem Oszilloskop leicht verändert<br />

erscheint, wird niemand sagen<br />

34 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

EMV<br />

können, wie sich dadurch die<br />

13., die 19. oder die 21. Harmonische<br />

verändert hat.<br />

Das Oszilloskop hat seine unbestrittenen<br />

Qualitäten und mit<br />

Recht einen festen Platz am<br />

Elektronik-Arbeitsplatz, aber<br />

für EMV-Tests sind andere<br />

Eigenschaften gefordert, wie<br />

beispielsweise:<br />

• Möglichkeiten der empfindlichen<br />

frequenzselektiven<br />

Messung zwischen 10 kHz<br />

und 1 GHz im Mikro- und<br />

Millivolt-Bereich<br />

• logarithmische Darstellung<br />

von Amplituden<br />

Hohe und frequenzselektive<br />

Empfindlichkeit wird benötigt,<br />

um die oft problematischen<br />

hochfrequenten Anteile eines<br />

Signals im Detail erkennen zu<br />

können. Die logarithmische<br />

Darstellung von Amplituden<br />

erlaubt es, gewissermaßen die<br />

Spreu vom Weizen zu trennen.<br />

So wird in einer ersten Analyse<br />

in einem bestimmten Frequenzbereich<br />

nach den größten<br />

Signalanteilen gesucht, und man<br />

kümmert sich nicht um Signalanteile,<br />

die beispielsweise 10<br />

dB oder 20 dB kleiner sind. Die<br />

geforderten Eigenschaften eines<br />

„EMV-gerechten“ Messgeräts<br />

werden von einem Spektrumanalysator<br />

erfüllt.<br />

Die EMV und der<br />

Spektrumanalysator<br />

Es ist nach wie vor ernüchternd,<br />

wie selten Spektrumanalysatoren<br />

im Entwicklungsalltag anzutreffen<br />

sind. Oft werden<br />

Kostengründe vorgeschoben.<br />

Die entwicklungsbegleitende<br />

Spektrumanalyse verlangt<br />

jedoch keineswegs nach<br />

einem „Rolls-Royce“ unter den<br />

Spektrumanalysatoren. Da diese<br />

nicht tagtäglich eingesetzt werden,<br />

ist es im Gegenteil besser,<br />

einfach zu bedienende Geräte<br />

vorzuziehen, welche von jedem<br />

Entwickler ohne große Schwellenangst<br />

verwendet werden können.<br />

Wichtig ist es, rasch und<br />

mit wenig Aufwand vergleichende<br />

Messungen durchführen<br />

zu können.<br />

Wie schnell sich ein Spektrumanalysator<br />

amortisiert hat,<br />

zeigt folgende Überlegung: Ein<br />

Messtag in einem spezialisierten<br />

EMV-Labor kostet zurzeit etwa<br />

2500 Euro, ein einfacher und<br />

kostengünstiger Spektrumanalysator<br />

hat sich also bereits amortisiert,<br />

wenn es damit gelingt, insgesamt<br />

zwei bis drei Messtage<br />

im EMV-Labor einzusparen.<br />

Insgesamt muss es das Ziel einer<br />

effizienten EMV-Entwicklung<br />

sein, mit jedem neuentwickelten<br />

Gerät nur ein einziges Mal zur<br />

normengerechten Schlussprüfung<br />

anzutreten.<br />

Bild 2: Aufnahme eines Breitbandspektrums<br />

Feldgeführte<br />

Störsignale<br />

Unter feldgeführten Störungen<br />

versteht man die Abstrahlung<br />

von Störsignalen im Unterschied<br />

zu sogenannten leitungsgeführten<br />

Störungen. Der Frequenzbereich<br />

für feldgeführte<br />

Störsignale erstreckt sich von ca.<br />

30 MHz bis 1 GHz. Normengerecht<br />

werden die feldgeführten<br />

Störpegel mittels Antennen und<br />

Messempfängern in einem reflexionsfreien<br />

Umfeld, welches frei<br />

von Drittstörungen ist, gemessen,<br />

in sogenannten Absorberhallen.<br />

Das sind speziell ausgekleidete<br />

abgeschirmte Räume. Die<br />

Investitionskosten für derartige<br />

Anlagen inklusive der passenden<br />

Messgeräte liegen meist über<br />

einer Million Euro. Entwicklungsbegleitend<br />

sind derartige<br />

Messungen jedoch ineffizient,<br />

weil zeitraubend und teuer.<br />

Gefragt sind schnelle Aussagen<br />

über das Störpotential, innerhalb<br />

einer Schaltung und insbesondere<br />

auf sämtlichen Leitungen,<br />

welche eine Leiterplatte oder ein<br />

Gerät verlassen. Denn diese wirken<br />

ein wenig wie Antennen. Im<br />

Entwicklungslabor konzentriert<br />

sich die EMV-Arbeit vorwiegend<br />

auf die Beurteilung der durch<br />

solche Leitungen verschleppten<br />

Störungen. Diese Messungen<br />

können – mit den entsprechenden<br />

Hilfsmitteln – im unmittelbaren<br />

Nahfeld teilweise sogar<br />

direkt auf den Signal-, Versorgungs-<br />

und Masseleitungen oder<br />

auf den Kabelschirmen erfolgen.<br />

Wer zum ersten Mal mit einem<br />

Spektrumanalysator eine Schaltung<br />

untersucht, wird mit großem<br />

Erstaunen feststellen, dass selbst<br />

auf Signalleitungen für langsame<br />

oder statische Signale erhebliche<br />

hochfrequente Signalanteile,<br />

ausgehend von anderen Schaltkreise,<br />

„mitreiten“. Mit einem<br />

Oszilloskop betrachtet, gehen<br />

diese Signalanteile im Rauschen<br />

unter und sind meist überhaupt<br />

nicht zu erkennen. Jedoch<br />

können diese Störungen ohne<br />

größeren Aufwand mit einem<br />

Spektrumanalysator und den<br />

entsprechenden Sonden sichtbar<br />

gemacht werden. Dies sind:<br />

• aktive E-Feld-Sonde (Fernfeldsonde)<br />

• aktive H-Feld-Sonde (Nahfeldsonde)<br />

• Hochimpedanz-Tastkopf<br />

Die aktive<br />

E-Feld-Sonde<br />

Diese breitbandige Fernfeldsonde<br />

hat eine so hohe Empfindlichkeit,<br />

dass man sie ohne<br />

Weiteres zum Radioempfang<br />

verwenden könnte. Mit ihr lässt<br />

sich die Gesamtabstrahlung einer<br />

Baugruppe oder eines Geräts<br />

beurteilen. In der Regel wird sie<br />

in einem Abstand von 0,5 bis 1,5<br />

m von dem zu untersuchenden<br />

Objekt eingesetzt. Damit lassen<br />

sich sowohl Abschirm- als auch<br />

Filtermaßnahmen beurteilen,<br />

falls diese Leitungen betreffen,<br />

welche das Gehäuse verlassen<br />

und die somit die Gesamtabstrahlung<br />

beeinflussen. Wegen<br />

der hohen Empfindlichkeit<br />

kann es vorkommen, dass mit<br />

der aktiven E-Feld-Sonde auch<br />

Drittstörungen, ausgehend von<br />

anderen Geräten im Labor,<br />

gemessen werden. Die Messung<br />

erfolgt deshalb so, dass zuerst<br />

bei ausgeschaltetem Prüfling die<br />

Störungen aus der Umgebung<br />

erfasst und nach Einschalten des<br />

Prüflings die neu hinzugekommenen<br />

Signale analysiert werden.<br />

Sind die Störungen aus der<br />

Umgebung zu stark, so genügt<br />

es vielfach, die Messungen im<br />

Untergeschoss eines Gebäudes<br />

durchzuführen, weil dadurch<br />

Störsignale von außen, z.B. von<br />

nahen Radiosendern, reduziert<br />

werden.<br />

Die Messergebnisse mit einer<br />

aktiven E-Feld-Sonde sind wie<br />

alle Fernfeld-Antennenmessungen<br />

auch vom Prüfaufbau abhängig.<br />

Insbesondere spielt die Lage der<br />

Kabel eine nicht zu unterschätzende<br />

Rolle. Sollen reproduzierbare<br />

Messungen erfolgen – nicht<br />

nur einmalige Vergleichsmessungen<br />

verschiedener Maßnahmen<br />

– so wird empfohlen, die<br />

Versuchsanordnung genau festzulegen<br />

und beispielsweise auf<br />

einem Brett zu fixieren. Die aktive<br />

E-Feld-Sonde kann auch zur<br />

Untersuchung von Störungen aus<br />

der Umgebung verwendet werden.<br />

Wird vermutet, dass eine unbekannte<br />

Störquelle in einem Gerät<br />

eine Funktionsstörung verursacht,<br />

so kann mittels aktiver E-Feld-<br />

Sonde und Spektrumanalysator<br />

die elektromagnetische Umgebung<br />

erfasst werden. Dank der<br />

Analyse im Frequenzbereich lässt<br />

sich meist sehr schnell die Störquelle<br />

ausfindig machen.<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 35

---

EMV<br />

Bild 3: Messung der abgestrahlten Leistung ohne Gehäuse<br />

Die aktive<br />

H-Feld-Sonde<br />

Einlötbare<br />

HF-RELAIS<br />

NEU<br />

• Frequenzbereich DC–8 GHz<br />

• Impedanz 50 / 75 Ω<br />

• Packing SMD / PCB<br />

• Teilweise auch für hot-switching<br />

Wir liefern Lösungen ...<br />

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Eines der Erfolgsrezepte in der<br />

EMV ist es, die Störströme zu<br />

beachten. Der gängige Einsatz<br />

von Oszilloskopen verleitet zu<br />

einem reinen „Spannungsdenken“.<br />

Erfolgreiche EMV-Ingenieure<br />

denken aber vor allem „in<br />

1/8_Inserat_4c_Layout 1 06.02.17 12:36<br />

Strömen“. Um Störströme berührungsfrei<br />

und ohne Auftrennen<br />

von Leitungen aufspüren zu können,<br />

sind aktive H-Feld-Sonden<br />

ein optimales Hilfsmittel. Mit<br />

diesen Nahfeldsonden lässt sich<br />

die magnetische Feldstärke messen,<br />

die im Nahfeld direkt mit<br />

den Leitungsströmen verknüpft<br />

ist. H-Feld-Sonden sind relativ<br />

unempfindlich gegen Störungen<br />

von außen (Drittstörer)<br />

und zeigen ein starkes Ansteigen<br />

des gemessenen Pegels bei<br />

der unmittelbaren Annäherung<br />

an die Störquelle. Sie erlauben<br />

damit sehr gezielt, Störströme<br />

innerhalb einer Schaltung zu<br />

lokalisieren. In Verbindung mit<br />

einem Spektrumanalysator können<br />

damit auch frequenzselektiv<br />

Störsignalanteile aufgespürt<br />

werden, wie beispielsweise die<br />

Verteilung der Harmonischen<br />

eines Clock-Signals auf einer<br />

Leiterplatte.<br />

Bewegt man eine H-Feld-<br />

Sonde entlang eines Gehäuses<br />

oder einer Abschirmung,<br />

sind „undichte“ Stellen, wie<br />

beispielsweise Schlitze, leicht<br />

erkennbar. Es zeigen sich dabei<br />

die charakteristischen Merkmale<br />

einer Schlitzantenne mit<br />

einem Signalpegel-Maximum<br />

an den Enden eines Schlitzes<br />

(größte Stromdichte). Wie schon<br />

erwähnt, sind alle Arten von<br />

metallischen Kabeln – dies gilt<br />

sogar für Glasfaserkabel mit<br />

metallischer Zugsentlastung –<br />

mehr oder weniger schlechte<br />

Antennen für die Störabstrahlung<br />

und auch für die Störeinkopplung.<br />

Hält man die H-Feld-Sonde<br />

an ein Kabel und analysiert die<br />

Signale mit einem Spektrumanalysator,<br />

so wird man mit einigem<br />

Erstaunen feststellen, dass selbst<br />

auf Netzleitungen oder „langsamen“<br />

Datenleitungen, wie<br />

beispielsweise Telefonleitungen,<br />

verblüffend hohe hochfrequente<br />

Pegel festzustellen sind.<br />

Mit der H-Feld-Sonde und der<br />

logarithmischen Amplitudendarstellung<br />

eines Spektrumanalysators<br />

(Bild 1) ist einfach festzustellen,<br />

ob alle Leitungen etwa<br />

gleich stark „verseucht“ sind,<br />

oder ob gewisse Leitungen mehr<br />

oder weniger Störungen auskoppeln.<br />

Damit können gezielt<br />

Maßnahmen eingeleitet werden,<br />

sodass die EMV im Labor<br />

ohne die Verwendung eines<br />

geschirmten Raums rasch und<br />

einfach verbessert werden kann.<br />

Der Hochimpedanz-<br />

Tastkopf<br />

Mit einem Hochimpedanz-<br />

Tastkopf kann gezielt an einem<br />

Punkt, beispielsweise an einem<br />

IC-Pin, oder an einzelnen Leitungen<br />

in einer Schaltung breitbandig<br />

gemessen werden, ohne<br />

den Messpunkt mit der üblichen<br />

Eingangsimpedanz eines Spektrumanalysators<br />

von 50 Ohm zu<br />

belasten. Die Eingangsimpedanz<br />

des Hochimpedanz-Tastkopfes<br />

ist praktisch konstant kapazitiv<br />

und ohmsch, hier jedoch ab<br />

etwa 1 MHz mit der Frequenz<br />

beachtlich fallend. Der Hochimpedanz-Tastkopf<br />

kann auch<br />

an ein Oszilloskop mit 50-Ohm-<br />

Eingang angeschlossen werden.<br />

Werden beispielsweise die<br />

Signal-, Versorgungs- und Masseleitungen<br />

auf einem Flachbandkabel<br />

zwischen zwei Leiterplatten<br />

oder die Leitungen einer<br />

meist kritischen „Backplane-<br />

Verdrahtung“ gemessen, so ist<br />

mithilfe der logarithmischen<br />

Darstellung eines Spektrumanalysators<br />

rasch festzustellen, welche<br />

Leitungen den größten Anteil<br />

zur Störabstrahlung beitragen.<br />

Es gilt wiederum die Devise,<br />

die stärksten Signale als erstes<br />

zu unterdrücken. EMV-Maßnahmen<br />

(wie beispielsweise Filterungen<br />

für einzelne Leitungen)<br />

lassen sich damit sehr gezielt an<br />

den „höchstbelasteten“ Pins bzw.<br />

Leitungsabgängen vornehmen.<br />

Das Resultat einer getroffenen<br />

Maßnahme ist sehr schnell und<br />

einfach zu beurteilen.<br />

Dämpfung durch<br />

Gehäuse<br />

Die praxisorientierte Messung<br />

der Dämpfung von Abschirmgehäusen<br />

ist eine weitere EMV-<br />

Messaufgabe. Dahinter steht die<br />

Frage: Was erreicht man damit,<br />

einen ganzen Aufbau in ein<br />

Abschirmgehäuse zu stecken?<br />

Dies ist die Frage eines jeden<br />

Geräts, das bei der Abnahme zur<br />

CE-Zertifizierung durchgefallen<br />

ist. Leider ist diese Frage nicht<br />

pauschal zu beantworten, denn<br />

nicht jedes metallische Gehäuse<br />

gewährleistet die notwendige<br />

Schirmung. Kaum ein Entwickler<br />

wird aber bis zur nächsten<br />

Abnahmemessung warten wollen.<br />

Was, wenn es wieder nicht<br />

stimmt? Es ist erforderlich, mit<br />

einem einfachen Messverfahren<br />

den relativen Erfolg beurteilen<br />

zu können. Hierzu bietet sich<br />

der Einsatz hochempfindlicher<br />

E-Feld-Sonden an. Sie sind auch<br />

als sehr breitbandige Messantenne<br />

verwendbar, wodurch sie<br />

zur Klärung der obigen Fragen<br />

gut dienen können.<br />

Vor der Verwendung der Sonde<br />

muss geklärt werden, ob sie ausreichend<br />

empfindlich ist. Grundsätzlich<br />

sind passive Sonden<br />

meist unbrauchbar, da zu unempfindlich.<br />

Die für den Praktiker<br />

einfachste Lösung zur Klärung<br />

dieser Frage ist die Aufnahme<br />

eines Breitbandspektrums bis<br />

1 GHz in seinem Labor. Bild 2<br />

zeigt eine solche Aufnahme, die<br />

mittels aktiver E-Sonde entstand.<br />

Im Bereich bis 50 MHz zeigen<br />

sich relativ hohe Pegel von AM-<br />

Rundfunksendern. Im Bereich<br />

um 100 MHz sind Signale von<br />

UKW-Rundfunksendern aus<br />

der Umgebung erkennbar. Die<br />

stärkste Linie bei 474 MHz<br />

stammt von einem Fernsehsender,<br />

der exponiert in rund 15 km<br />

Entfernung steht. Es folgen bis<br />

800 MHz mehrere Linien von<br />

Fernsehsendern aus der Umgebung.<br />

Den Abschluss bildet der<br />

Bereich knapp über 900 MHz,<br />

der zu den örtlichen D-Netz-<br />

36 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

EMV<br />

Stationen gehört. Die Aufnahme zeigt,<br />

dass die verwendete Sonde breitbandig<br />

und empfindlich ist.<br />

Die Aufnahme des Hintergrundspektrums<br />

dient allerdings nicht nur der Prüfung der<br />

Sondenempfindlichkeit. Sie soll im Falle,<br />

dass man die folgenden Messungen nicht<br />

in einer Schirmkabine ausführen kann, als<br />

Referenz dienen. Auf diese Weise lassen<br />

sich die wichtigsten Spektrallinien erkennen,<br />

die nicht aus der zu untersuchenden<br />

Elektronik stammen.<br />

Zur Durchführung der Messung stellt man<br />

den Prüfling zunächst ohne Abschirmung<br />

in einer Entfernung von mindestens 0,5 m<br />

von der Sonde auf. Dann dreht man ihn, bis<br />

die Richtung des Abstrahlungsmaximums<br />

gefunden ist. In dieser Position wird die<br />

zweite Aufnahme erstellt (Bild 3). Es ist<br />

erkennbar, dass im Vergleich zum Hintergrundspektrum<br />

Störleistungen bis hin zu 1<br />

GHz vorhanden sind. Das Maximum der<br />

Störstrahlung liegt im Bereich von 250 bis<br />

350 MHz. Die stärkste Linie ist mit dem<br />

Marker gekennzeichnet, der relative Pegel<br />

liegt bei -42,8 dBm.<br />

Nun folgt die zweite Messung: Hierbei<br />

trägt der Prüfling sein Abschirmgehäuse.<br />

Er wird zuerst so gedreht, dass erneut das<br />

Maximum der Störstrahlung auftritt. Dieses<br />

kann in einer anderen Richtung liegen als<br />

bei offenem Gerät; Bild 4 zeigt das Resultat.<br />

Man erkennt, dass die Abstrahlung im<br />

gesamten Frequenzbereich geringer geworden<br />

ist. Aus den Pegeldifferenzen aus Bild<br />

2 und 3 lässt sich die Schirmdämpfung<br />

für verschiedene Frequenzen ermitteln.<br />

Für die markierten Linien entnimmt man<br />

-55,9 dBm. Dies ergibt eine Dämpfung<br />

von 13,1 dB. Für 800 MHz werden nur 9<br />

dB erreicht. Schirmdämpfungen in dieser<br />

Größenordnung scheinen kaum das Blech<br />

wert zu sein, aber leider ist ein solches<br />

Ergebnis nicht ungewöhnlich.<br />

Quelle:<br />

Fachartikel „Magie der<br />

Spektrumanalyse“, Teil 2, Hameg, leicht<br />

gekürzt<br />

EMV-Fenster lassen sich elektrisch von<br />

transparent auf opak schalten<br />

schaltbare Opazität erzeugt<br />

werden. Durch Anlegen einer<br />

elektrischen Spannung wird das<br />

Fenster milchig weiß und verhindert<br />

das Hindurchschauen.<br />

Die Lichtdurchlässigkeit wird<br />

dabei im Gegensatz zu Jalousien<br />

nicht wesentlich beeinträchtigt.<br />

Mögliche Anwendungen liegen<br />

überall dort, wo ein Fenster auf<br />

Knopfdruck oder per Fernsteuerung<br />

intransparent werden soll,<br />

z.B. im medizinischen Bereich.<br />

Durch Kombination mit weiteren<br />

optischen Filtern (Farbfilter,<br />

Polarisationsfilter, Privacy Foil<br />

bzw. Light Control Film, etc.)<br />

ergeben sich vielfältige Möglichkeiten<br />

der optischen Gestaltung.<br />

Die HF-Abschirmung kann den<br />

Kundenanforderungen angepasst<br />

werden. Die Umschaltzeit<br />

beträgt

---

EMV<br />

Schnelldienst stellt exakt gefräste<br />

Leiterplattenabdeckungen in 24 h her<br />

Abschirmdeckel<br />

sind entscheidend,<br />

um Leiterplatten<br />

gegen ungewollte<br />

elektrische oder<br />

elektromagnetische<br />

Effekte anderer<br />

technischer Geräte zu<br />

schützen und Störungen<br />

zu verhindern. Bei<br />

einer derart wichtigen<br />

Funktion ist es umso<br />

ärgerlicher, wenn der<br />

bestellte Deckel nicht<br />

rechtzeitig eintrifft.<br />

Abschirmdeckel erzeugen einen hermetisch geschlossenen Raum, um ungewollte elektrische oder<br />

elektromagnetische Effekte zu verhindern, mit denen sich technische Geräte gegenseitig stören<br />

würden. (Bilder: 2RPS Mechatronik GmbH)<br />

Peter Steer, Geschäftsführer<br />

2RPS Mechatronik GmbH<br />

info@2rps.de<br />

www.2rps.de<br />

Dies geschieht aber leider oft bei<br />

der Beauftragung mehrerer Firmen<br />

für die einzelnen Arbeitsschritte,<br />

da Abstimmungsprobleme<br />

viel nachträgliche Arbeit<br />

und lange Wartezeiten mit sich<br />

bringen.<br />

Aus diesem Grund hat die 2RPS<br />

Mechatronik GmbH einen<br />

Schnelldienst eingerichtet, der<br />

durch die enge Zusammenarbeit<br />

von Layout und Konstruktion<br />

zeitaufwändige Korrekturrunden<br />

einspart und für die Fertigung je<br />

nach Aufwand und Stückzahl<br />

nur circa 24 Stunden benötigt.<br />

Bei den für den Anwendungsfall<br />

gefrästen Schirmhauben können<br />

Extras wie HF-Abschirmung,<br />

integrierte Befestigung, mechanische<br />

Leiterplatten-Versteifung<br />

zum Schutz bei Schütteln und<br />

Schock sowie Kühlkomponenten<br />

hinzugefügt werden. Der<br />

Schirmdeckel lässt sich jederzeit<br />

demontieren, sodass die Leiterplatte<br />

zu 100 Prozent zugänglich<br />

ist.<br />

Bei Schirmdeckeln spielt die<br />

Qualität eine große Rolle, da<br />

sie über die Effektivität der<br />

Abschirmfunktion entscheidet.<br />

Elektrische oder elektromagnetische<br />

Effekte führen üblicherweise<br />

dazu, dass sich Geräte,<br />

oder geräteeigene Baugruppen<br />

gegenseitig stören.<br />

Mit exakt passenden Abschirmdeckeln<br />

bekommt man zwar ein<br />

Qualitätsprodukt - aber meist<br />

verspätet und teurer als gedacht.<br />

Das geschieht oft, wenn unterschiedliche<br />

Firmen mit Teilaufgaben,<br />

wie Planung oder Fertigung,<br />

beauftragt werden müssen.<br />

Da zur Produktion von Abschirmungen<br />

die Planung, Entwicklung,<br />

Konstruktion und Fertigung<br />

gehören, ist ein koordiniertes<br />

Zusammenspiel zwischen<br />

Leiterplatten-Layout und mechanischer<br />

Konstruktion in der Entwurfsphase<br />

extrem wichtig.<br />

Bei zahlreichen beteiligten Firmen<br />

kommt es oft sehr schnell zu<br />

längeren Lieferzeiten. Anschließend<br />

folgen Korrekturrunden<br />

und aufwändige Anpassungen,<br />

die Zeit- und Kostenaufwand<br />

in die Höhe treiben.<br />

Schnelldienst liefert<br />

alles aus einer Hand<br />

Bei dem Schnelldienst für<br />

Abschirmdeckel, den 2RPS seit<br />

zwei Jahren anbietet, kommt<br />

dagegen alles aus einer Hand<br />

– von der Planung über die<br />

mechanische Konstruktion bis<br />

hin zur Fertigung. „Durch ein<br />

koordiniertes Zusammenspiel<br />

zwischen Leiterplatten-Layout<br />

und mechanischer Konstruktion<br />

werden in der Entwurfsphase<br />

beide Komponenten in Echtzeit<br />

aufeinander abgestimmt,<br />

ausgelegt und angepasst, was<br />

die Notwendigkeit, im Nachhinein<br />

Korrekturen vorzunehmen,<br />

verringert“, so Peter Steer. Darüber<br />

hinaus findet eine Datenübergabe<br />

an die CAD-Abteilung<br />

zur Einbau untersuchung statt,<br />

und die daraus resultierenden<br />

Empfehlungen werden online<br />

diskutiert. Die mechanische Fertigung<br />

nimmt je nach Aufwand<br />

und Stückzahl 24 Stunden in<br />

Anspruch. Durch die erleichterte<br />

Planung und Absprache ist es<br />

außerdem möglich, selbst Son-<br />

38 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

EMV<br />

ändern sollten. Die Genauigkeit<br />

der Fräsarbeiten beträgt dabei -<br />

je nach Größe und Anforderung<br />

- ±0,2 – 0,05 mm. Fräsdeckel<br />

werden darüber hinaus nicht nur<br />

zur EMV-Abschirmung genutzt,<br />

sondern auch für eine stabile<br />

Befestigung und einen optimalen<br />

Wärmeabtransport.<br />

Die Wandstrukturen werden je nach abzuschirmender Frequenz ausgewählt. Unterschiedliche<br />

Aluminium-Sorten erfüllen jeweils verschiedene Festigkeits- und Erwärmungsvorgaben. Wählbare<br />

Oberflächengüten richten sich nach den Optik- und Abstrahlvorgaben<br />

deranfertigungen reibungslos<br />

zu produzieren“.<br />

Gefräste Strukturen<br />

bieten Flexibilität<br />

Die meisten Abschirmungen<br />

werden nicht gefräst, wie beispielsweise<br />

Blechgehäuse,<br />

Federkontaktierungen und Auflötstreifen,<br />

welche in der Regel<br />

fest mit der Leiterplatte verbunden<br />

sind. Gefräste Schirmhauben<br />

beispielsweise mit einer<br />

Kombination aus Entwärmung,<br />

Kühlung und HF-Dichtigkeit –<br />

was bei Weitem nicht dem Standard<br />

entspricht – werden hingegen<br />

bei speziellen Leiterplatten<br />

eingesetzt. Gefräste Strukturen<br />

an sich sind also bereits Sonderlösungen.<br />

Da sie speziell auf den<br />

Anwendungsfall zugeschnitten<br />

werden, können sie in der<br />

Musterphase sehr flexibel nachbearbeitet<br />

und korrigiert werden,<br />

falls sich die Anforderungen<br />

Die Wandstrukturen werden je<br />

nach abzuschirmender Frequenz<br />

ausgewählt, wobei als Material<br />

Aluminium die erste Wahl ist -<br />

optional versilbert, vergoldet<br />

oder blank. Unterschiedliche<br />

Aluminium-Sorten erfüllen<br />

jeweils verschiedene Festigkeits-<br />

und Erwärmungsvorgaben.<br />

Wählbare Oberflächengüten<br />

richten sich nach den<br />

Optik- und Abstrahlvorgaben.<br />

Daneben sind diverse Oberflächen<br />

oder Beschichtungen<br />

möglich, wobei auf HF-Abschirmung,<br />

integrierte Befestigung,<br />

mechanische Leiterplatten-<br />

Versteifung für Schütteln und<br />

Schock, Kühlkomponenten<br />

und sogar die Abstimmung für<br />

Bauteile in den einzelnen Kammern<br />

eingegangen werden kann.<br />

Wenn eine hohe Dichtigkeit<br />

zwischen den einzelnen Kammern<br />

und gegen die Außenwelt<br />

gefordert ist, empfiehlt es sich,<br />

die Wände nicht nur blank auf<br />

der Leiterplatte aufliegen zu<br />

lassen, sondern diese mit einer<br />

Dichtschnur zu versehen, die<br />

wahlweise auch partiell bei kritischen<br />

Funktionsbaugruppen<br />

verwendet werden kann.<br />

Echte Qualität durch<br />

Kontrolltests vor der<br />

Lieferung<br />

Bevor ein Produkt in die Lieferung geht, wird es durch das Zusammenspielen der aktuellsten<br />

CAD-Daten und deren Überprüfung getestet. Danach wird eine Probemontage der Mechanik auf dem<br />

Leiterplattenmuster vorgenommen und kontrolliert<br />

Kein Produkt wird ausgeliefert,<br />

ohne vorher auf seine einwandfreie<br />

Qualität getestet worden<br />

zu sein. Dies geschieht zum<br />

einen durch die Verwendung der<br />

aktuellsten CAD-Daten sowie<br />

durch Überprüfung. Zum anderen<br />

wird eine Probemontage der<br />

Mechanik auf dem Leiterplattenmuster<br />

vorgenommen und<br />

kontrolliert, sodass der Kunde<br />

ein fehlerfreies Produkt erhält.<br />

Die Schirmdeckel sind in allen<br />

Wunschmaßen bis maximal 580<br />

x 400 x 100 mm lieferbar. ◄<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 39

---

EMV<br />

Sichere Einhaltung der neuen EMF-<br />

Vorschriften am Arbeitsplatz<br />

Die neue europäische Richtlinie<br />

2013/35/EU wurde am<br />

19.11.2016 in deutsches Recht<br />

umgesetzt. Die Richtlinie bezieht<br />

sich auf alle Arbeiten, bei denen<br />

das Personal Strahlenrisiken<br />

durch elektromagnetische Felder<br />

ausgesetzt ist. Sie verlangt, dass<br />

Arbeitgeber sicherstellen, dass<br />

sie das Strahlungsrisiko durch<br />

elektromagnetische Felder am<br />

Arbeitsplatz der Beschäftigten<br />

überprüft haben. Gegebenenfalls<br />

müssen Maßnahmen ergriffen<br />

werden, um das Strahlungsrisiko<br />

zu vermeiden oder zu minimieren.<br />

EMF-Messungen sind in<br />

Bereichen, in denen elektromagnetische<br />

Felder erzeugt werden,<br />

besonders wichtig. Hierzu<br />

gehören Bahnwesen, Hochspannungsnetze,<br />

Industrie-Produktion,<br />

Chemiebranche, Medizintechnik,<br />

Luftfahrt, RFID,<br />

Rüstungsindustrie und Telekommunikationsnetze.<br />

Speziell für die Messung und<br />

Sicherstellung der Einhaltung<br />

von Grenzwerten wurde das<br />

SMP2 von WAVECONTROL<br />

MRC Gigacomp GmbH & Co.<br />

KG<br />

www.mrc-gigacomp.de<br />

info@mrc-gigacomp.de<br />

entwickelt. Dabei handelt es<br />

sich um ein Handmessgerät,<br />

das elektromagnetische Felder<br />

am Arbeitsplatz misst und die<br />

Einhaltung der nationalen und<br />

internationalen Richtlinien verifiziert.<br />

Es misst elektromagnetische<br />

Felder aller Quellen, die<br />

im Frequenzbereich der angeschlossenen<br />

Feldsonde strahlen.<br />

• Handlichkeit, einfache Bedienbarkeit<br />

• Verschiedene Feldsonden zur Abdeckung<br />

des Frequenzbereiches von 1 Hz bis 1 GHz<br />

• Gewichtete Spitzenwertmessungen in Bezug<br />

auf mehrere Standards (z.B. 2013/35/EU,<br />

ICNIRP, BGV B11).<br />

• Das Gerät gibt in Echtzeit den Prozentwert<br />

bezogen auf den Grenzwert des jeweiligen<br />

Standards aus. Somit wird für die eigentliche<br />

Messung keine Expertise hinsichtlich spezieller<br />

Einheiten wie z.B. V/m oder T benötigt.<br />

• E-Feld Einheiten: V/m, kV/m, µW/cm², mW/<br />

cm², W/m²<br />

• H-Feld Einheiten: mG, A/m, nT, µT, mT<br />

• RMS Messungen über einen Frequenzbereich<br />

• Spektralanalysen 1 Hz bis 400 kHz<br />

Eigenschaften des SMP2 im Überblick:<br />

• Bereitstellung von Firmware-Updates (z.B.<br />

bei Änderungen von Normen oder Standards)<br />

Seine Vielseitigkeit macht es zu<br />

einem perfekten Messwerkzeug,<br />

um die oben genannten Anforderungen<br />

zu erfüllen. Das Gerät<br />

ist tragbar, leicht zu handhaben<br />

und intuitiv in der Bedienung.<br />

Es kombiniert zwei Instrumente<br />

in Einem: einen Spektrumanalysator<br />

für den Frequenzbereich<br />

1 Hz bis 400 kHz und ein breitbandiges<br />

(bis 18 GHz) Feldstärkemessgerät.<br />

Die Speicherung<br />

der laufenden Messwerte erfolgt<br />

automatisch und in konfigurierbaren<br />

Intervallen. Die Kapazität<br />

des internen Speichers liegt<br />

bei 1.000.000 Messwerten. Die<br />

gespeicherten Daten können<br />

für eine spätere Nutzung einfach<br />

per USB- oder Glasfaser-<br />

Schnittstelle auf den Computer<br />

heruntergeladen werden. Für<br />

eine Auswertung der heruntergeladenen<br />

Messdaten wird ein<br />

Excel Report inklusive Diagramm,<br />

Screenshot und Messdaten<br />

bereitgestellt. Das SMP2<br />

ist optional außerdem mit einem<br />

GPS-Empfänger erhältlich, um<br />

jede Messung im Freien automatisch<br />

mit der geographischen<br />

Position zu verknüpfen.<br />

Eine Reihe frequenzbereichsoptimierter<br />

Feldsonden ist verfügbar.<br />

Sie werden automatisch<br />

vom SMP2 erkannt. Der wieder<br />

aufladbare Lithium-Ionen-Akku<br />

ermöglicht eine Betriebsdauer<br />

von bis zu 14 Stunden. ◄<br />

• Excel Report inklusive Diagramm, Screenshot<br />

und Messdaten<br />

• Optional: GPS-Modul zur Standorterfassung,<br />

• Fernsteuerung über Glasfaserkabel<br />

• Akkreditierte Kalibrierung nach ENAC/EA/<br />

ILAC ISO 17025 beim Hersteller WAVE-<br />

CONTROL<br />

• Akkulaufzeit: Mehr als 14 Stunden (mit breitbandigen<br />

Feldsonden)<br />

• Benutzeroberfläche in mehreren Sprachen:<br />

Deutsch, Englisch, Französisch, Spanisch[A1]<br />

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Firmen und Behörden in Deutschland und<br />

Österreich wenden sich für eine Vorführung<br />

des Feldstärkemessgeräts SMP2 oder für die<br />

Bereitstellung eines Demogerätes an MRC<br />

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Bauelemente<br />

Passive Hochleistungs-Zweifachmischer erfüllen<br />

die Herausforderungen der 5G-MIMO-Empfänger<br />

Der weltweite Bedarf<br />

nach ständig steigenden<br />

Datenraten hat die<br />

Kapazität der heutigen<br />

drahtlosen 4G-Kommunikationsnetze<br />

an<br />

ihre Grenzen gebracht.<br />

Die 5G-Netzwerke der<br />

nächsten Generation<br />

müssen die Kapazität<br />

um mehr als das Zehnfache<br />

steigern, um mit<br />

dem künftigen Bedarf<br />

Schritt zu halten.<br />

Obwohl der 5G-Standard noch<br />

nicht endgültig festgelegt ist,<br />

stimmen die meisten - wenn<br />

nicht gar alle - Marktteilnehmer<br />

darin überein, dass die<br />

Bandbreite auf mindestens 100<br />

MHz (vom derzeitigen 20-MHz-<br />

Spektrum) steigen muss und<br />

einige lehnen sich sogar für bis<br />

zu 200 MHz aus dem Fenster.<br />

Wenn das der Fall ist, wird das<br />

Frequenzspektrum auf bis zu 3,6<br />

GHz und noch höher ansteigen.<br />

Um diese Anforderung zu erfüllen,<br />

bietet der passive, abwärts<br />

wandelnde Zweifach-Mischer<br />

LTC5593 von Linear Technology<br />

eine exzellente Linearität und<br />

einen hervorragenden Dynamikbereich<br />

bei 3,6 GHz und unterstützt<br />

dabei mehr als 200 MHz<br />

kontinuierliche Signalbandbreite,<br />

wie sie für einen besonders<br />

robusten MIMO-Empfänger<br />

(Multiple-Input Multiple-<br />

Output) benötigt werden. Die<br />

MIMO-Technik hat ihre Nützlichkeit<br />

durch eine deutliche<br />

Erhöhung von Durchsatz und<br />

Bill Beckwith,<br />

Staff Scientist,<br />

Xudong Wang<br />

Senior RFIC Design Engineer<br />

Tom Schiltz,<br />

RFIC Design Manager<br />

Linear Technology<br />

Corporation<br />

Empfang der Netto-Datenrate<br />

in Systemen wie Wi-Fi und<br />

4G-Netzwerken in Zeiten mit<br />

begrenzter Spektrum-Bandbreite<br />

bewiesen. Da 5G-Systeme auf<br />

höhere Frequenzen übergehen<br />

bietet der LTC5593 von 2,3 GHz<br />

bis 4,5 GHz einen kontinuierlichen<br />

50-Ohm-Abschluss und<br />

unterstützt damit Mehrbandempfänger<br />

mit den 2,6-GHz- und<br />

3,6-GHz-Bändern. Für niederfrequentere<br />

Bänder sind weitere<br />

Mischer wie der LTC5590,<br />

LTC5591 und LTC5592 erhältlich,<br />

die alle anderen LTE-<br />

Empfänger abdecken. Die Frequenzabdeckung<br />

und typische<br />

3,3-V-Leistung jedes dieser<br />

Mischer ist in Tabelle 1 aufgelistet.<br />

Diese Mischer liefern eine<br />

hohe Wandlungsverstärkung,<br />

kleine Rauschzahl (NF = noise<br />

figure) und hohe Linearität bei<br />

geringem DC-Leistungsbedarf.<br />

Die Hochleistungs-Zweifach-<br />

Mischer-Familie LTC5593<br />

eignet sich ideal für MIMO-<br />

Empfänger in der drahtlosen<br />

Infrastruktur wie in einem RRH<br />

(Remote Radio Head). Solche<br />

Systeme sind extrem kompakt<br />

und sind, in wettergeschützten<br />

Gehäusen eingebaut, eigenständig<br />

und stellen durch den hohen<br />

Anteil an Elektronik besondere<br />

Herausforderungen bezüglich<br />

geringer Größe und dem thermischen<br />

Management dar. Die<br />

Zweikanal-Lösung reduziert die<br />

Komponentenanzahl, vereinfacht<br />

das Routen der LO-Signale<br />

und verkleinert die Leiterplattenfläche.<br />

Zusätzlich enthält<br />

jeder LTC5593 integrierte HFund<br />

LO-Symmetrieschaltungen<br />

(Balun), doppelt abgeglichene<br />

Mischer, LO-Buffer-Verstärker<br />

und differenzielle ZF-Verstärker,<br />

was weiterhin die Ausmaße,<br />

Komplexität und Kosten der<br />

Gesamtlösung reduziert.<br />

Mischer-Beschreibung<br />

Die vereinfachte Blockschaltung<br />

in Bild 1 zeigt die Zweifach-Mischer-Topologie,<br />

die<br />

passive, zweifach abgeglichene<br />

Mischerkerne nutzt, welche die<br />

ZF-Ausgangsverstärker treiben.<br />

Die Mischerkerne sind geschaltete<br />

Vierfach-MOSFETs, die<br />

typisch rund 7 dB an Wandlungsverlust<br />

aufweisen. In diesem<br />

Fall ist der Verlust jedoch<br />

durch die Verstärkung der nachfolgenden<br />

ZF-Verstärker auf dem<br />

Chip mehr als kompensiert, was<br />

in einer Mischverstärkung von<br />

insgesamt etwa 8 dB resultiert.<br />

Der differenzielle ZF-Ausgang<br />

wurde für ein Standard-200-<br />

Ohm-Interface optimiert, das<br />

differenzielle ZF-Filter und variable<br />

Gain-Verstärker direkt treiben<br />

kann, was die extern nötigen<br />

Komponenten minimiert.<br />

Der LO-Pfad benutzt eine<br />

gemeinsame Symmetrierschaltung<br />

(Balun), um den referenzbezogenen<br />

Eingang auf einen<br />

differenziellen LO umzusetzen,<br />

der dann unabhängige Buffer-Verstärker<br />

für jeden Kanal<br />

treibt. Diese separate LO-Treiber-Technik<br />

erhält die Phasenkohärenz<br />

des LO-Signals für<br />

beide Mischer und bietet gleichzeitig<br />

eine exzellente Entkopplung<br />

zwischen den Kanälen.<br />

Um zusätzlich unerwünschtes<br />

Load-Pulling und Störungen für<br />

den VCO zu vermeiden, wird<br />

in allen Betriebsarten ein konstanter<br />

Abschluss der LO-Eingangsimpedanz<br />

in Höhe von 50<br />

Ohm beibehalten, selbst wenn<br />

eine oder beide Mischerstufen<br />

ein- und ausgeschaltet werden.<br />

Ein 50-Ohm-Impedanzabgleich<br />

von 2,1 GHz bis 3,4 GHz wird<br />

mit dem Hinzufügen eines externen<br />

1,5-pF-Serienkondesators,<br />

C2, erzielt. Dieser Kondensator<br />

wird auch als Gleichspannungssperre<br />

benötigt. Für das<br />

höhere 3,6-GHz-Band bewirkt<br />

das Hinzufügen einer Shunt-<br />

Spule mit 10 nH an der Quellseite<br />

des Kondensators eine gute<br />

Rückflussdämpfung am LO.<br />

42 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

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SP6T Switches<br />

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Bauelemente<br />

Part # RF RANGE (GHz) LO RANGE (GHz) GAIN (dB) IIP3 (dBm) NF (dB)<br />

LTC5590 0.6 – 1.7 0.7 – 1.5 8.7 26.0 9.7<br />

LTC5591 1.3 – 2.3 1.4 – 2.1 8.5 26.2 9.9<br />

LTC5592 1.6 – 2.7 1.7 – 2.5 8.3 27.3 9.8<br />

LTC5593.<br />

(3.6GHz)<br />

2.3 – 4.5 2.1 – 4.2 7.6 26.0 11.3<br />

Tabelle 1: Frequenzabdeckung und 3,3-V-Leistung der Mischerfamilie LTC559x<br />

Bild 2 zeigt die Rückflussdämpfung<br />

am LO-Eingang des<br />

LTC5593 unter unterschiedlichen<br />

Betriebsbedingungen.<br />

Diese Eigenschaft erübrigt den<br />

Einsatz einer externen LO-Buffer-Stufe.<br />

Traditionelle Basisstationen<br />

haben eine temperaturgesteuerte<br />

Umgebung und erfordern, dass<br />

Komponenten bis zu +85 °C<br />

problemlos arbeiten. Kleinere<br />

Zellen und Remote-Radio-<br />

Heads sind jedoch eine rauere<br />

Umgebung für Komponenten<br />

und erfordern einen Betrieb<br />

bis zu +105 °C. Die LTC5593-<br />

Mischer sind dafür entwickelt<br />

und bei +105 °C getestet, um<br />

diese Anforderung zu erfüllen.<br />

Um die Ausmaße der Lösung zu<br />

minimieren, ist die LTC5593-<br />

Mischer-Familie in ein kleines<br />

QFN-Gehäuse mit 5 mm x 5 mm<br />

Kantenlänge und 24 Anschlüssen<br />

eingebaut. Die geringen<br />

Ausmaße des Gehäuses sind<br />

jedoch nur ein Teil der Verkleinerung<br />

der Lösung insgesamt.<br />

Der hohe Integrationsgrad reduziert<br />

die Anzahl der benötigten<br />

externen Komponenten auf rund<br />

19, womit Leiterplattenfläche,<br />

Komplexität und Kosten minimiert<br />

werden.<br />

Empfängeranwendung<br />

Das Funktionsdiagramm eines<br />

LTC5593-Mischers in einem<br />

Zweikanal-Empfänger zeigt<br />

Bild 3. Unsymmetrische HF-<br />

Signale werden verstärkt und<br />

gefiltert, bevor sie an die Mischereingänge<br />

gelegt werden. Dieses<br />

Beispiel zeigt differenzielle ZF-<br />

Signalpfade, welche eine ZF-<br />

Symmetrieschaltung überflüssig<br />

machen. Das OFW-Filter,<br />

der ZF-Verstärker und die in<br />

den Bandpassfiltern konzentrierten<br />

Elemente sind alle differenziell.<br />

Mit den dargestellten<br />

Werten der Schaltungskomponenten<br />

unterstützt dieser Empfänger<br />

eine ZF-Bandbreite von<br />

150 MHz. Höhere Bandbreiten<br />

können erzielt werden, indem<br />

man den Widerstand an den differenziellen<br />

Pins verkleinert –<br />

bei einer leichten Reduzierung<br />

der Verstärkung.<br />

Besonders selektive OFW-Filter<br />

werden in vielen MIMO-Empfängern<br />

verwendet, um unerwünschte<br />

Störungen (spurs)<br />

und Rauschen am Mischerausgang<br />

zu blockieren. Die 8-dB-<br />

Mischverstärkung kompensiert<br />

die hohen Einfügeverluste dieser<br />

Filter und reduziert ihren<br />

Einfluss auf das Grundrauschen<br />

des Systems. Die Gesamtleistung<br />

des Mischers befähigt den Empfänger,<br />

die Anforderungen an die<br />

Empfindlichkeit und Störfestigkeit<br />

zu erfüllen.<br />

Ein weiteres wichtiges Leistungsziel<br />

für Mehrkanal-Empfänger<br />

ist die Entkopplung zwischen<br />

den Kanälen. Die Kanal-<br />

Isolation ist der ZF-Pegel am<br />

nicht getriebenen Ausgang des<br />

Kanals im Verhältnis zum ZF-<br />

Pegel am getrieben Ausgang<br />

des Kanals. Dieser Parameter ist<br />

üblicherweise um 10 dB besser<br />

als die Antennen-Isolation spezifiziert,<br />

um eine Verringerung<br />

der Systemleistung zu verhindern.<br />

Basierend auf seinem<br />

präzisen IC-Design erzielt der<br />

LTC5593 44 dB Kanalisolation<br />

bei 3,6 GHz und 52 dB bei 2,6<br />

GHz, was die meisten Anforderungen<br />

vieler Mehrkanalapplikationen<br />

zufrieden stellt.<br />

Leistungsverbrauch<br />

und Ausmaße<br />

Mit der Weiterentwicklung der<br />

Topologien von Mehrband/Multimode-Basisstationen<br />

und einer<br />

weiter verfeinerten Systemdefinition,<br />

die von 4G auf künftige<br />

5-G-Kommunikationsnetze<br />

übergeht, bewegen sich auch<br />

die Systeme für die drahtlose<br />

Infrastruktur hin zu Plattformkonfigurationen,<br />

welche die<br />

Implementierung von unterschiedlichen<br />

Band- oder Mode-<br />

Anforderungen mit minimalen<br />

Hardware- und Software-Änderungen<br />

erlauben. Die Zweifach-<br />

Mischer der LTC5593-Familie<br />

haben ein gemeinsames Pinout,<br />

das es einfach macht, das gleiche<br />

Leiterplatten-Layout für alle<br />

Bänder zu verwenden.<br />

Bild 1: Blockdiagramm eines Zweikanal-Mischers<br />

Das kontinuierliche Wachstum<br />

der drahtlosen Kommunikation<br />

hat auch zum Einsatz von<br />

kleineren Zellen, wie Pico- und<br />

Femtozellen angespornt. Der<br />

Bedarf nach mehr und kleineren<br />

Zellen sowie der steigende Einsatz<br />

von Remote-Radio-Heads,<br />

hat zusätzlich zu Einschränkungen<br />

bei den Infrastruktursystemen<br />

geführt, wodurch eine<br />

höhere Integration und kleinere<br />

Ausmaße nötig sind.<br />

Da die Anzahl der Zellen<br />

anwächst wird auch der Leistungsbedarf<br />

immer wichtiger,<br />

da die Energiekosten proportional<br />

ansteigen. In Remote-<br />

Radio-Heads ist andererseits<br />

der thermische Stress wegen der<br />

passiven Kühlung ein wichtiger<br />

Punkt. Das einfache Verkleinern<br />

der Lösung ist oft nicht ausreichend,<br />

da die verringerten<br />

Systemausmaße in einer höheren<br />

Leistungsdichte, höheren Sperrschichttemperaturen<br />

und potenziell<br />

reduzierter Komponenten-Zuverlässigkeit<br />

resultieren<br />

würden. Deshalb ist es nötig,<br />

gleichzeitig mit den Ausmaßen<br />

auch den Leistungsbedarf des<br />

Systems zu reduzieren. Dieses<br />

Ziel ist eine große Herausforderung,<br />

weil die HF-Leistung<br />

davon nicht beeinträchtigt werden<br />

darf.<br />

In der Vergangenheit führte das<br />

Kombinieren von zwei einzelnen<br />

Mischern auf einem Chip<br />

zu einem Leistungsverbrauch<br />

von insgesamt etwa 2 Watt. Um<br />

diesen Leistungsverbrauch zu<br />

verringern, wurde die Mischer-<br />

Familie LTC5593 für 3,3 V<br />

Betriebsspannung ausgelegt<br />

und nicht für 5 V. Spezielle Entwicklungstechniken<br />

für Nieder-<br />

44 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

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Fachbücher für die<br />

Praxis<br />

Praxiseinstieg<br />

in die<br />

Spektrumanalyse<br />

Joachim Müller,<br />

21 x 28 cm, 198 Seiten,<br />

zahlr. überwiegend farbige<br />

Abb. Diagramme, Plots<br />

ISBN 978-3-88976-164-4,<br />

beam-Verlag 2014, 38,- €<br />

Art.-Nr.: 118106<br />

Ein verständlicher Einstieg<br />

in die Spektrumanalyse -<br />

ohne höhere Mathematik,<br />

der Schwerpunkt liegt auf<br />

der Praxis mit Vermittlung<br />

von viel Hintergrundwissen.<br />

Hintergrundwissen:<br />

• Der Zeit- und Frequenzbereich,<br />

Fourier<br />

• Der Spektrumanalyzer<br />

nach dem Überlagerungsprinzip<br />

• Dynamik, DANL und Kompression<br />

• Trace-Detektoren, Hüllkurvendetektor,<br />

EMV-Detektoren<br />

• Die richtige Wahl des<br />

Detektors<br />

• Moderne Analyzer, FFT,<br />

Oszilloskope mit FFT<br />

• Auswahl der Fensterung<br />

- Gauß, Hamming, Kaiser-<br />

Bessel<br />

• Die Systemmerkmale und<br />

Problemzonen der Spektrumanalyzer<br />

•<br />

Hochfrequenz-<br />

Transistorpraxis<br />

Schaltungstechnik,<br />

Einsatzprinzipien, Typen<br />

und Applikationen<br />

Frank Sichla,<br />

17,5 x 25,5 cm, 278 Seiten,<br />

zahlr. Abb. und Tabellen<br />

ISBN 978-3-88976-153-8,<br />

beam-Verlag 2008, 24,- €<br />

Art.-Nr.:118070<br />

Das Buch beschreibt die<br />

Anwendung von diskreten<br />

Transistoren und erläutert<br />

die Schaltungstechnik praxisorientiert<br />

mit einer Fülle<br />

ausgewählter Applikationsschaltungen.<br />

Aus dem Inhalt:<br />

• Bipolartransistoren<br />

• Grundschaltungen<br />

• Schaltungstricks<br />

• Anpassung<br />

• FETs im Überblick<br />

• FET-Grundschaltungen<br />

• Die Welt der Power-MOS-<br />

FETs<br />

• Rund um die Kühlung<br />

• Transistorschaltungen<br />

richtig aufbauen<br />

• HF-Kleinsignal-<br />

Verstärkerschaltungen<br />

• Leis tungsverstärker<br />

• Oszillatorschaltungen<br />

• Senderschaltungen<br />

• Mess- und Prüftechnik<br />

Smith-Diagramm<br />

Einführung und<br />

Praxisleitfaden<br />

Joachim Müller,<br />

21 x 28 cm, 117 Seiten,<br />

zahlr. Abb. und Diagramme<br />

ISBN 978-3-88976-155-2,<br />

beam-Verlag 2009, 29,80 €<br />

Art.-Nr.: 118082<br />

Das Smith-Diagramm ist bis<br />

heute das wichtigste Instrument<br />

zur bildlichen Darstellung<br />

der Anpassung und zum Verständnis<br />

der Vorgänge in HF-<br />

Systemen. Dieses Buch bietet<br />

eine grundlegende Einführung<br />

in den praxisnahen Aufbau<br />

und die Handhabung des<br />

Diagramms.<br />

Aus dem Inhalt:<br />

• Der Weg zum Smith-Diagramm<br />

• Reflexionsfaktor<br />

• Rückflussdämpfung<br />

• Praxis mit dem Smith-Diagramm,<br />

u.a.: Kompensation<br />

von Blindanteilen, Ortslinie<br />

über Frequenz, Leitung als<br />

Transformator, elektrisch<br />

kurze bzw. lange Leitung,<br />

S-Parameter und Smith-Diagramm<br />

• Leitwert-Smith-<br />

Diagramm<br />

• Stubs<br />

• Anpassung, usw.<br />

Praxiseinstieg<br />

in die<br />

vektorielle<br />

Netzwerkanalyse<br />

Joachim Müller,<br />

21 x 28 cm, 142 Seiten,<br />

zahlr. Abb. und Tabellen<br />

ISBN 978-3-88976-159-0,<br />

beam-Verlag 2011, 32,- €<br />

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sind inzwischen<br />

leicht zu Bedienen und<br />

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Grundlagen des Messaufbaus<br />

anschaulich dar.<br />

Aus dem Inhalt:<br />

• Hintergründe zur vektoriellen<br />

Netzwerkanalyse<br />

• S-Parameter, Netzwerkparameter<br />

• Der Datenaustausch im Touchstone<br />

Fileformat<br />

• Grundfunktionen in der Gerätetechnik<br />

• Kalibrierung – Festlegung der<br />

Messbezugsebene<br />

• Messungen an Antennen<br />

• Untersuchungen an<br />

Leitungen<br />

• Messungen an Bauteilen<br />

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Bauelemente<br />

Bild 2: LO-Rückflussdämpfung des LTC5593 in unterschiedlichen<br />

Betriebszuständen<br />

spannungsschaltungen reduzieren<br />

die Verlustleistung ohne die<br />

Mischverstärkung, IIP3 oder die<br />

Rauschzahl zu beeinträchtigen.<br />

Der einzige Parameter, der von<br />

der geringeren Versorgungsspannung<br />

beeinflusst wird, ist die<br />

P1dB-Leistung des Ausgangs,<br />

die bei rund 10,4 dBm liegt.<br />

Die P1dB ist begrenzt durch die<br />

Amplitudenschwingung der Ausgangsspannung<br />

an den offenen<br />

Kollektoren des ZF-Verstärkers,<br />

wenn er die Lastimpedanz von<br />

200 Ohm treibt. Bei Anwendungen,<br />

in denen eine höhere<br />

P1dB nötig ist, sind die Mischer<br />

speziell so entwickelt, dass sie<br />

den Einsatz einer 5-V-Stromversorgung<br />

am ZF-Verstärker erlauben.<br />

Die höhere Spannung verbessert<br />

die P1dB auf 13,7 dBm.<br />

Wie in Tabelle 1 dargestellt,<br />

erreichen die Zweifach-Mischer<br />

exzellente technische Daten und<br />

verbrauchen dabei nur etwas<br />

mehr als 1,3 W an Leistung,<br />

wenn beide Kanäle gleichzeitig<br />

aktiv sind. Für zusätzliche<br />

Leistungseinsparungen kann<br />

jeder Kanal, wie gewünscht,<br />

mit den separaten Steuerungen<br />

unabhängig voneinander abgeschaltet<br />

werden. In Fällen, in<br />

denen eine verringerte Linearität<br />

akzeptiert werden kann, erlaubt<br />

es der ISEL-Pin dem Anwender<br />

in die Betriebsart mit geringem<br />

Stromverbrauch umzuschalten<br />

und damit den DC-Leistungsverbrauch<br />

weiter zu senken.<br />

Zusammenfassung<br />

Der passive, abwärts wandelnde<br />

Zweifach-Mischer LTC5593<br />

bietet die hohe Leistung die<br />

nötig ist, um die herausfordernden<br />

Bedürfnisse der künftigen<br />

Mehrkanal-Empfänger für<br />

die 5G-Infrastruktur zu erfüllen,<br />

die zu höheren Frequenzen und<br />

größeren Bandbreiten zwingen.<br />

Die Kombination von hoher<br />

Mischverstärkung, kleiner<br />

Rauschzahl und hoher Linearität<br />

des Mischers verbessert die<br />

Systemleistung insgesamt, wobei<br />

der geringe Leistungsverbrauch<br />

und die geringen Ausmaße der<br />

Lösung die immer strengeren<br />

Anforderungen von immer<br />

kleineren Basisstationen und<br />

Remote-Radio-Heads erfüllen.<br />

Bill Beckwith<br />

Biography<br />

Bill Beckwith is a staff scientist<br />

at Linear Technology in Colorado<br />

Springs, Colorado where<br />

his principle focus has been<br />

the design of high performance<br />

RFIC mixers since 2000. Bill<br />

received the B.E.E. degree from<br />

the Georgia Institute of Technology<br />

in 1984 and the M.S.E.E.<br />

from Arizona State University<br />

in 1990. He previously worked<br />

at Motorola where he designed<br />

GaAs RF switches, mixers,<br />

LNA’s and power amplifiers and<br />

was heavily involved in active<br />

and passive device modeling.<br />

Xudong Wang<br />

Biography<br />

Bild 3: Der passive Zweikanal-Mischer LTC5593 in einer Empfängeranwendung<br />

Xudong Wang is a senior RFIC<br />

design engineer at Linear Technology<br />

in Colorado Springs,<br />

Colorado. Xudong has a Ph.D<br />

degree from the Northwestern<br />

Polytechnical University. He<br />

has 22 years of RF/Microwave<br />

design experience and more than<br />

50 technical papers published in<br />

journals and conference proceedings.<br />

Dr. Wang holds 11 patents<br />

in the US and internationally. ◄<br />

46 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Bauelemente<br />

Hochintegrierte Rx/Tx-Wandler ermöglichen<br />

zuverlässigere Mobilfunk-Infrastrukturen<br />

Die neuen, hochintegrierten<br />

Rx/Tx-Wandler<br />

von Analog Devices<br />

bringen für Mikrowellen-<br />

und Millimeterwellen-Mobilfunkbetreiber<br />

und die Hersteller von<br />

Telekommunikationsausrüstungen<br />

entscheidende<br />

Verbesserungen<br />

der Zuverlässigkeit,<br />

der Kosten sowie eine<br />

Verkürzung der Timeto-market.<br />

Analog Devices<br />

www.analog.com<br />

CelsiStrip ®<br />

Thermoetikette registriert<br />

Maximalwerte durch<br />

Dauerschwärzung.<br />

Bereich von +40 ... +260°C<br />

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Kostenloser Versand ab Bestellwert<br />

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Die Rx/Tx-Wandler HMC8100<br />

(Rx) und HMC8200 (Tx) bieten<br />

eine einzigartige Kombination<br />

aus einer breiten Palette<br />

von Funktionen. Sie können<br />

dadurch mehrere diskrete Bauteile<br />

ersetzen und empfehlen sich<br />

als eine aus einer Hand beziehbare,<br />

leistungsfähige Lösung für<br />

Mikrowellen-Backhaul-Anwendungen.<br />

Da das Design durch<br />

den reduzierten Bauteileaufwand<br />

einfacher wird, können Hersteller<br />

jetzt schneller mit ihren<br />

Produkten auf den Markt kommen.<br />

Die deutliche Reduzierung<br />

der Leiterplattenfläche und der<br />

Leistungsaufnahme wirkt sich<br />

positiv auf die Zuverlässigkeit<br />

aus und senkt die System- und<br />

Betriebskosten. Die resultierenden<br />

Telekommunikations-<br />

Ausrüstungen sind außerdem<br />

im Feld verlässlicher, was den<br />

Mobilfunk-Betreibern die Möglichkeit<br />

gibt, ihren Endkunden<br />

qualitativ hochwertige Telefoniedienste<br />

anzubieten.Von<br />

den Produktseiten von Analog<br />

Devices können Datenblätter<br />

heruntergeladen sowie Muster<br />

HMC8100LP6J<br />

• Rx-ZF-Frequenzbereich<br />

• Rx-HF-Frequenzbereich<br />

• Rx-Leistungseinstellung<br />

• SPI-programmierbare<br />

Bandpass-Filter<br />

• SPI-gesteuertes Interface<br />

• Package<br />

und Evaluation Boards bestellt<br />

werden: http://www.analog.com/<br />

HMC8100 bzw. http:www.analog.com/HMC8200.<br />

Der Chipsatz<br />

besteht aus dem Empfängerund<br />

dem Senderchip.<br />

Der ZF-Empfängerchip<br />

HMC8100<br />

Seine Aufgabe ist es, die von der<br />

Antenne kommenden HF-Eingangssignale<br />

im Bereich von 800<br />

MHz bis 4000 MHz in ein massebezogenes,<br />

unsymmetrisches<br />

ZF-Ausgangssignal mit einer<br />

Frequenz von 140 MHz umzuwandeln.<br />

Wie aus dem funktionellen<br />

Blockdiagramm (Bild<br />

1) zu entnehmen ist, enthält der<br />

hochintegrierte Baustein u.a.:<br />

• zwei Spannungsverstärker<br />

• drei Leistungsdetektoren<br />

• einen programmierbaren<br />

AGC-Block (Automatic<br />

Gain Control) und<br />

Technische Daten des HMC8100/8200<br />

80 - 200 MHz<br />

800 bis 4000 MHz<br />

80 dB<br />

LFCSP, 40 Anschlüsse,<br />

6x6 mm<br />

Applikationen<br />

• Punkt-zu-Punkt-Kommunikation<br />

• Satelliten-Kommunikation<br />

• Drahtlose Mikrowellen-Backhaul-Systeme<br />

HMC8200LP5ME<br />

• Hohe Linearität<br />

unterstützt Modulation bis<br />

1024 QAM<br />

• Tx-ZF-Bereich<br />

200 MHz bis 700 MHz<br />

• Tx -RF-Breich<br />

800 MHz bis 4000 MHz<br />

• Leistungseinstellung<br />

• Gehäuse<br />

25 dB<br />

LFCSP, 32 Anschlüsse,<br />

5 x 5 mm<br />

Applikationen:<br />

• Punkt-zu-Punkt-Kommunikation<br />

• Satelliten-Kommunikation<br />

• drahtlose Mikrowellen-Backhaul-Systeme<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 47

---

Bauelemente<br />

Bild 1: Funktionelles Blockdiagramm des HMC8100<br />

Bild 2: Funktionelles Blockdigramm des HMC8200LP5ME<br />

• integrierte Bandpassfilter mit<br />

Bandbreiten von 14 MHz,<br />

28 MHz, 56 MHz und 112<br />

MHz. Der HMC8100 unterstützt<br />

alle gängigen Mikrowellen-Frequenzbänder<br />

von<br />

6 bis 42 GHz.<br />

Der ZF-Senderchip<br />

HMC8200<br />

Er wandelt industriestandardgemäße<br />

ZF-Eingangssignale von<br />

300 MHz bis 400 MHz in ein<br />

massebezogenes HF-Ausgangssignal<br />

zwischen 800 und 4.000<br />

MHz um. Bei ZF-Eingangsleistungen<br />

von -31 dBm bis +4<br />

dBm bietet der HMC8200 eine<br />

intern in 1-dB-Schritten bis 35<br />

dB digital einstellbare Verstärkung,<br />

während ein analoger<br />

Spannungsverstärker für eine<br />

kontinuierliche Regelung der<br />

Sende-Ausgangsleistung zwischen<br />

-20 dBm und +5 dBm<br />

sorgt.<br />

Der ZF-Sender ist in einem kompakten<br />

5 mm x 5 mm LFCSP-<br />

Gehäuse untergebracht und<br />

reduziert die Design-Komplexität<br />

traditioneller Mikrowellen-<br />

Funkgeräte.<br />

Er unterstützt komplexe Modulationsverfahren<br />

bis zu 1024<br />

QAM. Auch beim HMC8200<br />

sind drei Leistungsdetektoren in<br />

den Baustein integriert:<br />

• Der erste Detektor (LOG_IF)<br />

kann zur Überwachung der<br />

ZF-Eingangsleistung verwendet<br />

werden.<br />

• Der zweite Detektor (SLPD_<br />

OUT) ist ein „Square Law“-<br />

Leistungsdetektor, der die in<br />

den Mischer eingespeiste Leistung<br />

überwacht.<br />

• Der dritte Leistungsdetektor<br />

(LOG_RF) wird zur Kontrolle<br />

der Ausgangsleistung eingesetzt.<br />

Damit ist eine sehr feine<br />

Einstellung der Ausgangsleistung<br />

möglich.<br />

Einzelheiten zum Aufbau des<br />

Sender-Moduls sind dem funktionellen<br />

Blockdiagramm in<br />

Bild 2 zu entnehmen. ◄<br />

48 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

ar deutschland<br />

AR Deutschland GmbH | +49 6101 80270-0 | ardeinfo@arworld.us | www.ar-deutschland.com<br />

In Europe, call ar United Kingdom +44 1908 282766 | ar France +33 1479 17530 | ar Benelux +31 172 423000

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Bauelemente<br />

Kleines LTCC-Dual/Differential-Tiefpassfilter<br />

für DC bis 1000 MHz<br />

Mini-Circuits’ DLFCV-1000+<br />

ist ein duales Tiefpassfilter mit<br />

einem Durchlassbereich von<br />

DC bis 1000 MHz und hat ein<br />

keramisches Gehäuse vom Typ<br />

1210. Sein Design erlaubt es<br />

Anwendern, ein einziges Bauteil<br />

dort zu nutzen, wo zwei<br />

identische Filter erforderlich<br />

sind, was Platz auf dem Board<br />

spart. Das duale Filter lässt sich<br />

auch als differentielles Filter in<br />

unsymmetrischen Schaltungen<br />

einsetzen. Dieses Modell bietet<br />

1,2 dB Einfügedämpfung, 27<br />

dB Stopband-Unterdrückung bei<br />

steiler Flanke und verträgt bis zu<br />

8,5 W Eingangsleistung für jedes<br />

Filter. Damit lässt sich ein weiter<br />

Bereich von Anwendungen<br />

abdecken, besonders wenn es<br />

um die Minimierung von Störungen<br />

an Verstärkereingängen<br />

und ADC-Ausgängen geht.<br />

75 Ω Plug-in-Diplexer<br />

ermöglicht Austauschbarkeit<br />

im Feld für<br />

DOCSIS-3.1-Systeme<br />

Mini-Circuits’ DPLC-8510A0+<br />

ist ein 75 Ω Plug-in-Diplexer mit<br />

einem Tiefpasskanal DC...85<br />

MHz und einem Hochpasskanal<br />

102...1220 MHz. Damit werden<br />

die Bandbreitenanforderungen<br />

für DOCSIS-3.1-Systeme, wie<br />

Multiband-Funksysteme und<br />

mehr, unterstützt. Das vielseitige<br />

Plug-in-Design macht den<br />

Diplexer zur idealen Lösung<br />

für einfaches Austauschen im<br />

Feld. Der Diplexer weist eine<br />

geringe Einfügedämpfung (1,1<br />

dB Tiefpass, 1,4 dB Hochpass),<br />

in den Durchlassbereichen 24 dB<br />

Rückflussdämpfung, 50 dB Stopband-Unterdrückung,<br />

27 dBm<br />

maximale HF-Eingangsleistung<br />

und eine geringe Änderung der<br />

Gruppenlaufzeit in jedem Durchlassbereich<br />

auf. Das Miniaturgehäuse<br />

mit neun Pins und den<br />

Maßen 1,24 x 1,12 x 0,63 Inches<br />

spart Platz im System-Layout.<br />

Eine gespiegelte Version ist auf<br />

Anfrage lieferbar zwecks Vereinfachung<br />

des Routings.<br />

Breitbandiger Doppelbalance-MMIC-Nacktchip<br />

mit Level 15 für<br />

5 bis 21,5 GHz<br />

Mini-Circuits’ MDB-24H-D+<br />

ist ein breitbandiger Doppelbalance-MMIC-Mixer<br />

in Form<br />

eines Nacktchips (Dies). Er<br />

repräsentiert Level 15 und bietet<br />

einen ZF-Bereich von DC bis 5<br />

GHz sowie and LO/RF-Bereiche<br />

von 5 bis 21,5 GHz. Damit eignet<br />

er sich für eine große Anwendungspalette<br />

einschließlich<br />

Satelliten-Up/Down-Konvertern,<br />

Abwehr-Radar, VSAT und mehr.<br />

Dieses Modell zeichnet sich<br />

durch geringe Mischdämpfung<br />

(6,9 bis 10,3 dB), 44 dB L-I-Isolation,<br />

28 dB L-R-Isolation und<br />

eine gute Input/Output-Reflexionsdämpfung<br />

über den gesamten<br />

Frequenzbereich aus, ohne<br />

dass externe Anpasskomponenten<br />

erforderlich sind. Hergestellt<br />

unter Nutzung der InGaP-HBT-<br />

Technology, hat das Produkt eine<br />

gute Reproduzierbarkeit und sehr<br />

gute thermische Eigenschaften.<br />

Der Mixer Die ist lieferbar ab<br />

Lager in Gel-Verpackung (10,<br />

50 und 100 KGD) sowie auf<br />

Teilstücken oder ganzen Wafers<br />

durch autorisierte Mini-Circuits-<br />

Verkäufer.<br />

Ultraflexible N/M-zu-N/<br />

M-Testkabel für DC bis<br />

18 GHz<br />

Mini-Circuits’ ULC-1M-<br />

NMNM+ sind ultraflexible Testkabel<br />

mit geringer Dämpfung<br />

(0,5 bis 2,6 dB) und exzellenter<br />

Reflexionsdämpfung (22 bis 31<br />

dB) für einen breiten Bereich von<br />

Testapplikationen zwischen DC<br />

und 18 GHz. Diese Kabel wurden<br />

speziell entwickelt für hohe<br />

Stabilität von Phase und Amplitude<br />

bei Biegung. Der minimale<br />

Biegeradius beträgt 2 Inches (2<br />

Inches minimaler dynamischer,<br />

0,7 Inches minimaler statischer<br />

Biegeradius). Daher sind die<br />

Kabel optimal geeignet für rauhe<br />

Laborumgebungen, wo ständiges<br />

Biegen üblich ist. Die robuste,<br />

dreifach geschirmte Konstruktion<br />

vereint hohe Flexibilität mit<br />

herausragender Zuverlässigkeit,<br />

und dies bei hoher Lebensdauer<br />

(20.000 Biegezyklen). Dieses<br />

Modell ist 6 Fuß lang und hat<br />

N/M-zu-N/M-Anschlüsse aus<br />

rostfreiem Stahl. Andere Längen<br />

sind möglich.<br />

Ultrabreitbandiger<br />

Adapter mit geringen<br />

Verlusten und<br />

exzellentem SWR<br />

bis 40 GHz<br />

Mini-Circuits’ KM-KM50+ ist<br />

ein ultrabreitbandiger koaxialer<br />

2,92-mm-M-zu-2,92-mm-M-<br />

Adapter, welcher sich für eine<br />

große Palette an Applikationen<br />

von Kabelkombinationen und<br />

Mess- und Testaufbauten im<br />

Frequenzbereich von DC bis<br />

40 GHz eignet. Dieses Modell<br />

zeichnet sich durch eine sehr<br />

geringe Dämpfung von nominell<br />

0,13 dB mit flachem Verlauf über<br />

der Frequenz und ein typisches<br />

SWR von 1,04 bis 40 GHz aus.<br />

Das Bauteil misst 0,74 Inches<br />

(Länge) x 0,28 Inches (Durchmesser)<br />

und stellt eine robuste<br />

Konstruktion aus neutralem rostfreien<br />

Stahl dar. Die Anschlüsse<br />

sichern bei bis zu mindestens 500<br />

Anschlussvorgängen eine exzellente<br />

Zuverlässigkeit.<br />

Reflexionsfreies<br />

Bandpassfilter für 15,3<br />

bis 30 GHz<br />

Mini-Circuits’ neues XHF2-<br />

153+ ist ein reflexionsfreies<br />

Hochpassfilter mit einem Durchlassbereich<br />

von 15,3 bis 30 GHz<br />

bei 3 dB Abfall bei 14,2 GHz.<br />

Damit eignet es sich für eine<br />

weite Palette von Anwendungen<br />

einschließlich WiMAX, militärische<br />

Systeme, Raumfahrttechnik<br />

und mehr. Die Einfügedämpfung<br />

beträgt 1,8 dB, das<br />

SWR in Durchlassbereich und<br />

Stopband 2,1, die Stopband-<br />

Unterdrückung 13,7 dB und die<br />

maximale HF-Eingangsleistung<br />

im Durchlassbereich (Stopband)<br />

1,26 (0,16) W. Das Filter hat ein<br />

2 x 2 mm großes QFN-Gehäuse.<br />

Reflektionsfreie Filter nutzen<br />

eine neuartige Filtertopologie,<br />

welche Stopband-Signale<br />

intern dämpft, sodass sie nicht<br />

reflektiert werden. Das ermöglicht<br />

gegenüber traditionellen<br />

Filtern vorteilhaftere Schaltungslösungen.<br />

Diese reflektieren<br />

Stopband-Signale mehr<br />

oder weniger vollständig. Diese<br />

Reflexionen können zu Interferenzen<br />

und Intermodulation<br />

in benachbarten Komponenten<br />

führen. Reflexionsfreie Filter<br />

können in der Umgebung empfindlicher<br />

Bauteile vorteilhaft<br />

eingesetzt werden.<br />

■ Mini-Circuits<br />

www.minicircuits.com<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 53

---

Funkmodule<br />

WiFi- & Bluetooth-Modul ermöglicht Trennung<br />

von zeitkritischen RSDB-Diensten<br />

Dual-Band WiFi mit 2x2 MIMO<br />

802.11ac als auch Dual-Mode<br />

Bluetooth (Bluetooth/Bluetooth<br />

Low Energy) 4.2 unterstützt,<br />

ist JODY-W1 optimal für Infotainment-<br />

und Telematikanwendungen<br />

in Fahrzeugen, die hohe<br />

Datenraten und simultane Verbindungen<br />

erfordern. Beispiele<br />

sind Hotspots in Fahrzeugen,<br />

WiFi-Bildschirme (z.B. Apple<br />

CarPlay) oder Video-Streaming<br />

auf mehreren Clients.<br />

RSDB ermöglicht eine Trennung<br />

zwischen zeitkritischen<br />

WiFi-Modul mit Access-Point- und<br />

Infrastructure-Mode<br />

Das neue Modul JODY-W1<br />

von u-blox ist eine interessante<br />

Lösung für Infotainmentund<br />

Telematik-Anwendungen.<br />

Das hostbasierten Automotive<br />

Grade-Modul ermöglicht RSDB-<br />

Betrieb (Real Simultaneous<br />

Dual-Band) für schnellere simultane<br />

WiFi-Konnektivität im 2,4-<br />

und 5-GHz-Band. Da es sowohl<br />

HY-Line Communication<br />

erweiterte sein Portfolio mit<br />

dem Panasonic PAN9320.<br />

Das für 2,4-GHz vorgesehene<br />

802.11 b/g/n Stand-alone-<br />

WiFi-Modul mit MCU und<br />

Radio SoC kann in verschiedene<br />

Applikationen integriert<br />

werden. Die geringen Abmessungen<br />

(29 x 13,5 x 2,66 mm)<br />

erleichtern die Integration.<br />

Alle Protokolle sind bereits<br />

onboard und werden in der<br />

MCU des Moduls gesteuert.<br />

Das WiFi-Modul verfügt<br />

über Software Interfaces, wie<br />

Telnet, http, Ajax und Jason.<br />

Daten können im Transparent-Mode<br />

ungefiltert und<br />

modifiziert via UART Interface<br />

ausgegeben werden. Der<br />

interne Speicher lässt sich für<br />

individuelle Webinhalte, wie<br />

HTML-Seiten oder Imagedaten,<br />

nutzen.<br />

Die gleichzeitige Nutzung von<br />

AP- und Infrastructure-Mode<br />

ermöglicht eine Vielzahl von<br />

Anwendungsszenarien. Die<br />

Sicherheitsprotokolle TLS/<br />

SSL, https und WiFi Security<br />

(WPA2) entsprechen dem<br />

Stand der Technik und garantieren<br />

einen sicheren Datentransfer.<br />

Weitere Informationen<br />

gibt es unter www.hyline.de/pan/PAN9320/.<br />

■ HY-Line Communication<br />

Products<br />

www.hy-line.de<br />

54 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Funkmodule<br />

Bluetooth-SiP-Module ermöglichen Miniaturisierung im IoT<br />

Die neue Modulserie BGM12x<br />

Blue Gecko von Silicon Labs<br />

bietet Lösungen für künftige<br />

Herausforderung im IoT<br />

Design. Kleine und leistungsstarke<br />

Komponenten sind<br />

zwingend erforderlich für die<br />

Ansprüche des IoT. Gerade<br />

bei Wearables, Ambient-live-<br />

Produkte, Funksensorknoten<br />

und Smartwatches gilt das<br />

Prinzip der Miniaturisierung,<br />

und genau da setzt die neue<br />

Modulserie an.<br />

Die System-in-Package-<br />

Module (SiP) verfügen über<br />

eine integrierte Chip-Antenne<br />

mit einer außergewöhnlichen<br />

HF-Leistung (70% Effektivität)<br />

und bieten damit eine<br />

komplette, kostengünstige<br />

Connectivity-Lösung auf kleinstem<br />

Platz. Gerade einmal 6,5<br />

x 6,5 mm misst das Gehäuse,<br />

und der PCB-Fußabdruck einschließlich<br />

des Antennenspielraums<br />

kann auf 51 mm² minimiert<br />

werden – das schafft<br />

Raum für künftige IoT-Designs.<br />

Die hohe SiP-Integration des<br />

Moduls vereinfacht die Entwicklung<br />

des Funksystems,<br />

die Protokollentscheidung<br />

und das Antennendesign. Der<br />

ARM-Cortex-M4-Prozessor,<br />

eine High-Output-Bluetooth-<br />

Endstufe, die hocheffiziente<br />

Onboard-Antenne in Kombination<br />

mit dem zuverlässigen,<br />

sicheren Bluetooth 4.2<br />

Stack und die bewährten Entwicklungswerkzeuge<br />

stehen<br />

den Entwicklern zur Verfügung.<br />

Das BGM12x ist bereits<br />

vorzertifiziert, minimiert die<br />

Entwicklungskosten und ermöglicht<br />

eine schnelle Markteinführung<br />

mit globalen RF-<br />

Zertifizierungen.<br />

■ m2m Germany GmbH<br />

www.m2mgermany.de<br />

Diensten, die höhere Datenraten<br />

erfordern, und weniger zeitkritischen<br />

Diensten. Bei einer Infotainment-Anwendung<br />

könnte<br />

somit der WiFi-Bildschirm unabhängig<br />

im 5-GHz-Band und der<br />

WiFi Hotspot im 2,4-GHz-Band<br />

betrieben werden. Das verbessert<br />

die Stabilität und Datenraten je<br />

Band im Vergleich zu Chipsätzen,<br />

die TDM (Time Division<br />

Multiplex) zur Unterstützung<br />

von Dual-Band verwenden.<br />

„Dank der Unterstützung von<br />

RSDB bietet JODY-W1 marktführende<br />

Leistung, wenn es<br />

als Access Point, Station oder<br />

im P2P-Modus in unterschiedlichen<br />

Frequenzbändern parallel<br />

betrieben wird. Kombiniert<br />

mit ausgezeichneter gleichzeitiger<br />

Bereitstellung von Bluetooth<br />

und WiFi, ist das Modul<br />

fast immer die beste Wahl für<br />

Anwendungen mit simultaner<br />

Nutzung“, sagt Kilian Frank,<br />

Product Strategy, Short Range<br />

Radio Product Center bei ublox.<br />

Mit den Abmessungen 19,8 x<br />

13,8 mm ist JODY-W1 eines der<br />

kleinsten Module dieser Bauart<br />

auf dem Markt. Es ist optional<br />

mit einem integrierten LTE-Filter<br />

für Anwendungen erhältlich,<br />

die Co-Lokation von LTE- und<br />

WiFi-Antennen erfordern. Das<br />

Modul erfüllt die höchsten Qualitätsanforderungen<br />

für den Einsatz<br />

in Fahrzeugen. Es enthält<br />

den AEC-Q100-konformen Chip<br />

BCM89359 und wird gemäß<br />

ISO/TS16949 hergestellt. Die<br />

Qualitätsstufe für den Automobilbereich<br />

umfasst unter<br />

Anderem PPAP, 8D-Report und<br />

komplette Rückverfolgbarkeit<br />

der Komponenten. Vollständig<br />

geprüfte Mustermengen werden<br />

im zweiten Quartal <strong>2017</strong><br />

erhältlich sein.<br />

Über u-blox<br />

u blox (SIX:UBXN) ist Anbieter<br />

von Modulen und Chips für<br />

drahtlose Kommunikation und<br />

Positionierung für die Automobil-,<br />

Industriegüter- und<br />

Konsumgüterindustrie. u bloxs<br />

Lösungen ermöglichen Menschen,<br />

Fahrzeugen und Maschinen,<br />

ihre exakte Position zu<br />

lokalisieren und drahtlos in<br />

Mobilfunknetzen und über Kurzstrecken<br />

zu kommunizieren.<br />

Der Hauptsitz von u blox liegt in<br />

Thalwil, Schweiz. Durch Zweigniederlassungen<br />

in Europa,<br />

Asien und den USA ist u blox<br />

auch global präsent.<br />

■ u-blox<br />

www.u-blox.com<br />

NETWORK ANALYZER KC901V<br />

EIN PREISWERTER NETWORK ANALYZER FÜR DEN FUNKAMATEUR<br />

Messverfahren: Vektoriell<br />

Bandbreiten: 1, 3, 10, 30 kHz<br />

Frequenzbereich:<br />

9 kHz ... 6,8 GHz (S21)<br />

9 kHz ... 6,8 GHz (S11)<br />

Eingangsempfindlichkeit:<br />

9 kHz – 5 GHz: -101 dBm (2µV)<br />

Dynamikumfang bei Messung S21:<br />

1 MHz – 500 Mhz: 80 dB<br />

1 GHz – 2 GHz: 70 dB<br />

2 GHz – 3 GHz: 60 dB<br />

3 GHz – 6,5 GHz: 50 dB<br />

Messarten: S11, S21, Spectrumanalyzer, Feldstärke<br />

Externe Speicher: Speicherkarte 2 GB Micro SD Card<br />

FERTIGGERÄT<br />

2399,- <br />

(inkl. 19% MwSt)<br />

Der KC901V wird mit LiIo-Akkus betrieben. Lieferumfang: Ladegerät, Akkus, Trageriemen und Anleitung.<br />

Eine ausführliche Bedienungsanleitung mit Messbeispielen in Deutsch wird beigelegt. Alle angegebenen<br />

Daten dienen der Orientierung und sind nicht als zugesicherte Eigenschaften anzusehen.<br />

Eisch-Kafka Electronic GmbH • Abt-Ulrich-Straße 16 • 89079 Ulm • Tel 07305-23208 • Fax 07305-23306 • info@eisch-electronic.com<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 55

---

HF-Technik<br />

Verstärkerfamilie verzeichnet Zuwachs<br />

EN 61000-4-3. Auch für den<br />

Ersatz von in die Jahre gekommenen<br />

Verstärkern stellt die SU-<br />

Serie selbst für Röhrenverstärker<br />

mit hohen Ausgangsleistungen<br />

eine äußerst kosteneffektive<br />

Lösung dar.<br />

Klasse-A-Halbleitertechnologie<br />

garantiert hier maximale Ausgangsleistungen<br />

bei gleichzeitig<br />

hoher Oberwellen-Unterdrückung<br />

(-20 dBc @ P1dB) und<br />

maximalen Fehlanpassungen<br />

ohne eine Reduktion der Leistung<br />

(leerlauf- und kurzschlussfest).<br />

Die Kennwerte der SU-<br />

Verstärkerserie im Überblick:<br />

• Frequenzbereich: 1...2,5 GHz,<br />

auf Wunsch bis 2,7 GHz<br />

erweiterbar<br />

• Ausgangsleistung: 50, 90, 175,<br />

300, 600 und 1200 W<br />

• luftgekühlt, 19-Zoll-Format<br />

optional<br />

• moderne Fernsteuer-Schnittstellen<br />

& Front-Display<br />

• integrierter Doppel-Richtkoppler<br />

(auch extern)<br />

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verfügbar ist die SU-Verstärkerserie<br />

von PRÂNA. Mit<br />

einem Frequenzbereich von 1 bis<br />

2,5 GHz und Leistungsklassen<br />

von 50, 90, 175, 300, 600 und<br />

1200 W bietet die SU-Verstärkerserie<br />

in Kombination mit der<br />

UX-Modellserie eine optimale<br />

Ergänzung für die aktuell stark<br />

nachgefragten Verstärkerlösungen<br />

bis 6 GHz gemäß IEC/<br />

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Mit dem LT200 hat die SSB-<br />

Electronic GmbH einen neuen<br />

hochlinearen Transverter auf<br />

den Markt gebracht, der in<br />

Anlehnung an den ZST200<br />

über zusätzliche Low-Power-<br />

28...30-MHz-ZF-Eingänge<br />

verfügt. Der Anschluss an<br />

Transceiver namhafter Hersteller<br />

ist so per SMA-Verbinder<br />

möglich. Eine geringe<br />

Durchgangsverstärkung und<br />

eine hohe Großsignalfestigkeit<br />

zeichnen das Gerät aus.<br />

Der Ausgangsverstärker des<br />

LT200 bietet eine von der<br />

Frontplatte aus einstellbare<br />

Leistung bis zu 25 W bei einer<br />

sehr geringen Intermodulation<br />

des Sendesignals.<br />

Weitere Kenndaten:<br />

• HF: 144…146 MHz<br />

• RX-Verstärkung: 16 dB<br />

• RX-Eingangs IP: 14 dBm<br />

• RX- Ausgangs IP: 30 dBm<br />

• ZF-TX-Eingangspegel: -10<br />

bis +20 dBm (0,1...100 mW)<br />

• IMA3: 40 dBc @ 20W PEP<br />

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56 hf-praxis 4/<strong>2017</strong><br />

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Elektromechanik<br />

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und hohe Reichweite in rauer Umgebung<br />

von RF Immunity in Zusammenarbeit mit<br />

der Firma Opsys Technologies, ins Lieferprogramm<br />

genommen. Das System basiert<br />

auf der robusten 38999-Rundsteckverbinder-Serie,<br />

die kompakte Wandlerelektronik<br />

ist im Gehäuse integriert.<br />

Stetig steigende Datenmengen und der<br />

daraus resultierende Wunsch nach höherer<br />

Geschwindigkeit bei der Informationsübertragung,<br />

sowohl im zivilen als auch militärischen<br />

Bereich, stellen auch Hersteller<br />

von Kabeln vor neue Herausforderungen.<br />

Bei Electrade hat man daher das elektrooptische<br />

Wandlerkabel Acon, entwickelt<br />

Flexibel auf die Anforderungen des Kunden<br />

angepasst, können analoge und digitale<br />

Signale bei Datenraten bis 1 Gbit/s und<br />

Frequenzen bis 3 GHz übertragen werden.<br />

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hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 57

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Design<br />

Schleifenkompensation bei Schaltnetzteilen:<br />

Modellierung und Design, Teil 3<br />

Zum Besseren Verständniss wiederholen wir hier noch einmal Bild 16:<br />

Das Blockdiagramm des Strom-Mode-Wandlers mit innerer Stromschleife und äußere<br />

Spannungsrückkopplungsschleife<br />

Teil 3 dieses Artikels<br />

beschäftigt sich mit der<br />

Auswahl der gewünschten<br />

Spannungsschleifen-<br />

Crossover-Frequenz f C , dem<br />

Design eines Rückkopplungs-<br />

Teilernetzwerks K ref (s) mit R 1 ,<br />

R 2 , C 1 und C 2 sowie eines Typ-<br />

II-Kompensationsnetzwerks<br />

des Spannungsschleifen-ITH-<br />

Fehlerverstärkers.<br />

Henry J. Zhang<br />

Applications Engineering Manager<br />

Power Products<br />

Linear Technology Corp.<br />

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Auswahl der gewünschten<br />

Spannungsschleifen-<br />

Crossover-Frequenz f C<br />

Größere Bandbreiten führen zu schnellerem<br />

Ansprechen auf Transienten. Erhöht<br />

man jedoch die Bandbreite, reduziert man<br />

den Phasenspielraum und macht die Steuerschleife<br />

empfindlicher gegen Schaltrauschen.<br />

Ein optimales Design zeigt einen<br />

Kompromiss zwischen Bandbreite (Transientenverhalten)<br />

und Stabilitätsmarge.<br />

Tatsache ist, dass CMC durch den Samplingeffekt<br />

des Stromsignals bei ½ • f SW [3]<br />

ein Paar von Doppelpolen beinhaltet. Diese<br />

Doppelpole führen zu einer unerwünschten<br />

Phasenverzögerung bei ½ • f SW . Generell<br />

muss man zum Erlangen einer zufriedenstellenden<br />

Phasenmarge und einer guten<br />

Dämpfung des Rauschens auf den Leiterbahnen<br />

die Crossover-Frequenz so wählen,<br />

dass sie geringer ist als 1/10…1/6 der Phasenschaltfrequenz<br />

f SW .<br />

Bild 22: Bode-Diagramm der<br />

Übertragungsfunktion der<br />

Widerstandsteiler-Verstärkung K REF (s)<br />

(8)<br />

Design eines Rückkopplungs-<br />

Teilernetzwerks K ref (s) mit R 1 ,<br />

R 2 , C 1 und C 2<br />

In Bild 16 ist die DC-Verstärkung K REF (s)<br />

das Verhältnis zwischen der internen Referenzspannung<br />

V REF und der gewünschten<br />

DC-Ausgangsspannung V O . Die gewünschte<br />

DC-Ausgangsspannung wird mit den Widerständen<br />

R 1 und R 2 eingestellt.<br />

mit<br />

(9)<br />

(10)<br />

Ein optionaler Kondensator C 2 kann zur<br />

Verbesserung des Dynamikverhaltens der<br />

58 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Design<br />

die Übertragungsfunktion des Widerstandsteilers<br />

K REF (s) mit C 1 und C 2 jeweils eine<br />

Null- und eine Polstelle hat. Bild 22 zeigt<br />

das Bode-Diagramm von K REF (s). Nimmt<br />

man f z_ref < f p_ref C 1 und C 2 zusammen mit<br />

R 1 und R 2 erhält man einen Phasenanstieg<br />

in einem Frequenzband nach Gleichung 14<br />

um f CENTER herum. Ist f CENTER so platziert, dass<br />

sie bei der angestrebten Crossover-Frequenz<br />

f C liegt, ergibt sich bei K REF (s) ein Phasenanstieg<br />

in der Spannungsschleife und eine<br />

Erhöhung der Phasenmarge. Auf der anderen<br />

Seite zeigt Bild 22 auch, dass C 1 und<br />

C 2 bei hohen Frequenzen die Teilerverstärkung<br />

erhöhen. Das ist nicht erwünscht, da<br />

eine Erhöhung der Verstärkung die Regelschleife<br />

empfindlicher auf Rauschen macht.<br />

Nach Gleichung 15 ergibt sich der Anstieg<br />

der Hochfrequenz durch C 1 und C 2 .<br />

Bild 23: Schritt 1: Einfaches Kondensator-Kompensationsnetzwerk A(s) samt Bode-<br />

Diagramm<br />

wobei gilt:<br />

(11)<br />

und<br />

(12)<br />

(13)<br />

(14)<br />

(15)<br />

Bild 24: Ein-Pol Kompensationsverstärkung A(s) g m mit Verstärkerausgangs-Impedanz R O<br />

Rückkopplungsschleife hinzugefügt werden.<br />

Konzeptionell liefert C 2 bei hohen Frequenzen<br />

einen niedrigimpedanten Vorwärtspfad<br />

für das Ausgangsspannungs-AC-Signal und<br />

beschleunigt so das Ansprechen auf Transienten.<br />

C 2 kann aber zu unerwünschtem<br />

Schaltrauschen in der Steuerschleife beitragen,<br />

deshalb wird ein optionaler Filterkondensator<br />

C 1 zur Dämpfung des Schaltrauschens<br />

erforderlich. Gleichung 11 zeigt, dass<br />

Für gegebene C1 und C2 kann der Phasenanstieg<br />

des Teilernetzwerks nach Gleichung<br />

16 berechnet werden. Nach Gleichung 17<br />

ergibt sich bei gegebener Ausgangsspannung<br />

der maximale Phasenanstieg, wenn<br />

C2 >> C1. Der maximale Phasenanstieg<br />

wird durch das Teilerverhältnis K REF = V REF /<br />

V O bestimmt. Da V REF bei einem vorgegebenen<br />

Controller fix ist, kann mit höherer<br />

Ausgangsspannung V O ein größerer Phasenanstieg<br />

erzielt werden.<br />

(16)<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 59

---

Design<br />

Deshalb ist zur Minimierung des DC-Regelfehlers<br />

eine große DC-Verstärkung von A(s)<br />

erforderlich. Zur Maximierung der DC-Verstärkung<br />

von A(s) muss zur Bildung eines<br />

Integrators zuerst ein Kondensator C th am<br />

ITH-Pin des Verstärkerausgangs platziert<br />

werden. Dann ist die Übertragungsverstärkung<br />

A(s):<br />

Bild 25: Schritt 2: Hinzufügen der RTH Nullstelle zur Boostphase – Kompensation A(s)<br />

mit einer Polstelle und eine Nullstelle<br />

(17)<br />

Mit der Auswahl von K REF, C 1 und C 2<br />

ergibt sich ein Kompromiss zwischen dem<br />

gewünschten Phasenanstieg und dem unerwünschten<br />

Anstieg der Verstärkung bei<br />

hohen Frequenzen. Für die Optimierung<br />

der Werte muss die Gesamtschleifenverstärkung<br />

später geprüft werden.<br />

Blockdiagramm in Bild 21, kann der Regelfehler<br />

der Spannungsschleife wie folgt quantifiziert<br />

werden:<br />

(19)<br />

(20)<br />

Bild 23 zeigt die Schaltung von A(s) samt<br />

Bode-Diagramm. Der Kondensator C th<br />

erzeugt den Integrationsterm in A(s) mit<br />

einer unendlich großen DC-Verstärkung.<br />

Leider wird zu den -180 Grad der negativen<br />

Rückkopplung bestehenden Phase durch<br />

C th eine zusätzliche –90-Grad Phasenverzögerung<br />

hinzugefügt. Zusammen mit den<br />

–90 Grad der Systemleistungsstufe 1.Ordnung<br />

G CV (s) ist die Phase der gesamten Spannungsschleifen<br />

bei der Crossover- Frequenz<br />

f C nahe –360 Grad, und die Schleife ist kurz<br />

davor instabil zu werden.<br />

In Realität ist die Ausgangsimpedanz der<br />

Stromquelle g m Verstärkers nicht unendlich.<br />

In Bild 24 ist R O die interne Ausgangsresistanz<br />

am gm-ITH-Pin des Verstärkers. Bei<br />

den Controllern von Linear Technology ist<br />

R O gewöhnlich groß im Bereich 500 kΩ<br />

– 1 MΩ. Deshalb folgt die Übertragungsfunktion<br />

A(s) mit dem Kondensator C th der<br />

Gleichung 21. Wie in Bild 24 gezeigt, hat<br />

A(s) weiter –90 Grad Phasenverzögerung<br />

bei der erwarteten Crossoverfrequenz f C_exp .<br />

Design eines Typ-II-<br />

Kompensationsnetzwerks<br />

des Spannungsschleifen-ITH-<br />

Fehlerverstärkers<br />

Die ITH-Kompensation A(s) ist der kritischste<br />

Teil der Schleifenkompensation,<br />

da sie die DC-Verstärkung, die Crossover-<br />

Frequenz (Bandbreite) und die Phasen/<br />

Verstärkungsmarge der Spannungsschleife<br />

bestimmt. Für einen g m -Transconductance-<br />

Typ-Verstärker mit Stromquellenausgang<br />

wird die Übertragungsfunktion A(s) nach<br />

Gleichung 18 bestimmt:<br />

(18)<br />

mit g m als die Verstärkung des Transconductance-Fehlerverstärkers.<br />

Z ith (s) ist dabei<br />

die Impedanz des Kompensationsnetzwerks<br />

am Verstärker Ausgangspin ITH. Nach dem<br />

Bild 26: Schritt 3: Hinzufügen<br />

eines Hochfrequenz-<br />

Entkopplungskondensators C thp –<br />

Kompensation A(S) mit zwei Polstellen<br />

und einer Nullstelle<br />

60 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Design<br />

(21)<br />

mit<br />

(22)<br />

Um die Phase bei f C zu erhöhen, wird ein<br />

Widerstand R th in Serie zu C th geschaltet,<br />

um eine Nullstelle zu erzeugen, wie<br />

es Gleichung 23 und Bild 25 zeigen. Die<br />

Nullstelle bestimmt eine Phasenverzögerung<br />

von +90 Grad. Und wie in Bild 25<br />

gezeigt, kann, wenn die Nullstelle s thz unter<br />

der Crossover-Frequenz f C liegt, die A(s)’s<br />

Phase bei f C stark ansteigen. Als Ergebnis<br />

daraus wird die Phasenmarge der Spannungsschleife<br />

erhöht.<br />

(23)<br />

Bild 27: Konzeptioneller Plot der Übertragungsfunktion eines Typ II<br />

Kompensationsnetzwerks<br />

Bild 28: Einfluss von C th auf<br />

Übertragungsfunktion und<br />

Lasttransienten<br />

mit<br />

(24)<br />

Als Kehrseite ergibt sich - durch das Hinzufügen<br />

der Nullstelle s thz -, dass die Verstärkung<br />

von A(s) bei hohen Frequenzen über<br />

f c stark ansteigt. Das Schaltrauschen gelangt<br />

möglicherweise mit geringerer Unterdrückung<br />

bei der Schaltfrequenz in die Regelschleife.<br />

Um den Verstärkungsanstieg zu<br />

kompensieren und ebenso das Rauschen der<br />

Leiterplatte, ist es notwendig, einen weiteren<br />

kleinen Keramikkondensator C thp zwischen<br />

dem ITH-Pin und der IC Signalmasse hinzuzufügen,<br />

wie in Bild 26 gezeigt. Typisch<br />

ist C thp

---

Design<br />

Bild 29: Einfluss von R th auf Übertragungsfunktion und<br />

Lasttransienten<br />

Bild 30: Einfluss von C thp auf Übertragungsfunktion und<br />

Lasttransienten<br />

(25)<br />

mit<br />

(26)<br />

Da die Current Mode Leistungsstufe ein einpoliges<br />

System darstellt, ist das Kompensationsnetzwerk<br />

mit den zwei Polstellen und<br />

der einen Nullstelle (Bild 26) generell ausreichend<br />

für die erforderliche Phasenmarge.<br />

Dieses Kompensationnetzwerk am ITH-Pin<br />

des Verstärkers ist ein so genanntes Type-<br />

II-Kompensationsnetzwerk. Zusammenfassend<br />

kann man sagen, dass die in Bild 27<br />

gezeigte Übertragungsfunktion mit der Nullstelle<br />

bei f z1 und den zwei Polstellen bei f po<br />

und f p2 bestimmt wird von den zwei Kondensatoren<br />

C th und C thp sowie dem Widerstand<br />

R TH und dem Ausgangswiderstand des<br />

Verstärkers R O .<br />

Kompensation der<br />

R/C-Werte vs. Lastsprung-<br />

Transientverhalten<br />

Das vorangegangene Kapitel beschrieb das<br />

Frequenzverhalten des Typ-II-Kompensationsnetzwerks.<br />

In einem closed-loop-<br />

Design ist ein wesentlicher Parameter das<br />

Unterschwingen (oder Überschwingen) der<br />

Ausgangsspannung während Lastanstieg<br />

(oder Lastabfall). Dieser Parameter wird<br />

vom Design der Schleifenkompensation<br />

direkt beeinflusst.<br />

1) Einfluss von C th auf Lasttransienten<br />

C th beeinflusst die Lage der Niederfrequenz-<br />

Polstelle f po und der Nullstelle f z1 . Wie in<br />

Bild 28 gezeigt, erhöht ein kleinerer C th die<br />

Verstärkung der Transferfunktion A(s) im<br />

unteren bis mittleren Frequenzbereich. Daraus<br />

ergibt sich eine Reduzierung der Einschwingzeit<br />

auf Lasttransienten ohne großen<br />

Einfluss auf die Amplitude des Unterschwingens<br />

von V OUT (oder Überschwingens). Auf<br />

der anderen Seite bedeutet ein kleinerer C th<br />

eine höhere f z1 Frequenz. Das kann den Phasenanstieg<br />

bei f z1 bei der angezielten Crossover-Frequenz<br />

f C verringern.<br />

2) Einfluss von R TH auf Lasttransienten<br />

R th beeinflusst die Lage der Polstelle f p2 und<br />

der Nullstelle f z1 (Bild 29). Wichtig dabei<br />

ist, dass ein großer R th die Verstärkung A(s)<br />

zwischen f z1 und f p2 erhöht. Daraus ergibt<br />

sich, dass ein großer R th die Bandbreite f c<br />

direkt erhöht und das Unter/Überschwingen<br />

von V OUT bei Lasttransienten reduziert. Ist<br />

R th jedoch zu groß, wird die Bandbreite f c<br />

zu breit auf Kosten der Phasenmarge.<br />

3) Einfluss von C thp auf Lasttransienten.<br />

C thp beeinflusst die Lage der Polstelle fp 2<br />

(Bild 30). C thp dient als Entkopplungskondensator<br />

zur Reduzierung des Schaltrauschens<br />

am ITH-Pin, um den Schaltjitter zu<br />

minimieren. Ist die Bandbreite f C > f p2 , hat<br />

C thp keinen großen Einfluss auf das Lasttransientenverhalten.<br />

Ist C thp zu groß, so das f p2<br />

nahe f C , liegt, können Bandbreite und Phasenmarge<br />

auf Kosten größeren Unter/Überschwingens<br />

reduziert werden.<br />

62 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Design<br />

Bild 31: LTpowerCAD Design Tool vereinfacht Schleifenkompensation Design und optimiert Transientenverhalten<br />

Design einer Current-<br />

Mode-Versorgung mit dem<br />

LTpowerCAD Design Tool<br />

Mit dem LTpowerCAD Design Tool können<br />

Anwender die Schleifenkompensation<br />

und das Lastverhalten der Current Mode<br />

Controller von Linear Technology auf einfache<br />

Weise bestimmen und optimieren.<br />

Zuerst wird die Leistungsstufe entwickelt<br />

mit dem Stromfühlernetzwerk, das dem IC<br />

ein brauchbares AC-Fühlersignal zuführt.<br />

Dann geht es zum Design der Schleife<br />

(Bild 31). Sie erfolgt durch Bestimmung<br />

der Schleifenkompensations-R/C-Werte<br />

mittels Schieberegler bei gleichzeitiger<br />

Beobachtung der Werte für die Gesamtschleifenbandbreite,<br />

der Phasenmarge und<br />

des zugehörigen Lasttransientenverhaltens.<br />

Bei einem Buck-Wandler wird gewöhnlich<br />

eine Bandbreite unter 1/6 f SW benötigt, um<br />

eine Phasenmarge von mindestens 45 Grad<br />

(oder 60 Grad) zu erzielen und eine Dämpfung<br />

der gesamten Schleifenverstärkung<br />

bei ½ f SW von mindesten 8 dB. Bei einem<br />

Boost-Wandler muss wegen der right-halfplane<br />

zero (R HPZ ), die Bandbreite unter<br />

1/10 der worst case R HPZ Frequenz liegen.<br />

Die Designfiles des LTpowerCAD Tools<br />

können zur Echtzeitsimulation in LTspice<br />

exportiert werden, um die Dynamik der<br />

Stromversorgung zu prüfen bezüglich Lasttransienten,<br />

Ein/Ausschaltverhalten, Überstromschutz<br />

usw.<br />

Messen der Verstärkung der<br />

Versorgungsschleife<br />

Die Tools LTpowerCAD und LTspice können<br />

abschließende Schleifenverstärkungsmessungen<br />

an der fertigen Stromversorgung<br />

im Labor nicht ersetzen. Diese Messungen<br />

sind immer vor Beginn der Produktion notwendig.<br />

Wenn auch die Modelle der Stromversorgungen<br />

theoretisch korrekt sind, können<br />

sie Schaltungsparasitäten und Nichtlinearitäten<br />

der Komponenten wie ESR<br />

Variationen des Ausgangskondensators<br />

oder Nichtlinearitäten des Induktors und des<br />

Kondensators usw. nicht voll berücksichtigen.<br />

Außerdem können Rauschen auf der<br />

Leiterplatte und begrenzte Messgenauig keit<br />

zu Messfehlern führen. Das ist der Grund,<br />

dass sich das theoretische Modell und die<br />

Messung stark unterscheiden. Ist dies der<br />

Fall, kann ein Lasttransiententest zur weiteren<br />

Bestätigung der Schleifenstabilität<br />

weiterhelfen.<br />

Bild 32 zeigt die typische Messung der<br />

Schleifenverstärkung einer nichtisolierten<br />

Stromversorgung unter Verwendung<br />

eines Frequenzanalysators. Zur Messung<br />

der Schleifenverstärkung wird ein 50 Ω<br />

bis 100 Ω Widerstand in die Spannungsrückkopplungsschleife<br />

eingefügt und dem<br />

Widerstand wird ein isoliertes 50 mV AC -<br />

Signal zugeführt. Kanal 2 wird mit der<br />

Ausgangsspannung verbunden und Kanal 1<br />

mit der anderen Seite des Widerstands. Die<br />

Schleifenverstärkung wird am Frequenzanalysator<br />

aus den Werten von Kanal 2/Kanal<br />

1 berechnet. Bild 33 zeigt das gemessene<br />

und das mit LTpowerCAD berechnete Bode-<br />

Diagramm der Schleife einer typischen<br />

Stromversorgung mit dem LTC3851A Current<br />

Mode Wandler. Im kritischen Bereich<br />

von 1 kHz bis 100 kHz sieht man eine gute<br />

Übereinstimmung.<br />

Weitere Faktoren für Instabilität sind<br />

Betriebsbedingungen:<br />

Erscheint der Schaltverlauf oder die Ausgangsspannung<br />

am Oszilloskop instabil<br />

oder mit Jitter, ist als erstes sicher zu stellen,<br />

dass die Versorgung ohne Last und ohne<br />

Spannungstransienten am Eingang im eingeschwungenen<br />

Betrieb ist. Bei Applikationen<br />

mit kleinem oder sehr großen Duty<br />

Cycle und im Pulse-Skipping Betrieb ist<br />

zu prüfen, ob die minimale On-time oder<br />

Off-time Begrenzung erreicht ist. Für Versorgungen,<br />

die ein externes Synchronisationssignal<br />

benötigen, ist sicher zu stellen,<br />

dass das Signal sauber ist und im linearen<br />

Bereich entsprechend dem Datenblatt.<br />

Manchmal ist es notwendig das (PLL) Filternetzwerk<br />

nach zu justieren.<br />

Stromfühlersignal und<br />

Rauschen:<br />

Zur Minimierung der Verluste im Stromfühlerwiderstand<br />

ist in einer Current-Mode-Versorgung<br />

die maximale Stromfühlerspannung<br />

typischerweise sehr gering. Z.B. hat der<br />

LTC3851A eine maximale Fühlerspannung<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 63

---

Design<br />

Bild 32: Testaufbau zur Messung der Schleifenverstärkung einer Stromversorgung<br />

von 50 mV. Rauschen aus einem PC kann die<br />

Stromfühlerschleife stören und zu instabilem<br />

Schaltverhalten führen. Ob wirklich ein<br />

Schleifenkompensationsproblem vorliegt,<br />

kann man herausfinden, indem man einen<br />

großen 0,1-µF-Kondensator vom ITH-Pin<br />

auf IC-Masse legt. Ist die Versorgung mit<br />

diesem Kondensator weiter instabil, ist im<br />

nächsten Schritt das Design zu überprüfen.<br />

Generell sollte das Induktor- und Stromfühlernetzwerk<br />

so ausgelegt sein, dass ein<br />

AC-Induktorstromsignal von mindestens<br />

10 mV ss bis 15 mV ss am Stromfühler-Pin<br />

des ICs liegt. Darüber hinaus kann man die<br />

Stromfühlerleiterbahnen durch ein verdrilltes<br />

Leitungspaar ersetzen, um zu prüfen, ob<br />

das Problem beseitigt ist.<br />

Bei der Auslegung des Leiterplattenlayouts<br />

sind einige wesentliche Punkte zu beachten.<br />

Generell ist Kelvinmessung anzuwenden<br />

mit einem Paar eng liegender Stromfühlerleiterbahnen<br />

zu den SENSE+ und SENSE–<br />

Pins. Wird im SENSE–Netz eine Durchkontaktierung<br />

verwendet, ist sicherzustellen,<br />

dass diese nicht die V OUT -Lage kontaktiert.<br />

Der Filterkondensator über SENSE+ und<br />

SENSE– muss so nahe wie möglich an den<br />

Pins des ICs platziert werden, mit direktem<br />

Anschluss an die Leiterbahnen. Manchmal<br />

wird ein Filterwiderstand erforderlich, der<br />

ebenfalls sehr nahe am IC platziert werden<br />

muss.<br />

Platzierung und Layout der<br />

Steuerkomponenten:<br />

Die Platzierung und das Layout der Steuerkomponenten<br />

um das Steuer-IC herum ist<br />

kritisch [6]. Alle Keramik-Entkopplungskondensatoren<br />

müssen, wenn möglich, nahe<br />

den Pins platziert werden. Das ist besonders<br />

wichtig für den Kondensator C thp am ITH-Pin<br />

und den an der IC Signalmasse. Beim Steuer<br />

IC sollte die Signalmassefläche (S GND ) von<br />

der Stromversorgungsmasse (P GND ) getrennt<br />

sein. Die Schaltknoten wie SW, BOOST,<br />

TG und BG sollten von den empfindlichen<br />

Kleinsignalknoten wie Stromfühler, Rückkopplung<br />

und den ITH Kompensationsbahnen<br />

ferngehalten werden.<br />

Zusammenfassung<br />

Bei Schaltnetzteilen ist das Design der<br />

Schleifenkompensation eine große Herausforderung.<br />

Bei Applikationen, bei denen<br />

schnelles Ansprechen auf schnelle Transienten<br />

gefordert wird, ist es wichtig, eine<br />

Versorgung mit großer Bandbreite und<br />

zufriedenstellendem Stabilitätsspielraum<br />

zu entwickeln. Das ist sehr zeitaufwändig.<br />

Dieser Artikel erklärt das Schlüsselkonzept<br />

für das Verständnis des Systemingenieurs,<br />

dieser Herausforderung zu begegnen. Das<br />

LTpowerCAD Design Tool hilft dabei auf<br />

einfache Weise das Schleifendesign zu vereinfachen<br />

und zu optimieren.<br />

Referenzen<br />

[1] J. Seago, “Opti-Loop Architecture<br />

Reduces Output Capacitance and Improves<br />

Transient Response,” Application Note 76,<br />

Linear Technology Corp., May 1999.<br />

[2] V. Vorperian, “Simplified Analysis of<br />

PWM Converters Using the Model of the<br />

PWM Switch: Parts I and II,” IEEE Transactions<br />

on Aerospace and Electronic Systems,<br />

Mar. 1990, Vol. 26, No.2.<br />

[3] R. B. Ridley, “An Accurate and Practical<br />

Small-Signal Model for Current-Mode<br />

Control,” www.ridleyengineering.com.<br />

[4] J. Li, “Current-Mode Control: Modeling<br />

and its Digital Application,” Ph.D. Dissertation,<br />

Virginia Tech, Apr. 2009.<br />

[5] LTpowerCAD design tool and user<br />

guide at www.linear.com/LTpowerCAD.<br />

Bild 33: Gemessene und modellierte<br />

Schleifenverstärkung eines Current-Mode-<br />

Buck-Wandlers<br />

[6] H. Zhang, “PCB Layout Considerations<br />

for Non-Isolated Switching Power<br />

Supplies,” AN136, www.linear.com.<br />

[7] H. Zhang, “Basic Concepts of Linear<br />

Regulator and Switching Mode Power Supplies,”<br />

AN140<br />

Henry Zhang Bio<br />

Henry Zhang is a section leader for<br />

power application engineering at Linear<br />

Technology. He received BSEE degree<br />

from Zhejiang University, China in 1994<br />

and His MS and Ph.D. degrees in electrical<br />

engineering from Virginia Polytechnic<br />

Institute and State University,<br />

Blacksburg, Virginia in 1998 and 2001,<br />

respectively. Henry has worked Linear<br />

Technology for five years.<br />

64 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Design<br />

EM-Simulationstechniken verbessern das<br />

Modellieren von PCB-VHF-Baluns, Teil 2<br />

In diesem zweiten<br />

und abschließenden<br />

Teil wird beispielhaft<br />

gezeigt, wie die<br />

Entwicklung eines<br />

planaren Baluns<br />

unter Nutzung der<br />

Simulations-Software<br />

Axiem von AWR<br />

konkret abläuft.<br />

Quelle:<br />

Dominic Fitz-Patrick:<br />

Modelling of a Printed<br />

VHF Balun Using E-M<br />

Simulation Techniques,<br />

Powerful Microwave, ARMMS<br />

Conference April 2013,<br />

übersetzt von FS<br />

Bild 11: Weitentwickeltes Analysis-Schema mit dem EM Block,<br />

untergebracht in einer Sub-Schaltung<br />

Der erste Schritt des Design-Prozesses<br />

besteht darin, die Impedanzen,<br />

welche anzupassen sind,<br />

näher zu betrachten und eventuell<br />

resistive und reaktive Komponenten<br />

zu ermitteln. Es ist nicht<br />

immer notwendig, die Anpassung<br />

mit einem einzigen Balun<br />

zu bewerkstelligen. Bei großen<br />

Verhältnissen der Impedanzen<br />

kann es von Vorteil sein, stufenweise<br />

vorzugehen, denn je höher<br />

der Anpassungsgrad (Impedance<br />

Step) ist, umso höher wird die<br />

Güte und umso geringer die nutzbare<br />

Bandbreite.<br />

Anpassung einer<br />

komplexen Impedanz<br />

Als Beispiel sei ein Balun für<br />

die Center-Frequenz 98 MHz<br />

vorgestellt, der an einem Very-<br />

High-Power-Gerät wie dem NXP<br />

BLF178 liegen soll. Das resistive<br />

Element liegt im Bereich<br />

um 2,5 Ohm, und das reaktive<br />

Element wurde mit -j6,8 Ohm<br />

(entsprechend 240 pF) ermittelt.<br />

Die Tabelle listet mögliche<br />

Balun-Spulen-Werte auf. Sie<br />

gelten für 50 Ohm Quellimpedanz<br />

und eine Sekundärinduktivität<br />

von 11 nH (resonant mit<br />

240 pF auf 98 MHz) sowie einen<br />

Koppelfaktor von 0,8.<br />

Hier wird klar, dass es eine Reihe<br />

von Optionen gibt, je nachdem,<br />

wie groß die Impedanztransformation<br />

sein soll. Zu beachten ist,<br />

dass dies nur für eine Frequenz<br />

gilt und dass mit zunehmender<br />

Bandbreite die Variation des<br />

Koppelfaktors zunimmt. Eine<br />

Daumenregel für größere Bandbreite<br />

besagt, dass eine geringere<br />

Impedanztransformation zu<br />

geringerem Ripple führt. Hohe<br />

Impedanzverhältnisse (etwa 10)<br />

lassen sich dann erreichen, wenn<br />

der Verlust kein kritischer Faktor<br />

ist. Daher ist es bei Leistungsverstärkern<br />

unklug, ein Transformationsverhältnis<br />

über 5 zu<br />

dulden. In diesem Beispiel wurde<br />

daher auf eine Lastimpedanz von<br />

12,5 Ohm optimirt. Die entsprechenden<br />

Werte aus der Tabelle<br />

können in das Schaltungsmodell<br />

gemäß Bild 3 übernommen und<br />

für die erforderliche Bandbreite<br />

optimiert werden. Sie ermöglicht<br />

dann den Entwurf eines optimierten<br />

einfachen Baluns, wie<br />

er in Bild 8 dargestellt wurde.<br />

Wenn es möglich ist, auch Substratdicke<br />

oder Dielektrizitätskonstante<br />

zu variieren, dann<br />

kann man den Einfluss anderer<br />

Faktoren, wie z.B. der Leiterbahnbreite,<br />

auf Anpassung,<br />

Kosten und Lieferbarkeit noch<br />

besser untersuchen. Die Entwicklung<br />

von PCB-Material ist<br />

ja im Gange und bringt neue<br />

Formen, wie Flex- und Soft-<br />

Ausführungen, hervor.<br />

Optimierung und<br />

Simulation<br />

Aus dem einfachen Modell<br />

heraus entwickelt, wird so ein<br />

komplizierterer Entwurf entstehen.<br />

Ausgehend von Linienbreite<br />

und -länge der simplen<br />

Schaltung, lässt sich z.B. die<br />

Eingangsspur hin zu geringerer<br />

Breite optimieren, während die<br />

Ausgangsspur verbreitert wird,<br />

um das geforderte Induktivitätsverhältnis<br />

bei gleichen Längen<br />

zu erreichen. Bei verschiedenen<br />

Längen ergeben sich wiederum<br />

oft besser praktikable Spurbereiten.<br />

Am einfachsten ist es, zuerst die<br />

Form und Größe der einfachen<br />

Schleife (in C-Form) zu definieren.<br />

Der spiralförmige Teil<br />

ist komplizierter, und die Leiterlängen<br />

lassen sich am besten<br />

in Relation zu einer Seite einer<br />

Windung beschreiben, die als<br />

Referenz dient. Auf diese Weise<br />

wird es möglich, dass nur ein<br />

Parameter geändert werden<br />

muss, um alle anderen zu optimieren.<br />

Bei nicht zu hohem<br />

geforderten Impedanzverhältnis<br />

wird eine einfache Windung ausreichen.<br />

Selbstverständlich ist es<br />

notwendig, die Stromtragfähigkeit<br />

der Spuren zu prüfen. Auch<br />

ein solcher Balun hat eine obere<br />

Leistungsgrenze.<br />

Im Bild A ist dargestellt, wie<br />

ein konventionelles Microstrip-<br />

Modell genutzt wird, um die<br />

Geometrie zu definieren. Die<br />

Formen, welche hier mit der<br />

EM-Analyse erstellt und zusammengeführt<br />

wurden, sind fertig<br />

definiert, und ein EM Extraction<br />

Block innerhalb der NI-AWR-<br />

Design-Umgebung wurde hinzugefügt.<br />

Die Ports, die Masseverbindung<br />

und die Multiple-<br />

Substrate-Elemente (MSUB),<br />

die nicht Teil der EM Analysis<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 65

---

Design<br />

Bild A: Nutzung eines konventionellen Microstrip-Modelles, um die Geometrie zu definieren<br />

sind, werden in Blau dargestellt.<br />

Der Extract-Block enthält die<br />

EM-Analyse-Parameter, wie<br />

etwa Zellengröße, Simulations-<br />

Engine und Materialdefinitionen.<br />

Die Stackup-Parameter gehören<br />

zu einem MSUB-Definitionselement,<br />

welches die Nutzung<br />

verschiedener Material-Layer<br />

erlaubt, um dem Anwender die<br />

Steuerung und Kontrolle der<br />

normalen Substratparameter, des<br />

Leitermaterials und der Hohlräume<br />

(Air Gaps) zu erleichtern.<br />

Beide Spurenmuster wurden<br />

hier definiert, und einer der<br />

Elementparameter wurde dementsprechend<br />

ausgewählt, auf<br />

welcher Seite des Boards eine<br />

Teilsektion platziert ist. Es ist<br />

von grundlegender Bedeutung,<br />

sicherzustellen, dass alle Sektionen<br />

gut verbunden sind.<br />

In diesem Fall wird sowohl<br />

primär als auch sekundär eine<br />

einfache Windung eingesetzt,<br />

wobei Kondensatoren und/oder<br />

Erdungsmethoden ausgespart<br />

wurden. Die EM-Sektion der<br />

Schaltung ist zwecks möglichst<br />

schneller Analyse separiert;<br />

wenn dieser Teil der Schaltung<br />

nicht verändert wird, dann muss<br />

man die Analyse auch nicht wiederholen,<br />

und das spart Zeit.<br />

Ist stattdessen die EM-Sektion<br />

als Block enthalten, so sind die<br />

anderen Schaltungselemente einbezogen.<br />

In diesem Falle wurden<br />

die Resonanzkondensatoren hinzugefügt,<br />

wie in Bild 11 gezeigt.<br />

(Anmerkung: Andere Anpasselemente<br />

können ebenfalls einbezogen<br />

werden.)<br />

Die Resultate der Optimierung<br />

der Kondensatorwerte für einen<br />

3-dB-Split werden in Bild 12<br />

dargestellt. Wie man daraus<br />

erkennen kann, ist mit dieser<br />

Konstruktion eine Unsymmetrie<br />

von 0,5 dB zwischen den<br />

Ports vorhanden. Es gibt mehrere<br />

Techniken, welche man heranziehen<br />

kann, um diesen Makel<br />

innerhalb der Simulationsmöglichkeiten<br />

zu beheben. Dabei<br />

muss man sorgfältig vorgehen,<br />

um die 180° Phasendifferenz<br />

nicht zu gefährden, denn diese<br />

ist eine Grundanforderung an<br />

den Balun. Mit diesem Wissen<br />

im Kopf, lässt sich die erforderliche<br />

Abweichung (Anti-Phase<br />

Response) einhalten. Hierzu<br />

informiert Bild 13.<br />

Die Simulationszeit für diese<br />

Struktur liegt unter einer Minute<br />

mit einer typischen Laptop-<br />

Konfiguration, und daher sind<br />

abstimmung und Optimierung<br />

des Designs gut praktikabel.<br />

Eine automatische Optimierung<br />

ist ebenfalls vorstellbar,<br />

allerdings muss man bei den<br />

meisten Optimierungsroutinen<br />

ein wachsames Auge auf das<br />

Design haben, um sicherzustellen,<br />

dass das schließlich vorgeschlagene<br />

Layout sich durch<br />

tatsächlich realisierbare Parameter<br />

auszeichnet. Wenn man<br />

die Elemente mit der Funktion<br />

Auto-Snap setzt und Grenzen<br />

für die Dimensionen festlegt, die<br />

mit dem Rastermaß des Layouts<br />

Z L in Ohm N L p in nH M C p in pF<br />

50 1 7 7 375<br />

25 2 14,1 9,9 187,5<br />

12,5 4 28,1 14,1 93,8<br />

10 5 35,2 15,7 75<br />

8,3 6 42,4 17,3 62,3<br />

4 12,5 87,9 24,9 30<br />

2 25 175,8 35,2 15<br />

Mögliche Werte der Balun-Spule Lp (Primärinduktivität) für sieben<br />

verschiedene Lastimpedanzen (n ... Impedanzverhältnis)<br />

66 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Design<br />

Bild 12: Leistungsverteilung (Power Split) beim abgestimmten<br />

Balun<br />

Bild 13: Phasenverhalten beim abgestimmten Balun<br />

zusammenpassen, hilft dies bei<br />

diesem Problem weiter.<br />

Zu verstehen, bis zu welchem<br />

detaillierten Grad die Modellierung<br />

getrieben werden soll, ist<br />

ein weiterer wichtiger Punkt bei<br />

Simulation und Messungen. Beispielsweise<br />

wird oft das Gehäuse<br />

ignoriert oder nur die Höhe der<br />

Abdeckung beachtet. Im Falle<br />

des betrachteten Output Balun<br />

muss z.B. auch der rechteckige<br />

Hohlraum unter dem Board<br />

berücksichtigt werden. In der<br />

Praxis sind auch die Übergänge<br />

von der auslaufenden Stripline<br />

zur Microstrip-Form zu beachten,<br />

und Sorgfalt muss darauf<br />

verwendet werden, wie und<br />

wo die spiralförmigen Tracks<br />

unter dem Board geerdet werden<br />

sollten. Dies alles lässt sich recht<br />

einfach mit Axiem modellieren,<br />

indem man den freien Raum in<br />

verschiedene Lagen einteilt. Die<br />

einzelnen Schritte kann man<br />

dann zu diesen Lagen addieren.<br />

Schlussbemerkungen<br />

Es wurde eine Herangehensweise<br />

demonstriert, welche das<br />

Verständnis einer nutzvollen<br />

Balun-Konstruktion unterstützt<br />

und die ein Balun Design ermöglicht,<br />

welches auch für voluminöse<br />

High-Power-VHF/UHF-<br />

Applikationen geeignet ist. Der<br />

Umgang mit NI AWR Design<br />

Environment inklusive Microwave<br />

Office und der Axiem EM<br />

Simulation Engine wurde ebenso<br />

demonstriert, und es wurde<br />

gezeigt, wie nützlich diese Werkzeuge<br />

sind. Sie erlauben einen<br />

akuraten Entwurf von Stripline-<br />

Layouts, wofür konventionelle<br />

lineare Schaltungmodelle nicht<br />

existieren. Dieser Ansatz erlaubt<br />

es auch, sowohl die EM-Lösung<br />

als auch das Layout zum größten<br />

Teil zu automatisieren, ausgehend<br />

von Standard-Microstrip-<br />

Schaltungselementen.<br />

Der Autor dankt Mr. Andrew<br />

Wallace and Dr. Jaakko Juntunen<br />

von AWR Group, NI<br />

für ihre Unterstützung.<br />

www.krebshilfe.de<br />

SPENDENKONTO IBAN:<br />

DE65 3705 0299 0000 9191 91<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 67

---

Rubriken Messtechnik<br />

Anspruchsvolle Messungen mit niedrigstem<br />

Eigenrauschen gemäß den aktuellen EMV-Normen<br />

Bild 1 EMV-Zeitbereichsmesssystem TDEMI eXtreme<br />

Stephan Braun<br />

Bernd Frech<br />

GAUSS INSTRUMENTS,<br />

München<br />

www.gauss-instruments.com<br />

In den letzten Jahren wurden<br />

durch technologische Fortschritte<br />

die verfügbaren Echtzeitbandbreiten<br />

erheblich vergrößert.<br />

So wurde 2007 erstmalig<br />

ein TDEMI-1G-Messsystem<br />

vorgestellt, welches über 162,5<br />

MHz Echtzeitbandbreite verfügte.<br />

Im Rahmen der Weiterentwicklung<br />

und Vorstellung der<br />

Produktserie TDEMI X wurde<br />

die Echtzeitbandbreite zunächst<br />

auf 325 MHz und schließlich<br />

sogar auf 645 MHz vergrößert.<br />

Damit ist es nun möglich, sowohl<br />

Störleistung als auch Störspannung<br />

in Echtzeit über den gesamten<br />

Bandbereich zu messen. Für<br />

Emissionsmessungen bis 1 GHz<br />

kann der Bereich in zwei Echtzeitbänder<br />

zerlegt werden und<br />

die formale Messung erfolgt<br />

innerhalb dieser beiden Bänder<br />

an allen Punkten gleichzeitig.<br />

Eine Frage, welche sich allerdings<br />

immer wieder stellt, ist, ob<br />

ein solches Messgerät die gleiche<br />

Empfindlichkeit liefern kann,<br />

wie ein langsamer Superheterodynempfänger.<br />

Wenn ein Superheterodynempfänger<br />

die Messung<br />

viel langsamer durchführt,<br />

so könnte man annehmen, dass<br />

das Rauschen geringer wäre.<br />

Warum diese Annahme jedoch<br />

nicht korrekt ist, und warum heutige<br />

Messgeräte mit 645 MHz<br />

Echtzeitbandbreite sogar ein<br />

deutlich besseres Eigenrauschen<br />

liefern können, wird im Rahmen<br />

des Artikels erklärt.<br />

Die Firma GAUSS INSTRU-<br />

MENTS hat im Dezember letzten<br />

Jahres eine neue Option vorgestellt,<br />

welche das Rauschen<br />

insbesondere im kritischen<br />

Bereich von 30 MHz – 1 GHz auf<br />

ca. -15 dBµV absenkt. Typische<br />

Superheterodynempfänger erreichen<br />

im Vergleich im besten Fall<br />

hier gerade -10 dBµV. Dies zeigt,<br />

dass es Messgeräte gibt, welche<br />

eine sehr hohe Echtzeitbandbreite<br />

haben aber auch gleichzeitig<br />

- bezüglich des Rauschbodens<br />

- gegenüber einem langsamen<br />

Superheterodynempfänger überlegen<br />

sind.<br />

1 Funktionsweise<br />

TDEMI eXtreme<br />

Das Eingangssignal wird im<br />

Basisband mit einer hochlinearen<br />

Analog-Digital-Wandler-Einheit<br />

zur Messung im Frequenzbereich<br />

DC - 1 GHz abgetastet und digitalisiert.<br />

Zusätzlich kommt<br />

eine Vorselektion mit hochlinearen<br />

Vorverstärkern zum Einsatz.<br />

Für Messungen im Bereich<br />

oberhalb des Basisbands von 1<br />

GHz wird dann eine breitbandige<br />

Frequenzumsetzung mit<br />

integrierter Vorselektion eingesetzt.<br />

Die spektrale Darstellung<br />

kann einerseits digital superheterodyn<br />

oder mittels Kurzzeit-<br />

FFT erfolgen. Ein vereinfachtes<br />

Blockschaltbild der Funktionsweise<br />

eines TDEMI eXtreme<br />

(kurz TDEMI X) Messempfängers<br />

ist in Bild 1 dargestellt.<br />

Für Messungen der gestrahlten<br />

Emission verwendet man typischerweise<br />

breitbandige logarithmisch-periodische<br />

Antennen<br />

zum Empfang der Störausstrahlung<br />

des Messobjekts. Alternativ<br />

können Messungen mittels<br />

Absorptionszangen, Nahfeldsonden<br />

oder Netznachbildungen<br />

durchgeführt werden. Zur Untersuchung<br />

der Einkopplung an<br />

Antennen in einem Kraftfahrzeug<br />

kann das TDEMI X auch<br />

direkt angeschlossen werden.<br />

Durch das mehrstufige Analog-<br />

Digital-Wandler-System erfolgt<br />

die Digitalisierung des Messsignals<br />

in Gleitkommazahl-Arithmetik<br />

mit entsprechend hoher<br />

Dynamik. Hierzu werden nach<br />

neuestem Stand der Technik<br />

mehrere Analog-Digital-Wandler<br />

in Kombination eingesetzt.<br />

Dieses Verfahren ermöglicht es,<br />

einen äquivalenten Dynamikbereich<br />

von ca. 22 Bit zu realisieren,<br />

womit es einerseits möglich<br />

ist, eine hohe Sensitivität von z.<br />

B. ca. -25 dBµV (Rauschboden<br />

in CISPR Band B) zu erreichen<br />

und andererseits gleichzeitig<br />

Pulse von mehreren Volt vollständig<br />

zu erfassen. Durch sehr<br />

leistungsfähige FPGAs mit einer<br />

Rechenleistung, welche jeweils<br />

ca. 200 handelsüblichen PCs entspricht,<br />

erfolgt die Auswertung<br />

68 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Messtechnik Rubriken<br />

Ein TDEMI X hält die Anforderung<br />

eines POI von 300 ps<br />

gemäß der CISPR 16-1-1 ein und<br />

erreicht somit die 50000 fache<br />

Performance eines handelsüblichen<br />

Echtzeitspektrumanalysators,<br />

welcher üblicherweise<br />

ein POI von > 15 µs bereitstellt.<br />

2. Empfindlichkeit<br />

eines Messempfängers<br />

Bild 2: Mehrkanalmessempfänger - Umsetzer, Filterbank, Dezimator und Detektor<br />

in einer Bandbreite von bis zu<br />

645 MHz vollständig lückenlos<br />

in Echtzeit. Mit dem vorliegenden<br />

System können so bis zu<br />

64000 Frequenzpunkte gleichzeitig<br />

gemessen werden. Zudem<br />

wurde die Dynamik nochmals<br />

um ca. 25 dB gegenüber vorhergehenden<br />

Plattformen erhöht und<br />

der nutzbare Frequenzbereich für<br />

Applikationen bis hinauf zu 40<br />

GHz erschlossen.<br />

1.1 Mehrkanalempfänger<br />

Die CISPR 16-1-1 fordert bei<br />

der finalen Maximierung Beobachtungszeiten<br />

von z. T. mehr<br />

als 15 s. In der Vergangenheit<br />

wurde die Maximierung sequentiell<br />

an mehreren Frequenzpunkten<br />

durchgeführt. Zuvor mussten<br />

die kritischen Frequenzen jedoch<br />

z. B. durch eine Vormessung<br />

(sog. Prescan) zuerst identifiziert<br />

werden.<br />

Durch die Kombination von<br />

Kurzzeit-FFT und digitalem<br />

Superheterodynmodus kann nun<br />

gleichzeitig, über ein ganzes<br />

Band von 645 MHz, an allen Frequenzpunkten<br />

die Messung mit<br />

Quasi-Peak und CISPR-Average<br />

durchgeführt werden. Technisch<br />

wird dies durch eine hochgradige<br />

Parallelisierung erreicht.<br />

Die Kurzzeit-FFT ist hierbei ein<br />

mathematischer Baustein, der es<br />

ermöglicht, doppelte Berechnungen<br />

auf effiziente Weise<br />

einzusparen und Symmetrieeigenschaften<br />

auszunutzen. Die<br />

Detektoren müssen an allen Frequenzpunkten<br />

vollständig parallel<br />

realisiert werden. Ein vereinfachtes<br />

Blockschaltbild einer<br />

Kombination von Kurzzeit-FFT<br />

und Mehrkanalempfänger zeigt<br />

Bild 2. Das TDEMI X enthält<br />

mehrere solcher Funktionsblöcke<br />

in Kombination mit Superhetarchitektur.<br />

Die CISPR 16-1-1 beschreibt<br />

alle Anforderungen welche ein<br />

Messempfänger erfüllen muss.<br />

Wesentliche Kriterien sind hierbei<br />

die Dynamikanforderungen<br />

für Pulse und deren korrekte<br />

Darstellung. Generell gilt für<br />

alle Messempfänger nach CISPR<br />

16-1-1, dass diese während der<br />

Beobachtungszeit das Signal<br />

lückenlos messen und auswerten<br />

müssen. Bei analogen Empfängern<br />

geschieht dies an der eingestellten<br />

Frequenz. Bei teildigitalisierten<br />

oder volldigitalen<br />

Messempfängern, wie z. B. dem<br />

TDEMI X, erfolgt die in der<br />

CISPR 16-1-1 geforderte lückenlose<br />

Auswertung mittels sehr leistungsfähiger<br />

FPGAs. Bei den<br />

hier eingesetzten FPGAs handelt<br />

es sich nicht nur um einen „FFT-<br />

Chip“, sondern um eine vollwertige<br />

Implementierung von vielen<br />

parallelen Messempfängern nach<br />

CISPR 16-1-1 [2]. Das TDEMI<br />

X beinhaltet bis zu 64 000 parallele<br />

Messempfänger, welche<br />

durch eine patentierte Technologie<br />

zur Verfügung stehen und<br />

geschützt sind.<br />

1.2 POI – Propability of<br />

Intercept<br />

Bei FFT-basierenden Geräten<br />

spricht man oft auch von<br />

der sogenannten Probability of<br />

Intercept (kurz POI), welche<br />

die Fähigkeit eines Messgerätes<br />

spezifiziert, Signale mit einer<br />

minimalen Dauer noch korrekt<br />

zu erfassen und darzustellen.<br />

Echtzeit-Spektrumanalysatoren<br />

haben üblicherweise ein POI<br />

von >15 µs. Im Standard CISPR<br />

16-1-1 Ed. 3.1 wird diese Anforderung<br />

derart definiert, dass ein<br />

moderner Messempfänger, ein<br />

sog. „FFT-based Measuring<br />

Instrument“, das Eingangssignal<br />

kontinuierlich messen und<br />

auswerten muss. Ferner muss<br />

das Messgerät eine korrekte<br />

Anzeige für die Pulse gemäß<br />

CISPR 16-1-1 liefern. Ein derartiger<br />

normkonformer Empfänger,<br />

der FFT-basierend arbeitet,<br />

muss also einen POI von 300 ps<br />

zur Verfügung stellen.<br />

2.1 Das Thermische<br />

Rauschen<br />

Das thermische Rauschen eines<br />

Messempfängers wird primär<br />

durch die Rauschzahl der Eingangsstufe<br />

bestimmt. Bei der<br />

Realisierung eines EMV-Messempfängers<br />

muss man dabei<br />

einen Kompromiss zwischen<br />

Aussteuerbarkeit und Rauschboden<br />

finden. Früher waren die<br />

Eingangsverstärker bzgl. ihrer<br />

Aussteuerbarkeit sehr begrenzt.<br />

Daher musste der Eingangsbereich<br />

mit einer sehr schmalbandigen<br />

Vorselektion realisiert<br />

werden. Dies schützte den Eingangsverstärker<br />

vor Breitbandsignalen.<br />

Heute ist es möglich, einen deutlich<br />

höheren Aussteuerungsbereich<br />

zu realisieren, wobei<br />

die Rauschzahl der Verstärker<br />

sehr gut ist. Neue Chiptechnologien<br />

ermöglichen es, differentielle<br />

Verstärker mit bis zu 8<br />

GHz Bandbreite zu realisieren.<br />

Selbst eine Gegenkopplung, wie<br />

man sie aus dem Audiobereich<br />

kennt, ist mittlerweile möglich.<br />

Dies führt zu einer sehr guten<br />

Linearität.<br />

Das Hauptproblem, welches<br />

bei Superheterodynempfängern<br />

bestehen bleibt, ist der Mischer.<br />

Ein Mischer ist naturgemäß ein<br />

nichtlineares Bauteil und erzeugt<br />

Mischprodukte. Diese Mischprodukte<br />

sind relativ hoch. Bei<br />

einer Aussteuerung von -10 dB<br />

unterhalb der Aussteuerungsgrenze<br />

des Mischers wird man<br />

viele Mischprodukte erhalten,<br />

welche lediglich um 30 dB<br />

unterdrückt sind. Daher ist beim<br />

Einsatz von Mischern eine Vorselektion<br />

unabdingbar.<br />

Aufwendige Vorselektionen mit<br />

durchstimmbaren Filtern haben<br />

gerade im Bereich bis 1 GHz den<br />

Nachteil, dass sie relativ hohe<br />

Verluste aufweisen, und damit<br />

die Rauschzahl hoch ist. Dies<br />

führt zu einem relativ hohen<br />

Rauschboden. Man erkauft sich<br />

also mit einem höheren Rausch-<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 69

---

Rubriken Messtechnik<br />

chend reduziert und sich damit<br />

auch in diesem Fall wiederum<br />

ein Rauschen gemäß Gl. 1 einstellt.<br />

Die Höhe des Rauschbodens<br />

ist damit natürlich unabhängig<br />

von der Echtzeitbandbreite,<br />

vorausgesetzt die Numerik und<br />

die A/D Wandler haben eine<br />

ausreichend gute Performance.<br />

Aus der Beobachtung von Echtzeitspektrumanalysatoren<br />

kennt<br />

man allerding noch ein anderes<br />

Verhalten. Je größer die Echtzeitbandbreite<br />

desto höher der<br />

Rauschboden. Dies hängt ganz<br />

einfach damit zusammen, dass<br />

die Messbandbreite bei solchen<br />

Geräten bei Erhöhung der Echtzeitbandbreite<br />

ebenfalls erhöht<br />

wird. Dies ergibt sich aus dem<br />

Nachteil, dass man nur sehr<br />

wenige Punkte, typischerweise<br />

z. B. 1000, zur Verfügung hat.<br />

Beim TDEMI X sind es jedoch<br />

64000.<br />

3. Einsatz in der Praxis<br />

Bild 3 Eigenrauschen des TDEMI X mit entsprechend ausgestatteter Option ULNA-UG1G<br />

boden eine Unterdrückung der<br />

unerwünschten Mischprodukte.<br />

Gewisse Mischprodukte, wie<br />

z.B. das 2x2-Mischprodukt können<br />

nicht unterdrückt werden.<br />

Wird ein klassischer Empfänger<br />

bei dieser Frequenz ausgesteuert,<br />

so hebt sich der Rauschboden<br />

über den gesamten Frequenzbereich<br />

an.<br />

Die Firma GAUSS INSTRU-<br />

MENTS setzt daher, wie auch<br />

alle modernen Mobilfunkbetreiber,<br />

auf direkte Abtastung<br />

mit sehr leistungsfähigen Analog/Digital-Wandlern<br />

und einer<br />

Vorselektion, welche aus einer<br />

Anordnung von Filterbänken<br />

besteht.<br />

2.2 Direkte Abtastung vs.<br />

Mischer<br />

Bei einer direkten Abtastung<br />

mittels eines Analog-/Digital-<br />

Wandlers hängt die Aussteuerbarkeit<br />

mit der Leistungsfähigkeit<br />

des A/D-Wandlers zusammen.<br />

Gerade in den letzten<br />

Jahren wurde die Performance<br />

der A/D-Wandler immer weiter<br />

verbessert. Es ist heute möglich<br />

bei Vollaussteuerungen<br />

eine Unterdrückung von 60-90<br />

dB zu erreichen. Ein derartiger<br />

Wert ist bei Mischern technisch<br />

nicht möglich.<br />

Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit<br />

der A/D-Wandler in<br />

Kombination mit sehr guten<br />

Vorverstärkern ist es möglich,<br />

eine Vorselektion aus diskreten<br />

Filtern zu realisieren, welche<br />

aufgrund geringerer Dämpfung<br />

zu einem besseren Rauschboden<br />

führt. Da das Ausgangsignal des<br />

Vorverstärkers breitbandig abgetastet<br />

wird, kann man auch den<br />

Vorverstärker hinsichtlich seiner<br />

Übersteuerung direkt im Zeitbereich<br />

überwachen und dadurch<br />

die Eingangsstufe gegenüber<br />

etwaiger Übersteuerung schützen.<br />

Ein derartiges Verfahren ist<br />

auch in CISPR 16-1-1 bzgl. der<br />

Verwendung von Vorverstärkern<br />

beschrieben.<br />

2.3 Einfluss der<br />

Echtzeitbandbreite auf den<br />

Rauschboden<br />

Da das TDEMI X eine interne<br />

Numerik von über 30 Bit besitzt,<br />

ergibt sich somit keine Einschränkung<br />

bzgl. der Numerik<br />

auf den Rauschboden. Wir führen<br />

nun folgendes Gedankenexperiment<br />

durch. Zunächst stellen<br />

wir uns einen klassischen<br />

Messempfänger mit 120 kHz<br />

Bandbreite vor. Dieser empfängt<br />

gemäß der Formel<br />

P = kTdF (Gl. 1)<br />

die Rauschleistung P, welche bei<br />

der Temperatur T in Kelvin und<br />

über den Bandbereich dF (hier<br />

im Beispiel 120 kHz) empfangen<br />

wird. K ist die sogenannte<br />

Boltzmann-Konstante.<br />

Ein Messempfänger mit 645<br />

MHz Echtzeitbandbreite würde<br />

demnach eine Rauschleistung<br />

empfangen, die deutlich höher<br />

zu sein scheint, da dF einer<br />

Bandbreite von 645 MHz entspricht.<br />

Diese Überlegung ist<br />

grundsätzlich korrekt, allerdings<br />

muss darüber hinaus der<br />

Umstand berücksichtigt werden,<br />

dass diese Bandbreite ja<br />

wiederum mit Segmenten von<br />

120 kHz parallel gemessen wird<br />

und sich somit nach dem Energieerhaltungssatz<br />

die Leistung<br />

über alle parallel gemessenen<br />

Segmente gleichmäßig aufteilt.<br />

Dies bedeutet, dass sich das<br />

Grundrauschen um die Anzahl<br />

der 120-kHz-Segmente entspre-<br />

3.1 Niedrigster Rauschboden<br />

im Bereich 30 MHz – 1 GHz<br />

Durch einen zusätzlichen, besonders<br />

rauscharmen Vorverstärker,<br />

speziell für die Anforderungen<br />

im Frequenzbereich 30 MHz – 1<br />

GHz, kann ein äußerst niedriger<br />

Rauschboden erreicht werden.<br />

Der neuartige, optional erhältliche<br />

Vorverstärker verfügt über<br />

extrem niedriges Eigenrauschen<br />

sowie über einen sehr hohen<br />

Dynamikbereich. Die Kombination<br />

aus einem patentierten<br />

Verfahren zur Überwachung der<br />

Linearitätsreserve des Vorverstärkers<br />

sowie einer Vorselektion<br />

ermöglicht es, Emissionsmessungen<br />

auch mit höchsten Anforderungen<br />

hinsichtlich Dynamik<br />

und Rauschboden schnell und<br />

zuverlässig erfolgreich durchzuführen.<br />

Der erreichte Rauschboden mit<br />

Mittelwertdetektor und 120 kHz<br />

ZF-Bandbreite liegt über den<br />

gesamten Frequenzbereich bis<br />

1 GHz bei ca. -15 dBuV, wie<br />

aus der Messung in Bild 1 zu<br />

ersehen ist. Dies entspricht einer<br />

Verbesserung von 5 bis 10 dB<br />

gegenüber anderen aktuell am<br />

Markt verfügbaren Lösungen.<br />

Ein weiterer Vorteil ist, dass die<br />

Messung in ca. 3 – 4 Sekun-<br />

70 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Messtechnik Rubriken<br />

Bild 4 Breitbandimpuls und hohe Linearität (150 kHz – 30 MHz)<br />

den über den gesamten Bereich<br />

von 30 MHz – 1 GHz mit Quasispitzenwert<br />

und CISPR-Average<br />

gleichzeitig erfolgen kann.<br />

Damit kombiniert das TDEMI<br />

X höchste Messgeschwindigkeit<br />

mit dem besten verfügbaren<br />

Rauschboden.<br />

3.2 645 MHz Echtzeitbandbreite<br />

vs. Dynamik<br />

Das TDEMI X mit 645 MHz<br />

Echtzeitbandbreite stellt dem<br />

Anwender, wie zuvor gerade<br />

beschrieben, eine sehr hohe<br />

Dynamik bereit. Diese Dynamik<br />

ist unter anderem von signifikantem<br />

Vorteil, wenn z. B. leitungsgeführte<br />

Messungen bis<br />

110 MHz bzw. 200 MHz durchgeführt<br />

werden müssen. Gerade<br />

im Automotive-Bereich existieren<br />

starke gepulste Störer, welche<br />

besonders hohe Anforderungen<br />

an die Dynamik eines<br />

Messempfängers stellen. In Bild<br />

3 ist deshalb die Messung eines<br />

Pulses mit niedriger Pulswiderholrate<br />

dargestellt. Der breitbandige<br />

Impuls verlangt von einem<br />

Messgerät einen Aussteuerungsbereich<br />

der weit über 100 dB<br />

Dynamik umfasst. Der Puls,<br />

der hier mit einer Maximalanzeige<br />

von 60 dBµV gewichtet<br />

angezeigt wird, hat mehrere Volt<br />

Spitzenspannung und würde ein<br />

System aus Mischer und Vorverstärker<br />

benötigen, dessen 1 dB-<br />

Kompressionspunkt bei einem<br />

sehr hohen Wert von ca. 26 dBm<br />

liegen würde.<br />

Hier kommt der Vorteil der vorgestellten<br />

Basisbandtechnologie<br />

mit solch hoher Dynamik wie<br />

des TDEMI X voll zu tragen.<br />

Der Rechteckimpuls, der im<br />

Frequenzbereich ein SI-Spektrum<br />

ergibt, wird verzerrungsfrei<br />

wiedergegeben. Es sind keinerlei<br />

Verzerrungen der einzelnen<br />

Spitzen nach unten zu erkennen.<br />

Die beiden Kurven verlaufen<br />

absolut parallel.<br />

3.3 Anspruchsvolle<br />

Messungen im Automotive<br />

und Verteidigungsbereich<br />

In Bild 4 haben wir einen Breitbandimpuls,<br />

welcher z. B.<br />

von der Zündanlage eines Kfz<br />

stammen könnte eingespeist.<br />

Der Pulspegel, mit Quasipeak<br />

bewertet, beträgt 60 dBµV. Die<br />

Amplitude in diesem Bereich<br />

beträgt mehrere Volt. Es ist gut<br />

zu erkennen, dass beispielsweise<br />

beim Average-Detektor parallel<br />

dazu für Pulse eine Empfindlichkeit<br />

von -10 dBµV erreicht wird.<br />

Dies stellt die besten Voraussetzungen<br />

dar, um z. B. anspruchsvolle<br />

Messungen nach OEM-<br />

Normen durchzuführen, welche<br />

Grenzwerte von 0 dBµV haben.<br />

Auch ein Schmalbandträger bei<br />

-10 dBµV könnte hier exakt<br />

gemessen werden. Derartige<br />

anspruchsvolle Messungen sind<br />

mit herkömmlichen Superheterodynempfängern<br />

schlicht nicht<br />

realisierbar.<br />

3.4 Anwendung für<br />

Emissionsmessungen in einer<br />

10-m-Absorberhalle<br />

In der Praxis bedeutet dies, dass<br />

Messungen der EMV in einer<br />

10-m-Absorberhalle nun mit<br />

höchster Empfindlichkeit erfolgen<br />

können. Die Performance<br />

steht sowohl im Receiver Modus<br />

mit 325-MHz-Segmenten, im<br />

klassischen Empfängermodus als<br />

auch im Spektrogrammmodus<br />

mit 645 MHz Echtzeitbandbreite<br />

zur Verfügung. Die Verwendung<br />

eines zusätzlichen externen Vorverstärkers<br />

ist für typische Messungen<br />

in einer 10-m-Halle damit<br />

nicht mehr von Notwendigkeit.<br />

Einerseits wird somit die Messunsicherheit<br />

weiter reduziert und<br />

gleichzeitig auch die Zuverlässigkeit<br />

und die Messgenauigkeit<br />

nochmals erhöht, zum anderen<br />

werden die laufenden Kosten,<br />

wie auch Kalibrierkosten, weiter<br />

gesenkt und die Auslastung<br />

der Halle bzw. der Durchsatz an<br />

Messungen weiter verbessert.<br />

Zusammen mit der Automatisierungssoftware<br />

EMI64k lassen<br />

sich die vielfältigen Möglichkeiten<br />

nahezu beliebig kombinieren.<br />

So können Messungen<br />

selbstverständlich mit Vormessung<br />

und Nachmessung mit finaler<br />

Maximierung auf klassische<br />

Weise durchgeführt werden.<br />

Sollen die Messabläufe jedoch<br />

effizienter, schneller und mit<br />

höherer Qualität durchgeführt<br />

werden, so kann die Messung mit<br />

dem TDEMI X direkt mit dem<br />

Quasispitzenwert an sämtlichen<br />

Frequenzpunkten erfolgen. Aufgrund<br />

des exzellenten Rauschbodens<br />

ohne jegliche Eigenstörungen,<br />

vgl. Bild 1, kann<br />

das Messsystem hervorragend<br />

für Emissionsmessungen nach<br />

CISPR 25 oder diversen OEM-<br />

Standards sowie VG-Normen<br />

eingesetzt werden. Erstmalig<br />

wird für diesen Frequenzbereich<br />

bei CISPR-konformen Messempfängern<br />

ein DANL von ca.<br />

-171 dBm/Hz erreicht.<br />

Ein Beispiel einer Quasipeakmessung<br />

in Echtzeit über alle<br />

Abstrahlwinkel ist in Bild 5<br />

dargestellt.<br />

4 Wirtschaftliche<br />

Aspekte und<br />

Risikominimierung<br />

Durch den zuvor beschriebenen<br />

rauscharmen Vorverstärker<br />

(Option ULNA-UG) wird für<br />

anspruchsvolle Emissionsmessungen<br />

nach MIL, OEM und VG<br />

Normen der Rauschboden also<br />

derart abgesenkt, dass erstmalig<br />

Signale empfangen werden können,<br />

welche derzeit nicht sichtbar<br />

sind. Dies ermöglicht auch<br />

neue Anwendungsfelder. Darüber<br />

hinaus benötigt man keine<br />

externen Vorverstärker mehr,<br />

um solche sehr anspruchsvollen<br />

Messungen durchführen zu können.<br />

Der Vorteil der Überwa-<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 71

---

Rubriken Messtechnik<br />

von Messsoftware, den Benutzer<br />

davon entbinden würden,<br />

die Suche nach der maximalen<br />

Emission zu verantworten. Hier<br />

ist jedoch anzumerken, dass die<br />

Vormessung (sog. Prescan) nur<br />

eine Methode aufzeigt, um mit<br />

dem Peak Detektor die Maxima<br />

zeitsparend zu suchen. Befinden<br />

sich die Maxima bei Quasipeak<br />

Messung jedoch an anderen Frequenzpunkten,<br />

so stellt dies ein<br />

wesentliches Risiko dar. Die<br />

CISPR 22 geht hier sogar so<br />

weit, dass beschrieben wird, dass<br />

die Peak Messung zwar zulässig<br />

ist, aber im Streitfall nur die Quasipeakmessung<br />

entscheidend ist.<br />

Bild 5: Abstrahlung eines Motors im Frequenzbereich 30 – 650 MHz<br />

chung des internen Vorverstärkers<br />

ermöglicht es außerdem,<br />

Übersteuerungen zuverlässig<br />

und sofort zu erkennen und durch<br />

die Funktion Autorange automatisch<br />

zu vermeiden. Zusätzlich<br />

werden darüber hinaus Hardware<br />

und Kalibrierkosten für externe<br />

Komponenten, wie zusätzliche<br />

Vorverstärker eingespart. Durch<br />

den Einsatz solcher Messgeräte<br />

ist es darüber hinaus möglich,<br />

den Prüfling erstmals mit<br />

hoher Echtzeitbandbreite vollständig<br />

zu charakterisieren. Es<br />

wird häufig davon ausgegangen,<br />

dass Messungen mit Vormessung,<br />

basierend auf Templates<br />

In der Praxis<br />

ist das Prescan-Verfahren also<br />

nicht immer zuverlässig. Dieses<br />

Risiko kann man nun jedoch<br />

gezielt durch eine Messung<br />

an allen Frequenzpunkten mit<br />

Quasi-Peak Detektor über alle<br />

Winkel und Frequenzpunkte<br />

vollständig beseitigen. Ein<br />

Labor, welches eine Emissionsmessung<br />

an allen Frequenzpunkten<br />

mit Quasipeak durchführt, ist<br />

beim Thema EMV damit deutlich<br />

geringeren Risiken ausgesetzt.<br />

◄<br />

Literaturhinweise<br />

[1] S. Braun und A. Frech<br />

645 MHz Echtzeitbandbreite für Full-Compliance-Messungen<br />

mit dem TDEMI X<br />

In hf-praxis 3/2016, Fachzeitschrift für HF- und Mikrowellentechnik,<br />

Mrz. 2016, Seite 44-47.<br />

Link zum Artikel http://www.beam-verlag.de/app/download/24071892/HF-Praxis+3-2016+III.pdf<br />

[2] CISPR16-1-1 Ed 3.1, Specification for radio disturbance and<br />

immunity measuring apparatus and methods Part 1-1: Radio<br />

disturbance and immunity measuring apparatus – Measuring<br />

apparatus.<br />

International Electrotechnical Commission, 2010.<br />

[3] S. Braun, M. Aidam, P. Russer<br />

Development of a multiresolution time domain EMI measurement<br />

system that fulfills CISPR 16-1-1<br />

International Symposium on Electromagnetic Compatibility,<br />

8-12 Aug. 2005, Chicago.<br />

Braun, M. Aidam and P. Russer<br />

[4] S. Braun und A. Frech Anforderungen der CISPR 16-1-1<br />

an Messempfänger, Spektrumanalysatoren und FFT-basierende<br />

Messinstrumente In EMC Europe Guide 2013, Interference Technology<br />

- The International Journal of Electromagnetic Compatibility,<br />

Dec., 2012, pages 66-73<br />

[5] S. Braun und A. Frech<br />

Anwendung der EMV Zeitbereichsmesstechnik für Schienenfahrzeuge<br />

und E-Mobility<br />

emv 2016 – Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische<br />

Verträglichkeit, Düsseldorf, Germany, Feb<br />

23-25, 2016.<br />

Ausgezeichnet mit dem BEST PAPER AWARD 2016.<br />

72 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Messtechnik<br />

Rohde & Schwarz und<br />

Samsung vereinbarten<br />

bevorzugten RF-Zugang auf<br />

Samsung-Geräte<br />

Leistungsfähigkeit von Mobilfunknetzen<br />

weltweit verbessert werden können.<br />

■ Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG<br />

www.rohde-schwarz.com<br />

www.mobile-network-testing.com<br />

Miniatur-Feldsonde<br />

überzeugt in der Anwendung<br />

NEU!<br />

Typisch RIGOL:<br />

Best Price/Performance<br />

EMI Pre-Compliance<br />

Testlösung<br />

Bei Rohde & Schwarz Mobile Network<br />

Testing passt man sich technologischen<br />

Entwicklungen sehr schnell an, um den<br />

hohen Erwartungen der globalen Kundschaft<br />

gerecht zu werden. Dies ist besonders wichtig<br />

bei der Integration von Smartphones der<br />

neusten Generation in Qualitätsmesssysteme,<br />

die die Endkundensicht in einem Mobilfunknetz<br />

abbilden. Deshalb hat Rohde &<br />

Schwarz Mobile Network Testing eine Vereinbarung<br />

mit Samsung unterzeichnet, die<br />

einen barrierefreien Zugang auf RF-Trace-<br />

Informationen von Samsung-Smartphones<br />

gewährt. Somit ist eine noch einfachere und<br />

schnellere Integration von aktuellen und<br />

zukünftigen Samsung-Endgeräten möglich.<br />

Jung ist die Kooperation zwischen dem<br />

deutschen Unternehmen Lumiloop und der<br />

EMCO Elektronik. Die EMCO Elektronik<br />

erhält Zuwachs in Form der stark miniaturisierten<br />

Feldsonde LSProbe. Diese überzeugt<br />

durch einen fehlerfreien Betrieb mittels<br />

patentierter Laserspeisung (ohne Akkus)<br />

und ermöglicht unbeaufsichtigte, ungestörte<br />

Messungen auch über lange Distanzen und<br />

lange Zeiträume.<br />

Die LSProbe fühlt sich in Standardanwendungen,<br />

wie der Abbildung von Mittelwerten,<br />

genauso wohl wie in gepulster<br />

Umgebung. Die Messwertaufnahme von<br />

gepulsten Signalen ist ein Novum in dieser<br />

Preisklasse und bietet dem Anwender<br />

gänzlich neue Möglichkeiten. Besonders<br />

hervorzuheben ist die extrem hohe Linearität<br />

der Feldsonde; war es bisher nötig,<br />

eine Feldsonde nahe am Applikationspegeln<br />

zu kalibrieren, wurde bereits mehrfach im<br />

Feld die extrem hohe Linearität der Sonde<br />

nachgewiesen. Diese Eigenschaft ermöglicht<br />

nun auch validierte Feldeinmessungen bei<br />

Feldstärken fern abdes eigentlichen Kalirbierpegels<br />

der Sonde.<br />

Eigenschaften und Merkmale:<br />

• 10 kHz bis 6 GHz<br />

• >700 V/m @ 100 MHz bis 6 GHz<br />

• lasergespeist – keine leeren Akkus<br />

• großer Dynamikbereich<br />

• extrem hohe Linearität<br />

• schnelle Impulsantwort = Abbildung<br />

gepulster Signale<br />

• kontinuierliches Echtzeitdaten-Streaming<br />

• umfassende Frequenz- und Temperaturkompensation<br />

• Made in Germany<br />

DSA815(-TG)<br />

und DSA832E(-TG)<br />

Spektrumanalysatoren „Best in Class“<br />

• 9 kHz bis 1,5 / 3,2 GHz Frequenzbereich<br />

• bis -161 dBm (typ) Displayed Average Noise<br />

Level (DANL)<br />

• bis - 98 dBc/Hz @10 kHz Offset<br />

Phasenrauschen<br />

• ab 10 Hz RBW (Resolution Bandwidth)<br />

Auflösung<br />

• Standard AM/FM Demodulation<br />

• SSC signal seamless capture bzw.<br />

ASK/FSK Modus (Option)<br />

• Tracking Generator (TG) Option<br />

• u.v.m.<br />

EMI Pre-Compliance Paket<br />

• S1210 PC Test Software<br />

• NFP-3 Satz Nahfeldsonden<br />

• DSA800-EMI Treiber Option<br />

Alle Rigol Spectrumanalysatoren für Pre-<br />

Compliance Messungen/Darstellungen nach<br />

CISPR 16 Standards.<br />

Dank der Vereinbarung unterstützen alle Produkte<br />

von Rohde & Schwarz Mobile Network<br />

Testing die neusten Samsung-Geräte.<br />

Die Kunden erhalten so weiterhin Messergebnisse,<br />

PC Software: UltraSpectrum<br />

die das tatsächliche Verhalten und<br />

PC Fernsteuerung zeigt Spektrum-/Messer-<br />

die Wahrnehmung der Endnutzer widerspiegeln.<br />

gebnisse, Wasserfall & 3-D Diagramme, etc.<br />

Die schnellere Integration neuer<br />

Endgeräte erlaubt zudem eine sehr kurze<br />

Markteinführungszeit neuer Produkte von<br />

Rohde & Schwarz Mobile Network Testing.<br />

Sie finden uns in Halle 4, Stand 528<br />

Damit schafft das Unternehmen nicht nur ■ EMCO Elektronik GmbH<br />

für seine Kunden optimale Voraussetzungen, info@emco-elektronik.de<br />

sondern trägt dazu dabei, dass Qualität und www.emco-elektronik.de<br />

RIGOL Technologies EU GmbH<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 73<br />

Telefon +49 89 8941895-0<br />

73<br />

info-europe@rigol.com<br />

www.rigol.eu<br />

Best-Preis:<br />

ab € 1.195,-<br />

plus MwSt.

---

Messtechnik<br />

LAN-steuerbare Attenuator-Rack-Modelle<br />

Tactron Elektronik stellte zwei<br />

neue Rack-Modelle vor, die<br />

den Frequenzbereich bis 40<br />

GHz abdecken und bis zu 16<br />

individuell ansteuerbare Dämpfungsglieder<br />

aufnehmen. Für<br />

komplexere Testaufgaben,<br />

wie die Prüfung von Sendern<br />

und Empfängern in modernen<br />

Kommunikations-Anwendungen,<br />

ist es unumgänglich,<br />

flexible und per Computer<br />

steuerbare Dämpfungsglieder<br />

einzusetzen. Mit den beiden<br />

Modellen 50PA-1002 (0...31<br />

dB Dämpfung) und 50PA-1019<br />

(0...61 dB Dämpfung) können<br />

auch die verzwicktesten Konstellationen<br />

realisiert werden.<br />

Mit einem Frequenzbereich<br />

von 100 MHz bis 40 GHz sind<br />

diese Modelle auch für künftige<br />

Standards gerüstet. Beide<br />

Modelle sind sowohl per LAN<br />

als auch per RS-232 steuerbar,<br />

daneben ist auch manuelle<br />

Kontrolle über das Frontpanel<br />

möglich. Das LAN Interface<br />

bietet zudem Benutzerverwaltung<br />

für bis zu zwölf Benutzer,<br />

sodass das Rack von mehreren<br />

Bedienern gleichzeitig benutzt<br />

werden kann.<br />

■ Tactron Elektronik GmbH<br />

& Co. KG<br />

info@tactron.de<br />

www.tactron.de<br />

Neue Funktionsgeneratoren und Decode-Optionen für<br />

Oszilloskope<br />

Rigol Technologies EU GmbH<br />

zeigt auf der diesjährigen embedded<br />

world, neben seinen<br />

bewährten Gerätefamilien auch<br />

eine Reihe von aktuellen Innovationen.<br />

Mit dem neuen Modell<br />

DG1022Z aus der Familie von<br />

schnellen, leicht zu bedienenden<br />

und ultra-modernen Arbiträr/Funktionsgeneratoren<br />

bietet<br />

Rigol einen multifunktionalen<br />

Generator, der eine Reihe von<br />

Tests durch die Kombination vieler<br />

Funktionen in einem Instrument<br />

ermöglicht. Die Geräte<br />

kombinieren die Anwendungsfelder<br />

Funktions-Generator,<br />

Arbitrary-Waveform-Generator,<br />

Puls-Generator, Harmonic-<br />

Generator, und Analog/Digita-<br />

Modulation sowie eine Zählerfunktion.<br />

Neben der bisher<br />

genutzten Direct-Digital-Synthesizer-Technologie<br />

(DDS), die<br />

sehr stabile, präzise und gering<br />

verzerrte Signale liefert, wird<br />

der Signal-Jitter durch die neue,<br />

innovative Signal-Fidelity-Technologie<br />

„SiFi“ auf 200 ps reduziert.<br />

Das Gerät zeichnet sich<br />

durch 25 MHz Bandbreite für<br />

Sinus- und Rechteck-Signale und<br />

zwei standardmäßige, voll funktionsfähige<br />

und unabhängig operierende<br />

Kanäle aus. Bis zu 160<br />

integrierte Kurvenformen sind<br />

abrufbar, und die vielfältigen<br />

Modulationsarten umfassen AM,<br />

FM, PM, ASK, FSK, PSK und<br />

PWM. Für die Kommunikation<br />

stehen die Standard-Schnittstellen<br />

USB Host&Device, und<br />

LAN (LXI Core Device 2011)<br />

zur Verfügung.<br />

Für die Mid-Range-Oszilloskop-Serie<br />

DS/MSO4000 bietet<br />

Rigol die Decode-Optionen für<br />

LIN und CAN-Bus an und macht<br />

diese Instrumentenserie noch<br />

attraktiver. Anwender können so<br />

den Einstieg in die Oszilloskop-<br />

Serie DS/MSO4000 mit einem<br />

kostengünstigen Modell preiswert<br />

gestalten und bei Bedarf,<br />

beispielsweise bei Änderung der<br />

Messaufgaben, das Gerät mittels<br />

einfachem Software-Upgrade<br />

auf eine höhere Geräte-Bandbreite<br />

bringen. Ein typischer<br />

Fall für die Notwendigkeit<br />

National Instruments trägt mit<br />

seinen Systemen für Ingenieure<br />

und Wissenschaftler zur<br />

Bewältigung der weltweit größten<br />

technischen Herausforderungen<br />

bei. Das Unternehmen<br />

stellte neue RF-Funktionen für<br />

sein Semiconductor Test System<br />

(STS) vor. Diese ermöglichen<br />

das Senden und Empfangen von<br />

Signalen sowie FPGA-basierte<br />

Hüllkurvenverfolgung und digitale<br />

Vorverzerrung in Echtzeit.<br />

einer Bandbreitenerweiterung<br />

ist, dass beispielsweise steilere<br />

Flanken vermessen werden müssen<br />

oder dass sich die Frequenz<br />

des Testsignals nach oben verändert<br />

hat. Hierfür bietet Rigol<br />

drei Upgrade-Optionen, die sich<br />

auch auf bereits erworbenen<br />

Oszilloskopen implementieren<br />

lassen. Die Voraussetzung hierfür<br />

ist, dass die neueste Version<br />

der Firmware installiert wurde.<br />

embedded World<br />

Halle 4 Stand 528<br />

■ Rigol Technologies Europe<br />

GmbH<br />

info-europe@rigol.com<br />

www.rigol.eu<br />

Halbleiter-Testsystem um<br />

HF-Funktionen erweitert<br />

Die leistungsstarken RF Ports<br />

sind die neuste Erweiterung des<br />

STS und unterstützen Hersteller<br />

von RF-Frontend-Modulen bei<br />

der Bewältigung der steigenden<br />

Testanforderungen von RFICs<br />

und anderen Smart Devices bei<br />

einer gleichzeitigen Senkung der<br />

Prüfkosten.<br />

Da die RF Ports Teil eines<br />

vollständig in das STS integrierten<br />

Prüfkopfs sind, lassen<br />

74 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Messtechnik<br />

Ihr Partner für Mikrowellen- und Hochfrequenzkomponenten<br />

: EMV, alles aus einer Hand<br />

sich RF-Testanwendungen schneller und<br />

kostengünstiger entwickeln, ohne dabei an<br />

Messgenauigkeit oder -leistung einzubüßen.<br />

Darüber hinaus müssen, dank dieses<br />

integrierten Systems, keine teuren RF-Subsysteme<br />

hinzugefügt werden, wie es bei<br />

herkömmlichen automatisierten Testsystemen<br />

der Fall ist. Da RF-Frontend-Module<br />

immer mehr Komponenten aufweisen und<br />

neue drahtlose Breitbandstandards für steigende<br />

PAPR-Werte (Peak-to-Average Power<br />

Ratio) sorgen, benötigen Gerätehersteller<br />

leistungsstärkere RF-Messfunktionen. Die<br />

neuen RF-Ports des STS ermöglichen das<br />

Senden von RF-Signalen bis 38 dBm und<br />

Empfang bis 40 dBm über blind steckbare<br />

RF-Steckverbinder. Diese Funktionalität ist<br />

in keiner anderen kommerziellen Lösung<br />

verfügbar. Zusätzlich lassen sich mit dem<br />

STS und der dazugehörigen leistungsstarken<br />

Software nun auch S-Parameter-Messungen<br />

bis 26 GHz sowie FPGA-basierte Hüllkurvenverfolgung<br />

und digitale Vorverzerrung<br />

durchführen. Aufgrund dieser Funktionen<br />

eignet sich das STS optimal für das Testen<br />

von RFICs der nächsten Generation in Produktionsumgebungen.<br />

Das STS ist seit 2014 erhältlich und bietet<br />

einen völlig neuen Ansatz für Produktionstests<br />

im Halbleiterbereich. Da das STS auf<br />

der Plattform und dem Ökosystem von NI<br />

basiert, können Anwender intelligentere<br />

Prüfsysteme erstellen, die sich individuell<br />

anpassen lassen. Die NI-Plattform umfasst,<br />

neben Vektorsignal-Transceivern mit 1 GHz<br />

Bandbreite, Source Measure Units (SMUs)<br />

für fA-Signale und der branchenführenden<br />

kommerziellen Testmanagement-Software<br />

TestStand mit dem TestStand Semiconductor<br />

Module mehr als 600 PXI-Produkte, die<br />

durchsatzstarke Datenübertragungen über<br />

PCI-Express-Schnittstellen der 3. Generation<br />

unterstützen. Darüber hinaus ermöglichen<br />

sie Synchronisierungen im Sub-Nanosekundenbereich<br />

und bieten integrierte Timingund<br />

Trigger-Funktionen.<br />

■ National Instruments<br />

www.ni.com/semiconductor<br />

Messkabel bis 110GHz, Breitband Richtkoppler; HP Lasten und<br />

Abschlüsse, alle Arten von Hohlleiterkomponenten und<br />

Assemblies, etc.<br />

Abschlüsse,<br />

Lasten bis 2 kW CW<br />

Kalibrier Sets<br />

Leistungs-Teiler / -Koppler<br />

Starre-Hohlleiter-Komponenten<br />

Flex-Twist-Hohlleiter<br />

Druckfenster<br />

komplexe Hohlleiter-Baugruppen<br />

Hornantennen<br />

und vieles mehr ...<br />

Qualität hat Tradition !<br />

MWX0 Serie ist extrem phasenstabil<br />

< +/- 5,7° @26,5 GHz bei minimalem<br />

Biegeradius.<br />

MWX2 Serie ultraflexibles RF Kabeln.<br />

Biegeradius typisch 20mm, mechanisch<br />

Spannungsfrei<br />

Breitband-Richtkoppler<br />

- bis 50 GHz<br />

- bis 600 Watt<br />

MIWEKO Mikrowellen- und Hochfrequenz Vertriebs GmbH<br />

Münchener Straße 21<br />

86949 Windach<br />

Telefon: +49 (0)8193 – 939290<br />

Telefax: +49 (0)8193 – 9392999<br />

Info@miweko.de<br />

www.miweko.de<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 75

---

Messtechnik<br />

CobaltFX, ein preiswertes Millimeterwellen-<br />

VNA-System<br />

Bild 1: CobaltFX-System, bestehend aus C4209 VNA, Frequenz-Extendern und Rechner<br />

eine Frequenzerweiterung eines<br />

9-GHz-VNAs auf den Millimeterwellenbereich.<br />

Drei dedizierte<br />

Hohlleiter-Bänder werden<br />

dabei abgedeckt: 50 - 75 GHz,<br />

60-90 GHz und 75-110 GHz. Das<br />

System besteht im Wesentlichen<br />

aus drei Komponenten:<br />

• d e m C 4 2 0 9 U S B V N A<br />

(Copper Mountain Technologies)<br />

• dem Frequenz-Extender<br />

(Farran Technology) und<br />

einem<br />

• PC oder Laptop.<br />

Der C4209 VNA entspringt<br />

der Cobalt-VNA-Serie von<br />

Copper Mountain und bietet<br />

hohe Sweep-Raten (bis zu 10 µs<br />

pro Sweep-Punkt) sowie einem<br />

Dynamik-Bereich von 162 dB.<br />

Gesteuert wird der VNA über<br />

USB von PC oder Laptop. Der<br />

C4209 arbeitet nahtlos mit den<br />

Frequenz-Extendern von Farran<br />

Technology (Bild 2), die in kompakten<br />

angepassten Gehäusen<br />

untergebracht sind. Die Hohlleiter-Ports<br />

sind gemäß dem IEEE-<br />

Freie Übersetzung des Artikels<br />

von Farran Technology,<br />

Irland, und Copper Mountain<br />

Technologies, USA.<br />

Übersetzung: Achim Baier<br />

TACTRON ELEKTRONIK<br />

www.tactron.de<br />

Neue Methoden im hohen GHz-<br />

Frequenzbereich stehen in den<br />

Startlöchern, um die Anforderungen<br />

der nächsten Generation<br />

der Datenkommunikation<br />

zu erfüllen. Das „Internet<br />

der Dinge“ (IoT), WiGig und<br />

5G-Netzwerke nutzen Frequenzen<br />

von 60 GHz und höher,<br />

um die Anforderung an Bandbreite<br />

und Datenraten zu erfüllen.<br />

Das erfordert auch, dass die<br />

Messtechnik (speziell S-Parameter-Messung)<br />

in diesen Frequenzen<br />

zur Verfügung steht.<br />

Und da immer weitere Anwendungen<br />

in diese Frequenzbänder<br />

vordringen, entsteht ein<br />

großer Bedarf an preiswerten<br />

und zuverlässigen Netzwerk-<br />

Analysatoren.<br />

Diesen Bedarf zu decken, hat<br />

Farran Technology (Irland) und<br />

Copper Mountain Technologies<br />

(USA) dazu veranlasst, gemeinsam<br />

CobaltFX zu entwickeln,<br />

Bild 2: Frequenz-Extender der FEV-Serie von Farran Technology<br />

76 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Messtechnik<br />

Bild 3: Messung eines 93,5-GHz-Bandpassfilters mit einer 3 dB BW von 4 GHz, 201 Kalibrierpunkte<br />

und 100 Hz IF-Bandbreite<br />

1785-2a Standard ausgeführt und<br />

sichern exaktes Alignment und<br />

damit Wiederholgenauigkeit,<br />

was die Zeiten zwischen System-<br />

Kalibrierungen deutlich verlängert.<br />

Mitgeliefert wird ein Präzisions-Kalibrierkit<br />

mit Short,<br />

Offset und Breitband-Abschluss.<br />

Das CobaltFX-System unterstützt<br />

vollständige 12-Term-<br />

Kalibrierung und kann somit<br />

komplette 2-Port-S-Parameter-<br />

Messungen (Bild 4) durchführen.<br />

Daneben sind auch Zeitbereichs-Messungen<br />

möglich. Die<br />

Gehäuse-Füße können sowohl<br />

unten, oben oder an der Seite<br />

angebracht werden, damit man<br />

komfortabel den Extender an die<br />

Mess-Aufgabe anpassen.<br />

Der VNA verfügt über verschiedene<br />

Sweep-Optionen mit bis<br />

zu 16 unabhängigen logischen<br />

Kanälen, von denen jeder als<br />

eigenes Darstellungsfenster<br />

auf dem Bildschirm angezeigt<br />

werden kann. Auch komplexere<br />

Signal-Verarbeitungs-Systeme<br />

lassen sich damit komfortabel<br />

untersuchen. Die Messkurven<br />

lassen sich speichern und<br />

gemeinsam oder getrennt mit<br />

Live-Traces untersuchen. Ausgefeilte<br />

Operationen wie mathematische<br />

Verknüpfungen, „electrical<br />

delay“ und Phasenoffsets<br />

können auf die Messkurven<br />

angewendet werden. Die Firmware<br />

ist COM/DCOM-kompatibel,<br />

damit steht einer Einbindung<br />

in automatisierten Test-Stationen<br />

(ATE) nichts im Wege. Zudem<br />

ist das System kompatibel mit<br />

Labview, Anwender können sich<br />

damit vollständig auf die Applikationsentwicklung<br />

mit standardisiertem<br />

Zugriff konzentrieren.<br />

Der Dynamik-Bereich beträgt<br />

mindestens 100 dB (Bild 4),<br />

typische Werte sind besser als<br />

110 dB, bei einer Trace-Stabilität<br />

von ±0,2 dB. Der Damage-Level<br />

für RF- bzw. LO-Ports beträgt<br />

+10 dBm. Die zugehörigen Kalibrier-Kits<br />

garantieren genaue<br />

und reproduzierbare Messungen.<br />

Die Kits unterstützen TRL und<br />

SOLT als Kalibriermethoden und<br />

werden natürlich mit den Daten<br />

für die Standards ausgeliefert.<br />

Anwendungen<br />

Die möglichen Anwendungen<br />

für das CobaltFX-System sind<br />

vielfältig. Antennen-Reichweiten-Messungen<br />

mit hohen<br />

Anforderungen an Dynamik-<br />

Bereich und kurze Sweepzeiten<br />

sind möglich und erlauben die<br />

Bestimmung von Antennengewinn,<br />

Abstrahldiagramm, Wirkungsgrad,<br />

Radarquerschnitt von<br />

Targets und Directivity.<br />

Für das IoT ist die 5G-Technologie<br />

eine Schlüsselkomponente,<br />

und die Erschließung des Spektrums<br />

oberhalb von 50 GHz ist<br />

ein essentieller Faktor. Mit dem<br />

CobaltFX bietet sich ein kostengünstiges<br />

Mess-System für die<br />

Untersuchung von Geräten,<br />

Materialien und Kanalmodellen<br />

(Beam-Forming) an.<br />

Kurzreichweitige Wi-Fi-Daten-<br />

Verbindungen bei 60 GHz erhöhen<br />

die Datenraten enorm und<br />

erlauben bandbreiten-hungrige<br />

Anwendungen wie 3D-Videound<br />

HD-Video-Streaming innerhalb<br />

von Gebäuden. Die Entwicklung<br />

von Chipsätzen und<br />

Antennen gerade im hoch-volumigen<br />

Consumer-Bereich erfordert<br />

entsprechende erschwingliche<br />

Messtechnik, die auch<br />

einem weniger elitären Kreis an<br />

Anwendern zur Verfügung steht.<br />

Heutige und künftige Mobilitätsanforderungen<br />

setzen mehr<br />

und mehr auf Sensoren, die die<br />

Umgebung von Fahrzeugen kontinuierlich<br />

überwachen und den<br />

Fahrer mit seinen Sinnen unterstützen.<br />

Autonome Fahrzeug-<br />

Steuerungen sind noch stärker<br />

auf Daten angewiesen. Automotive-Radar<br />

und verwandte<br />

Anwendungen im 77 GHz-<br />

Bereich sind aus der modernen<br />

Fahrzeugtechnik nicht mehr<br />

wegzudenken.<br />

All diese Anwendungen erfordern<br />

zuverlässige Messtechnik<br />

im Millimeterwellen-Bereich.<br />

Ob für die Charakterisierung der<br />

Peripherie-Elemente (den Augen<br />

und Ohren der Systeme), oder für<br />

die Charakterisierung der mikroelektronischen<br />

Komponenten<br />

(Herz und Hirn der Systeme)<br />

wie Transistoren oder MMICs,<br />

mit dem CobaltFX steht ein<br />

zukunftssicheres und erschwingliches<br />

System zur Verfügung, das<br />

in jedem Mikrowellen-Labor<br />

ein Standard-Werkzeug sein<br />

kann. ◄<br />

Bild 4: Dynamik-Bereich des mm-Wave-VNA-Systems am Beispiel des 50-75-GHz-Bandes<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 77

---

Messtechnik<br />

Handheld-Oszilloskop bietet<br />

Funktionsumfang von acht Messgeräten<br />

Das R&S Scope Rider vereint<br />

als robustes, tragbares Oszilloskop<br />

jetzt einen Funktionsumfang<br />

von acht Messgeräten<br />

und ist so das vielseitigste seiner<br />

Klasse. Neu hinzugekommen<br />

sind ein Spektrumanalysator,<br />

ein Frequenzzähler und<br />

ein Harmonischen-Analysator<br />

zur Bewertung der Netzversorgungsqualität.<br />

Anwender sind<br />

deshalb im mobilen Einsatz bei<br />

Installations-, Service- und Wartungsarbeiten<br />

oder im Labor stets<br />

bestens ausgestattet. Dank seines<br />

vollständig isolierten Geräteaufbaus<br />

erfüllt das Handheld<br />

die Messkategorie CAT IV und<br />

kann somit Messungen an der<br />

Quelle der Niederspannungsinstallation<br />

bis 600 V vornehmen.<br />

Spezielle Modi für den<br />

XY-Betrieb, Roll-Modus und<br />

Maskentest fehlen nicht.<br />

Die neue Option für Spektrumanalyse<br />

R&S RTH-K18 ist dank<br />

hoher Up-Daterate sehr reaktiv<br />

und eingängig in ihrer Bedienung.<br />

Schon durch die Eingabe<br />

von Mittenfrequenz und<br />

gewünschter Messbandbreite<br />

sieht der Anwender sein Signal.<br />

Die Betriebsmodi Min/Max-<br />

Hold, Clear-Write-Tracing und<br />

Mittelwertberechnung unterstützen<br />

dann die Auswertung. Eine<br />

logarithmische Darstellung der<br />

Achsen sowie die wählbaren<br />

Amplitudeneinheiten dBm oder<br />

dBV sind selbstverständlich.<br />

Cursor und Marker lassen sich<br />

wie gewohnt für detaillierte Analysen<br />

einsetzen.<br />

Das R&S Scope Rider ist das<br />

einzige Handheld-Oszilloskop,<br />

für das ein genauer Zweikanal-<br />

Frequenzzähler verfügbar ist.<br />

Die Software-Option R&S RTH-<br />

K33 ermittelt in kürzester Zeit<br />

die Taktfrequenz eines Signals<br />

und zeigt sie neunstellig an.<br />

Die Messgenauigkeit liegt bei<br />

fünf Stellen. Der Anwender<br />

kann diese noch einmal erhöhen,<br />

wenn er an einem Kanal<br />

einen hochgenauen Referenztaktgeber<br />

anschließt. So erzielt<br />

er eine Genauigkeit von bis zu<br />

sieben Stellen.<br />

Leistungselektronik belastet häufig<br />

die Versorgungsspannung,<br />

sodass es für den störungsfreien<br />

Betrieb interessant ist, die Harmonischen<br />

des Grundsignals zu<br />

bewerten. Solche Effekte untersucht<br />

die neue Software-Option<br />

R&S RTH-K34. Sie misst die<br />

Harmonischen bis zur 64. Ordnung<br />

und ermittelt den Klirrfaktor<br />

(THDr) sowie die Total Harmonic<br />

Distortion (THDf). Auch<br />

Grenzwertmessungen, etwa nach<br />

EN 50160, sind damit möglich.<br />

Alle neuen Funktionserweiterungen<br />

des R&S Scope Rider<br />

bedient der Anwender über den<br />

kapazitiven Touchscreen. Wenn<br />

er mit Handschuhen oder in einer<br />

rauen Umgebung arbeitet, kann<br />

er das Gerät alternativ einfach<br />

mit dem Einstellrad und den<br />

großen Tasten bedienen.<br />

Die neuen Optionen sind ab<br />

sofort verfügbar. Der R&S Scope<br />

Rider ist als Zwei- oder Vierkanalgerät<br />

für Bandbreiten bis 500<br />

MHz erhältlich.<br />

■ Rohde & Schwarz<br />

GmbH & Co. KG<br />

www.rohde-schwarz.com<br />

Neue lasergespeiste E-Feld-Sonde<br />

Die von Frankonia neu vorgestellte lasergespeiste,<br />

isotrope E-Feld-Sonde EFS-Laser<br />

wurde speziell für Feldstärkemessungen<br />

und die Vermessung des homogenen Feldes<br />

bei Störfestigkeitsprüfungen nach EN/<br />

IEC 61000-4-3 entwickelt. Sie eignet sich<br />

jedoch auch hervorragend zur Messung<br />

der Strahlungsbelastung in der Umwelt,<br />

z.B. an Arbeitsplätzen oder Wohnungen.<br />

Durch die extrem kleinen Abmessungen<br />

wird sichergestellt, dass die Sonde selbst<br />

das elektrische Feld nicht beeinflusst.<br />

Gleiches gilt für den direkt an der Sonde<br />

befindlichen LWL-Ausgang, der eine<br />

direkte Verbindung mit der USB-Schnittstelle<br />

des Steuerrechners ermöglicht. Die<br />

Sonde EFS-Laser ermöglicht im Frequenzbereich<br />

von 10 kHz bis 6 GHz hochgenaue<br />

Feldstärkemessungen von 0,1 bis 10 kV/m.<br />

Aufgrund der hohen Verarbeitungs- und<br />

Erfassungsgeschwindigkeit ist diese Sonde<br />

insbesondere auch für die Messung und<br />

Aufzeichnung kurzzeitiger bzw. schneller<br />

Ereignisse geeignet. Die Stromversorgung<br />

über Laser ermöglicht einen kontinuierlichen,<br />

galvanisch vollkommen entkoppelten<br />

Betrieb ohne lästiges Nachladen<br />

oder Batterietausch.<br />

■ Frankonia<br />

www.frankoniagroup.com<br />

78 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Rubriken<br />

Test & Measurement<br />

Immunity and Emissions Scanning for EMC<br />

Figure 1: Logic Threshold Voltages<br />

As we all know, to comply with current<br />

industry standard virtually all electronic and<br />

electronically controlled products are tested<br />

for immunity to Electrostatic Discharges<br />

(ESD), transients on power and signal lines<br />

and their susceptibility to Radiated Frequencies<br />

(RF). In addition, products are tested<br />

in insure they don’t produce undesirable<br />

emissions that could interfere with other<br />

electronic products. All of this can be time<br />

consuming and expensive, especially when<br />

a product fails a test and requires extensive<br />

investigation to determine the cause and<br />

develop a fix. Scanning reduces test and evaluation<br />

time significantly and significantly<br />

reduces the likelihood of failing subsequent<br />

compliance test.<br />

Using scanning techniques to identify product<br />

sensitivities and RF emissions levels<br />

prior to compliance testing the engineer<br />

can quickly make the necessary decisions<br />

that will save his company both time and<br />

money. A Standard Practice addressing ESD<br />

scanning has been published by the EOS/<br />

ESD Association as ANSI/ESD SP14.5-<br />

2015, which describes scanning techniques<br />

and provides useful information about the<br />

necessary probes and field coupling to a<br />

product being tested.<br />

ESD and Magnetic Fields<br />

To simulate the effect of an ESD event using<br />

Immunity scanning, a magnetic loop probe<br />

is used to couple a pulse onto a circuit trace<br />

at a specific point, which then may couple<br />

Michael Hopkins<br />

Amber Precision<br />

AR<br />

www.arworld.us<br />

into other traces or an active device directly.<br />

Before we get into the scanning techniques,<br />

it’s important to understand why injecting a<br />

magnetic field into a circuit to simulate an<br />

ESD or other transient makes sense. ESD<br />

events can cause currents of more than 50 A<br />

to flow directly into a port or via a cable,<br />

along a chassis or onto a PCB via secondary<br />

discharges. As these currents travel<br />

through various available paths, magnetic<br />

fields are generated which in turn develop<br />

voltages along the way. Large currents developing<br />

large voltages can cause hard failures<br />

– device damage - from which recovery<br />

isn’t possible but the fault is easy to find<br />

(smoke?!); lower currents produce lower<br />

voltages that cause upset but no damage. In<br />

this case the system can typically be reset,<br />

rebooted, or may even have selfrecovery<br />

routines to bring the system back on-line.<br />

For many products this upset, sometimes<br />

called a “soft” failure, is in fact, a failure.<br />

Think of what upset occurring in critical<br />

control circuits might cause – avionics,<br />

medical procedures, and self-driving cars,<br />

to name a few.<br />

As an example of the direct effect of ESD<br />

currents flowing into or on a product, one<br />

needs to remember:<br />

V= L(di/dt)<br />

Where<br />

V = the voltage developed<br />

L = Inductance of the path and<br />

di/dt = rate of change in the amplitude of<br />

the current.<br />

ESD events have very fast rising currents<br />

that are in the picosecond to nanosecond<br />

range, so it doesn’t take much inductance to<br />

develop a significant voltage. An example<br />

of V=L(di/dt) effects can be made as follows:<br />

Assume a poor connection between<br />

a USB cable shield and chassis, say a 2 nH<br />

connection inductance. If we also assume<br />

a 5 kV ESD event having a current rising<br />

to about 20 A in 1 ns:<br />

V = L(di/dt) = 40 V!<br />

( IEC values are: 1.2 ns risetimes at<br />

3.75 A/kV; therefore a 5 kV discharge would<br />

provide a current of 18.75 A.)<br />

The 40 V spike will appear inside the enclosure<br />

and drive a current into a circuit board.<br />

Fig. 1 shows some typical logic threshold<br />

voltages, and actual levels today can be 0.3 V<br />

or less. One can see it wouldn’t take much<br />

of an ESD event to produce enough voltage<br />

to re-set a device if the voltage appeared in<br />

the right place.<br />

ESD/EMC Immunity Scanning<br />

The basic technology isn’t new: Engineers<br />

have been using probes to inject fields into<br />

a circuit to locate trouble spots for some<br />

time. Historically, these have been large<br />

probes with fields covering a wide area<br />

which allows determining a general area of<br />

a board that is sensitive but difficult to pinpoint<br />

the problem device or circuit. Todays<br />

crowded circuit boards and physically small<br />

components significantly reduce the usefulness<br />

of this method.<br />

To get around the size problem, ESD/EMI<br />

scanning uses very small probes, less than<br />

1 mm in diameter that allows precise positioning<br />

and iterative scanning to provide a 3<br />

dimensional plot. An engineer can not only<br />

Figure 2: Scan of a sensitive device, colors<br />

indicate sensitivity levels, with red being<br />

most sensitive and blue the least sensitive<br />

(Courtesy of Amber Precision Instruments)<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 79

---

RF & Wireless<br />

in used for RF immunity compliance testing.<br />

Numerous software programs and calibration<br />

procedures exist and can easily be modified<br />

for use with RF Immunity scanning. All the<br />

RF instrumentation and software required<br />

for this test is readily available.<br />

Figure 3: Algorithm for an automated scanner<br />

identify a sensitive component, but also can<br />

determine its relative level of sensitivity and<br />

the pins and associated components involved<br />

. Fig. 2 below is an example of a scan<br />

done on a sensitive circuit.<br />

In Fig. 2, the source of the disturbance is a<br />

pulse induced via a small H-Field loop close<br />

to the surface of the board. The resulting voltages<br />

and currents developed are responsible<br />

for the device upset. This is, in fact, the<br />

mechanism for most ESD caused upsets.<br />

ESD/EMC scanning is done by stimulating<br />

a location on a board and looking for upset,<br />

taking care to NOT cause circuit damage.<br />

This allows an iterative process of increasing<br />

and decreasing stimulus levels to determine<br />

a relative level of susceptibility at a<br />

specific point.<br />

A flow diagram for an automated system<br />

for ESD/EMC Scanning is shown in Fig. 3<br />

and an example of an automated scanning<br />

system is shown in Fig 4.<br />

In Fig. 3 the test begins at the block “Apply<br />

Stimulus”. Following the arrows to “Upset ?”<br />

if no upset is detected, the probe is moved<br />

to the next location and the test repeated.<br />

If an upset is detected, the stimulus is reduced<br />

to a lower level. If upset still occurs, the<br />

stimulus is again reduced until no upset is<br />

detected or the lowest test level is reached.<br />

Once the upset level at one point is recorded,<br />

the probe is moved to the next point<br />

and the iteration repeated. At the end of the<br />

test, a display such as that shown in Fig. 2<br />

is produced.<br />

Upset is detected by monitoring key functions<br />

of the system under test. Optical monitors<br />

are used to detect changes in a display,<br />

V/I monitors for reset lines, audio detectors<br />

for some circuits, data streams, etc…<br />

almost any key function can be monitored<br />

automatically for testing. System re-set is<br />

also a requirement for automated scanning.<br />

When a failure is detected, the system being<br />

tested needs to be brought back to a known<br />

operating state before testing can continue.<br />

This can easily be done for most products<br />

using external switching to re-set and/or reboot<br />

a system. More complicated systems<br />

may require more complex monitoring,<br />

such as re-boot, send an instruction to the<br />

system to set it in a known condition and<br />

then exercise the system to make sure it’s<br />

functional again.<br />

There are situations where Electric Field<br />

scanning might be preferred and this can<br />

easily be accomplished using E-Field probes<br />

in place of H-field probes. For example,<br />

LCD display touch screens and associated<br />

distributed circuitry is often sensitive to fast<br />

changing E- Fields and might not respond<br />

to magnetic field scanning, but may respond<br />

dramatically to a changing E-field.<br />

RF Immunity Scanning<br />

RF Immunity scanning is done to locate<br />

specific nodes in a circuit that are susceptible<br />

to some frequency or range of frequencies.<br />

This is basically a sub-set of the EMC<br />

immunity scanning described in the previous<br />

section. The fully automated scanning<br />

system shown in Figure 4 is easily adapted<br />

to RF immunity scanning; however, there<br />

are some additional hardware requirements.<br />

An RF immunity scan requires an RF Sweep<br />

generator capable of covering the frequency<br />

range of interest plus RF amplifiers to drive<br />

the probes. Levels need to be automatically<br />

adjusted to compensate for the frequency<br />

response of the probes. This isn’t difficult<br />

and is being done all the time with antennas<br />

RF Emissions Scanning<br />

The basic scanning system for ESD/EMI<br />

Immunity can be used to locate and quantify<br />

radiation coming from a circuit. Nearfield<br />

(NF) EMI scanning is a technique used<br />

by several manufacturers to evaluate boards<br />

for radiation. It’s a useful tool for locating<br />

the source of RF radiation and its relative<br />

amplitude, but correlation to a far-field (FF)<br />

test, necessary for determining standards<br />

compliance, is difficult. Most EMI scanners<br />

provide only NF results and some scanners<br />

use algorithms to estimate the far field but to<br />

do this properly requires the phase information<br />

associated with the radiated field. With<br />

appropriate probes, instrumentation, and software,<br />

RF Emissions scanning to 40 GHz and<br />

correlation to far-field is possible.<br />

Maxwell’s equations tell us that knowledge<br />

of the near field in magnitude and phase<br />

is sufficient to reconstruct a model of the<br />

source and obtain the far field emissions.<br />

This information significantly improves<br />

modeling for RFI analysis and can be used<br />

to predict RFI coupling within a system and<br />

in turn, be used to qualify ICs and modules<br />

to reduce the chance of RFI problems later<br />

in product design.<br />

Resonance Scanning<br />

Resonance scanning can help determine<br />

the likelihood of an RF problem. This is<br />

Figure 4: Fully Automated ESD/EMC<br />

Scanner<br />

80 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

RF & Wireless<br />

<br />

<br />

<br />

done by first doing a resonance scan with<br />

an unpowered system to determine the location,<br />

frequency and Q of a resonant circuits<br />

(The amount of coupling enhancement due<br />

to resonance depends on the Q of the circuit.).<br />

Since one cannot reasonably test<br />

every point at every frequency for sensitivity,<br />

it’s reasonable to test only the identified<br />

locations and frequencies which will<br />

significantly reduce test time.<br />

When the engineer can determine what resonances<br />

exist in a design – location, frequency<br />

and Q – steps can be taken to minimize the<br />

potential for RF Immunity problems.<br />

Once the RF immunity scan at resonant locations<br />

is complete, the engineer will have a<br />

complete set of information: location, frequency,<br />

Q and the relative sensitivity at<br />

each location and therefore the likelihood<br />

that any resonant location will be a problem.<br />

Scanning and Shield<br />

Effectiveness Evaluation<br />

Using an automated scanning system with<br />

field measurement software and specialized<br />

probes can provide very accurate shielding<br />

effectiveness measurements to 18 GHz.<br />

With the correct probes, some as small as<br />

.025 mm or even 0.1 mm, it’s possible to<br />

achieve enough spatial resolution to accurately<br />

measure the shielding effectiveness<br />

of small DUTs and IC’s. Software can provide<br />

full test reports to minimize the engineers<br />

time evaluating the results.<br />

Current Spreading<br />

Current Spreading is a method of using an<br />

EMC Scanner to visually re-constructing<br />

the current flow on a board caused by a<br />

transient event.<br />

Using a well-controlled current sources and<br />

specially designed probes, it is possible to<br />

make measurements over an entire DUT and<br />

produce a video that shows how the injected<br />

currents flow with a resolution of better<br />

than 100 ps. This can be extremely useful<br />

to determine the performance of protection<br />

components and aide in determining where<br />

protective devices may need to be located.<br />

In the example of Fig. 5, the bulk of the<br />

current is diverted through a primary protection<br />

device located at the input to a DUT<br />

but residual current can be seen traveling<br />

toward a semiconductor device that probably<br />

has an internal protector. In addition,<br />

currents may be observed moving in unexpected<br />

directions providing an invaluable<br />

tool to the engineers.<br />

Summary<br />

Scanning Technologies for EMC can provide<br />

significant advantages to design, compliance<br />

and test engineers by providing information<br />

not previously available: precise location of<br />

ESD and RF sensitive circuits and components,<br />

emissions data including phase measurements<br />

for far field characteristics, the<br />

location of resonant structures on a PCB and<br />

last but not least, the ability to produce an<br />

actual video of transient current flow into<br />

a board. The data provided from these new<br />

technologies will allow more accurate modeling<br />

for the design engineer and the ability<br />

to locate and correct problems found in the<br />

field and in compliance testing.<br />

Acknowledgments:<br />

Dr. David David Pommerenke<br />

Missouri University of S&T<br />

EMC – Laboratory<br />

Jin Min<br />

President<br />

Amber Precision Instruments<br />

Giorgi Muchaidze<br />

System Integration Manager<br />

Amber Precision Instruments<br />

References:<br />

ANSI SP14.5-2015 EOS/ESD Association<br />

Standard Practice for Electrostatic Discharge<br />

Sensitivity Testing – Near Field Immunity<br />

Scanning<br />

Charvaka, D., Gossner H., (2015) System<br />

Level ESD Co-Design, Wiley, IEEE Press<br />

Standard Practice in EMI Measurement on<br />

Shielding Effectiveness (SE) Evaluation Test<br />

(2016) Amber Precision Instruments 2016<br />

www.amberpi.com ◄<br />

Figure 5:<br />

Snapshot of<br />

injected current<br />

through a<br />

TVS device<br />

and towards a<br />

protected IC<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

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hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 81

---

RF & Wireless<br />

Antennas<br />

Synthesis of Robust UHF RFID Antennas<br />

on Dielectric Substrates<br />

Figure 1: UHF RFID tag and environment<br />

Figure 2: Setting dielectric values in band control<br />

AntSyn, a new antenna synthesis<br />

tool within the NI AWR software<br />

portfolio, has been enhanced to<br />

rapidly explore the design space<br />

more efficiently, supporting the<br />

simultaneous optimization of<br />

RFID antennas on a wide variety<br />

of dielectric substrates as specified<br />

by the user. This article will<br />

discuss the methods used for<br />

optimization and describe two<br />

examples of RFID antennas created<br />

using this technology.<br />

UHF RFID Tag Antenna<br />

Design Challenges<br />

and electromagnetic (EM) tools<br />

generally offer limited ability to<br />

explore the design space beyond<br />

modest tweaking of the antenna’s<br />

geometry through parameterization.<br />

Furthermore, limited design<br />

space optimization is particularly<br />

restrictive when making the<br />

antenna environmentally robust.<br />

Antenna synthesis has proven<br />

to be very effective at creating<br />

antennas for a wide variety of<br />

applications and has now been<br />

applied to this challenging problem.<br />

An important challenge<br />

in the design and integration<br />

of UHF RFID tag antennas in<br />

the real world is the difficulty<br />

of making them environmentally<br />

immune to the mounting<br />

platform, particularly if they<br />

will be installed over a dielectric,<br />

since the underlying dielectric<br />

properties are likely to<br />

be highly variable. A single tag<br />

design may need to be installed,<br />

for instance, on cardboard, drywall,<br />

plastic, fiberglass, wood, or<br />

other dielectrics [1], as illustrated<br />

in Figure 1. Placing a tag on<br />

different dielectrics will shift its<br />

resonant frequency. If it is sufficiently<br />

wideband, the tag will<br />

still have good performance as<br />

its resonant frequency shifts.<br />

Reducing the antenna footprint<br />

is another challenge for designers.<br />

Tags of λ/3 or less can be<br />

used in many more situations<br />

and cost much less. Therefore, it<br />

is desirable that tags be as electrically<br />

small as possible, however,<br />

smaller antennas necessarily<br />

have smaller bandwidth<br />

than larger antennas [2]. While<br />

Derek S Linden<br />

Derek.Linden@ni.com<br />

Jennifer Rayno<br />

Jennifer.Rayno@ni.com<br />

AWR Group, NI<br />

Ultra-high frequency (UHF)<br />

radio-frequency identification<br />

(RFID) tag antennas need to<br />

be inexpensive, efficient, and<br />

robust for the installation environment<br />

(immune to change in<br />

its electrical behavior due to its<br />

proximity to the mounting platform).<br />

Designing and optimizing<br />

such antennas by hand is a timeconsuming<br />

and difficult process,<br />

Figure 3: Example of original planar XYmesh antenna with<br />

dielectric on ground plane<br />

82 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

RF & Wireless<br />

Figure 4: New antenna type with a single-layer antenna on a dielectric (green rectangle) that<br />

simulates its installation environment. The red dot indicates the chip position<br />

Figure 5: Specifications used to synthesize RFID antenna across<br />

four different substrates. The impedance used for each band<br />

was to provide a conjugate-match to a chip with 16 – j148 Ω<br />

impedance [4]<br />

a very large tag antenna would<br />

easily be able to be wideband<br />

and thus very robust, it would<br />

only be able to be installed on<br />

relatively large objects and it<br />

would be higher in cost than a<br />

small tag. While tags of λ/3 or<br />

less can be used in many more<br />

situations and cost much less,<br />

when a tag is small compared<br />

to wavelength, bandwidth narrows<br />

and thus it is much more<br />

sensitive and difficult to design.<br />

In addition, while antennas are<br />

usually designed to match a<br />

real (typically 50 Ω) standard<br />

line impedance, the RFID chips<br />

themselves are generally not<br />

50 Ω devices and have reactive<br />

impedances. A typical value for<br />

a chip impedance might be 16 -<br />

j150 Ω [3]. To minimize reflection<br />

losses, it is desirable to<br />

design the antenna impedance<br />

to be a conjugate match of the<br />

RFID chip’s complex impedance<br />

directly so a matching network<br />

will not be necessary. Direct<br />

antenna-to-chip matching will<br />

significantly decrease the cost<br />

and complexity, and improve the<br />

overall reliability. However, this<br />

non-standard impedance matching<br />

makes the design challenge<br />

even more complex.<br />

Various approaches have been<br />

used in prior research to meet<br />

Figure 6: Design 1, where the red dot indicates chip location. The antenna’s dimensions are 94.4 x<br />

23.7 mm, while the substrate overall is 162.2 x 91.5 x 2 mm<br />

these challenges [3 - 6]. The<br />

most commonly used technique<br />

is making an antenna<br />

broadband to enable performance<br />

to be maintained over<br />

a set of substrates, which will<br />

shift the resonant frequency.<br />

In [4], a combination of equations<br />

and simulations are used<br />

to manually optimize existing<br />

commercial antennas to have<br />

good performance over a wide<br />

range of materials. Broadband<br />

performance is achieved in [5]<br />

by combining a small inductive<br />

coil with a planar dipoletype<br />

antenna, whereas [6] uses<br />

a complex design with multiple<br />

arrays of planar inverted-F<br />

antennas (PIFAs).<br />

Another method is making the<br />

antenna easily tunable to the<br />

specific dielectric by manually<br />

trimming in preset locations [3].<br />

All of these approaches have<br />

used standard human-in-the-loop<br />

engineering methods. This article<br />

discusses a new method of<br />

designing RFID antennas over<br />

a wide range of substrates using<br />

automated synthesis.<br />

A New Design<br />

Approach<br />

In this new design approach,<br />

AntSyn was used to create new<br />

RFID antennas on a variety of<br />

substrates. AntSyn uses evolutionary<br />

algorithms (EAs), a programmatic<br />

method that leverages<br />

EM simulations to efficiently<br />

explore the design space and<br />

automatically locate high-performance<br />

design options. Antenna<br />

synthesis with AntSyn is proving<br />

to be highly effective at<br />

generating antenna structures<br />

with excellent performance and<br />

has already been used to create<br />

many successful fielded antennas,<br />

including several that have<br />

been used on spacecraft [7].<br />

AntSyn allows the user to enter<br />

RF and form-factor specifications,<br />

such as bands, patterns,<br />

efficiency, geometry constraints,<br />

and more. It has a library of<br />

design templates and uses fullwave<br />

3D simulation [8, 9] to<br />

obtain performance information<br />

on candidate designs. Advanced<br />

optimization algorithms are used<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 83

---

RF & Wireless<br />

Figure 7: Design 1 input impedance for the frequency range optimized in AntSyn<br />

Figure 8: Design 1 return loss over AntSyn optimized frequency range and also a wider frequency<br />

sweep using input impedance from external full-wave 3D-simulation<br />

Figure 9: Design 1 maximum gain vs. frequency and radiation pattern for the є r = 3 and 13 cases<br />

to select and create antennas that<br />

are optimized to meet the user’s<br />

requirements.<br />

A new capability has been added<br />

to AntSyn that enables a single<br />

antenna design to use a userdefined<br />

set of substrates during<br />

optimization. In AntSyn, the<br />

band control option enables the<br />

user to select many different performance<br />

criteria generally related<br />

to frequency bands, such as<br />

start and stop frequencies, pattern<br />

requirements, polarization,<br />

and cross-polarization levels.<br />

However, with the addition of<br />

this new feature, the user is now<br />

able to set capability, the dielectric<br />

constant as a parameter for<br />

each band, if desired (Figure 2).<br />

This flexibility allows the user to<br />

essentially set up dielectric test<br />

cases for the antenna design. To<br />

do so, all criteria in each band is<br />

kept the same (impedance match,<br />

pattern), except for the dielectric.<br />

Each band is then given a different<br />

value for dielectric constant<br />

and loss tangent. AntSyn then<br />

directly optimizes performance<br />

for the antenna across the range<br />

of dielectrics.<br />

A new type of antenna has<br />

been created to take advantage<br />

of this optimization capability<br />

specifically for RFID antennas.<br />

Based on a very generic type of<br />

antenna, the “planar-XYmesh”<br />

type shown in Figure 3, the new<br />

antenna type has been used for<br />

small, integrated antennas (see<br />

[10] for some examples). This<br />

type is typically a PIFA-style<br />

antenna with a ground layer.<br />

For this effort, a new antenna<br />

type was added that is a singlelayer<br />

design, but still on a dielectric<br />

substrate. In this antenna, the<br />

substrate is now used to simulate<br />

the surface on which the<br />

RFID antenna will be installed,<br />

instead of being a part of the<br />

antenna itself. When coupled<br />

with the band-dielectric control<br />

described above, it enables the<br />

optimization of RFID antennas<br />

across a range of installation<br />

environments.<br />

This antenna is unique in how<br />

its geometric constraints have<br />

been implemented. The outer<br />

dimensions of all other antennas<br />

in the library are directly<br />

constrained by the user in the<br />

geometry control. For this new<br />

type, the antenna’s dimensions<br />

are set by the geometry control,<br />

but an additional set of antennaspecific<br />

parameters are used to<br />

set how far the dielectric extends<br />

beyond the antenna and how<br />

thick the substrate is. An example<br />

of this new antenna is shown<br />

in Figure 4.<br />

RFID Application<br />

Examples<br />

Two RFID antenna designs are<br />

presented. For both designs, as<br />

run within AntSyn, the specifications<br />

listed in Figure 5 were used.<br />

This set of specifications took<br />

only a few minutes to set up<br />

on the AntSyn web-based user<br />

interface and the run was executed<br />

using “medium quality,”<br />

which means AntSyn was given<br />

a moderate computational budget<br />

for solving this problem. Edging,<br />

a WIPL-D EM solver-specific<br />

parameter, was used to increase<br />

the accuracy of the simulation<br />

at the expense of greater time<br />

required. A 2 mm substrate thickness<br />

was used, as in [4].<br />

The resulting antenna design<br />

(Figure 6) had more than<br />

enough bandwidth to meet the<br />

target specification. However,<br />

the final design was scaled by<br />

84 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

RF & Wireless<br />

+1.9 percent to maximize the<br />

performance in the target band<br />

of 902 – 928 MHz. The final size<br />

was well within the desired size<br />

envelope, at 94.4 mm x 23.7 mm.<br />

The resulting final input impedance<br />

of the antenna is shown<br />

in Figure 7 and the corresponding<br />

return loss (matching of<br />

conjugate antenna impedance<br />

to chip impedance) is given in<br />

Figure 8, including a wider frequency<br />

sweep using an external<br />

full-wave 3D simulator.<br />

According to [4], a coupling<br />

of -2 dB appears to be acceptable.<br />

As can be seen in Figure 8,<br />

the synthesized antenna is able<br />

to meet this specification over<br />

the highlighted band of interest<br />

from 902 – 928 MHz. Radiation<br />

performance of the antenna is<br />

shown in Figure 9, illustrating<br />

good gain with an omnidirectional<br />

radiation pattern.<br />

For the second design (Design 2),<br />

a higher impedance penalty was<br />

imposed, employing an advanced<br />

control in AntSyn that penalizes<br />

the impedance more harshly<br />

when it is out of spec. This<br />

added permutation to the spec in<br />

Design 2, as shown in Figure 10.<br />

The input impedance and return<br />

loss for this antenna are shown in<br />

Figures 11 and 12, respectively.<br />

Due to the increased focus on<br />

optimizing impedance, Design 2<br />

has as good, if not better, performance<br />

than Design 1 across all<br />

dielectrics. Design 2 has a much<br />

wider matched frequency band<br />

across all dielectrics and no scaling<br />

was required. Finally, Figure<br />

13 shows the radiation performance<br />

of Design 2, again showing<br />

good performance.<br />

Figure 10: The antenna dimensions in Design 2 are 92.4 x 25.4 mm, while the substrate overall is<br />

158.9 x 91.9 x 2 mm<br />

Figure 11: Design 2 input impedance as calculated by AntSyn<br />

Conclusion<br />

The examples illustrate that it is<br />

possible to automatically synthesize<br />

a new RFID antenna in<br />

AntSyn that will work on multiple<br />

substrates. The synthesis process<br />

can match the chip antenna<br />

impedance, work over multiple<br />

dielectrics, and do so with minimal<br />

human effort required. This<br />

new capability within AntSyn<br />

can be used for many applications<br />

in addition to RFID antenna<br />

design, such as to increase yield<br />

Figure 12: Design 2 return loss<br />

for antennas that are sensitive to<br />

dielectrics or for body-worn or<br />

body-internal antenna design.<br />

Future work in this area will<br />

include adding multiple bands to<br />

accommodate worldwide UHF<br />

RFID frequencies, adding more<br />

dielectric variety, looking at how<br />

polarization can be added to the<br />

synthesis, and exploring the<br />

limits of how small the antenna<br />

can be when synthesized in this<br />

fashion.<br />

Readers are encouraged to learn<br />

more by visiting awrcorp.com/<br />

antsyn or by reaching out to the<br />

authors through email.<br />

References<br />

[1] Gaetano Marrocco, „The Art<br />

of UHF RFID Antenna Design:<br />

Impedance-Matching and Size-<br />

Reduction Techniques,“ IEEE<br />

Antennas and Propagation<br />

Magazine, Vol. 50, No. 1, February<br />

2008, pp.66-79.<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 85

---

RF & Wireless<br />

Figure 13: Design 2 maximum gain vs. frequency and radiation patterns for the є r = 3 and 13 cases<br />

[2] Harrington, R. F. (1960).<br />

„Effects of antenna size on gain,<br />

bandwidth, and efficiency“.<br />

Jour. Nat‘l Bureau of Standards.<br />

Washington D.C. USA: US<br />

National Bureau of Standards.<br />

64–D: 1–12.<br />

[3] Milan Polivka, Milan<br />

Svanda, „Stepped Impedance<br />

Coupled-Patches Tag Antenna<br />

for Platform-Tolerant UHF RFID<br />

Applications,“ IEEE Transactions<br />

on Antennas and Propagation,<br />

Vol. 63, No. 9, pp. 3791-<br />

3797, September 2015.<br />

[4] Shuai Shao, Robert J. Burkholder,<br />

and John L. Volakis,<br />

„Design Approach for Robust<br />

UHF RFID Tag Antennas Mounted<br />

on a Plurality of Dielectric<br />

Surfaces,“ IEEE Antennas and<br />

Propagation Magazine, Vol.<br />

56, No. 5, October 2014, pp<br />

158-166.<br />

[5] T. DeJeruyelle, P. Pannier,<br />

M. EgeJs, and E. Bergeret, “An<br />

RFID Tag Antenna Tolerant to<br />

Mounting on Materials,” IEEE<br />

Antennas and Propagation<br />

Magazine, Vol. 52, No. 4, pp<br />

14-19, August 2010.<br />

[6] Jun Zhang, Yunliang Long,<br />

„A Dual-Layer Broadband Compact<br />

UHF RFID Tag Antenna for<br />

Platform Tolerant Application.“<br />

IEEE Transactions on Antennas<br />

and Propagation, Vol. 61, No. 9,<br />

pp. 4447-4455, September 2013.<br />

[7] Jason D. Lohn, Derek S.<br />

Linden, Bruce Blevins, Thomas<br />

Greenling, Mark R. Allard,<br />

“Automated Synthesis of a Lunar<br />

Satellite Antenna System,” IEEE<br />

Trans. Antennas and Propagat.,<br />

vol 63, no 4, pp.1436-1444,<br />

April 2015.<br />

[8] B.M. Kolundzija, J.S. Ognjanovic,<br />

T.K. Sarkar, R.F. Harrington,<br />

“WIPL-program for<br />

analysis of metallic antennas<br />

and scatterers,” Ninth International<br />

Conference on Antennas<br />

and Propagation, 1995 (ICAP<br />

‚95), Conf. Publ. No. 407, 4-7<br />

Apr 1995.<br />

[9] WIPL-D Pro v11.0, Software<br />

and User’s Manual, WIPL-D<br />

d.o.o., Belgrade, 2014.<br />

[10] http://hothardware.com/<br />

news/3d-systems-3d-printingwith-conductive-ink-for-projectara-antennas<br />

Directional Patch Antennas for Body-Worn Tactical Applications<br />

RFMW Ltd. announced design<br />

and sales support for bodyworn<br />

antennas from Southwest<br />

Antennas. Model 1065-031 is a<br />

right-hand, circularly polarized<br />

(RHCP) antenna while model<br />

1065-032 offers left-hand polarization<br />

(LHCP). Developed to<br />

offer high performance, rugged<br />

antenna options, the antenna<br />

radome housing is resistant to<br />

damage from drops, being stepped<br />

or jumped on, and other<br />

potential abuse. Both 1065-031<br />

and 1065-032 antennas are designed<br />

for use with handheld<br />

or body-worn MIMO/MANET<br />

radio systems operating from<br />

1350 to 1390 MHz.<br />

Circular polarization offers<br />

performance enhancements in<br />

multi-antenna radio configurations,<br />

crowded RF/non lineof-sight<br />

scenarios, and improved<br />

performance in adverse<br />

weather conditions providing<br />

greater radio range for law<br />

enforcement, military or civilian<br />

applications. Freespace<br />

gain is specified at 4.2 dBic.<br />

Measuring only 3.75 x 3.75<br />

x 0.51 inches and weighing<br />

3.4 ounces, the 1065-031 and<br />

1065-032 feature a high performance<br />

stainless steel SMA(f)<br />

RF connector and waterproof,<br />

UV stable radome that can<br />

withstand immersion in 20 m<br />

of salt water for two hours<br />

if the RF connector is mated<br />

or sealed with a protective<br />

end cap. Southwest Antennas<br />

body worn products are easily<br />

secured into pouches, vests and<br />

MOLLE gear.<br />

■ RFMW Ltd.<br />

info@rfmw.com<br />

www.rfmw.com<br />

86 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

RF & Wireless<br />

Dual-channel rotary joint for X-band Radar systems<br />

The latest addition to Link Microtek’s<br />

extensive range of microwave rotary<br />

joints is a device featuring two X-band<br />

channels, both of which can be used to<br />

either transmit or receive signals in radar<br />

systems for coastal/border surveillance or<br />

critical infrastructure protection.<br />

Designed and manufactured at Link<br />

Microtek’s facility in Basingstoke, UK,<br />

the new AMCORJD-ALT1 device enables<br />

microwave signals to be fed to or from a<br />

compact radar antenna rotating continuously<br />

at in excess of 60 rpm and typically<br />

exposed to harsh environmental conditions<br />

such as wind, rain and salt spray.<br />

Both channels cover the frequency range<br />

8.0 to 9.5 GHz and can handle average<br />

microwave powers in excess of 100 W and<br />

peak powers of over 200 W. Microwave<br />

performance is excellent, with a maximum<br />

insertion loss of only 1.2 dB, maximum<br />

VSWR of 1.5:1 and an isolation of 80 dB.<br />

In order to satisfy requirements for long<br />

life and continuous operation, this robustly<br />

constructed rotary joint uses a non-contacting<br />

design, so the only wearing parts are<br />

the bearings. It is fabricated from lightweight<br />

aluminium with an Iridite finish<br />

and incorporates IP65 sealing to protect<br />

it from the ingress of moisture and dust.<br />

Featuring N-type connectors on the rotating<br />

side and SMA-type connectors on<br />

the fixed side, the rotary joint has overall<br />

dimensions of 84 mm (D) x 124 mm (L),<br />

excluding the connectors and bulkhead<br />

mounting flange.<br />

Other rotary-joint configurations and sizes<br />

can be supplied on request, customised to<br />

suit specific radar antenna requirements.<br />

■ Link Microtek Ltd<br />

www.linkmicrotek.com<br />

Extended-L Band Isolator/<br />

Circulators<br />

Isolators & Circulators covering L band<br />

with SMA and Type N-Female connectors.<br />

With typical spec’s of; 50 watts (fwd), 1.45:1<br />

VSWR, 0.9 dB Insertion Loss and 15 dB<br />

Isolation. Available from stock to 4 weeks<br />

ARO. Made in USA - 36 month warranty<br />

■ MECA Electronics, Inc.<br />

www.e-MECA.com<br />

Right Angle SMA Attenuators<br />

MECA offers a series of 2 watt SMA right<br />

angle Attenuators operating up to 4 GHz.<br />

The 662-dB-1RA series attenuators cover<br />

all wireless applications from Hz – 4.0 GHz<br />

and available in standard values as well as<br />

odd values from 0 thru 32 dB. Made in<br />

USA, 36 month warranty.<br />

■ MECA Electronics, Inc.<br />

www.e-MECA.com<br />

Low PIM 40 dB Coupler<br />

MECA’s Low PIM High Power (300 watts)<br />

Couplers meet and exceed the industry standard<br />

of -161 dBc typical for all your DAS<br />

Application needs. Available in 3, 6,10, 20 &<br />

now 40 dB models and weatherproof IP 67<br />

standard and IP 68 available Type N. Made<br />

in USA and 36-month warranty!<br />

■ MECA Electronics, Inc.<br />

www.e-MECA.com<br />

Overshoot-Free 5-Bit Digital<br />

Attenuator to 6GHz<br />

RFMW, Ltd. announces design and sales<br />

support for a Digital Step Attenuator (DSA).<br />

The Qorvo RFSA3523 offers 5-bits of<br />

attenuation with 0.5dB LSB step size providing<br />

15.5dB of attenuation range from<br />

5 to 6000MHz. Featuring overshoot-free<br />

transient switching between attenuation<br />

steps, the RFSA3523 is ideal for wireless<br />

infrastructure, military radio, land mobile<br />

radio and access points. High linearity (IIP3<br />

>55dBm), fast switching speed of 120nS<br />

and low insertion loss of 1.4dB typify performance.<br />

SOI technology improves robustness<br />

and allows on-board logic control for<br />

serial interface. Qorvo offers this DSA in a<br />

3x3mm QFN package.<br />

■ RFMW, Ltd.<br />

www.rfmw.com<br />

5G Ready Millimeter-Wave<br />

Products<br />

MECA offers a Family of 5G ready Millimeter-wave<br />

Power Dividers, Couplers, Isolators,<br />

Attenuators, Terminations, DC Blocks<br />

& Bias Tee’s covering up to 40 GHz with<br />

2.92 mm connectors. Ideal for Satcom, 5G<br />

and backhaul upgrade applications.<br />

■ MECA Electronics, Inc.<br />

www.e-MECA.com<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 87

---

RF & Wireless<br />

Test & Measurement<br />

A Product Development Flow for 5G/LTE<br />

Envelope Tracking Power Amplifiers, Part 2<br />

ET and DPD Enhance<br />

Efficiency and Linearity<br />

Figure 12: Simulated AM-AM and AM-PM response plots for a power amplifier driving into<br />

compression<br />

As a result of the increased PAPR<br />

and peak power requirements<br />

of LTE-A and carrier aggregation,<br />

linearization and efficiency<br />

enhancement techniques<br />

such as DPD and ET will be<br />

even more crucial to the future<br />

of cellular standards than they<br />

already are for LTE today. DPD<br />

enables designers to operate in<br />

the efficient yet non linear region<br />

of an amplifier while retaining<br />

the transmitted-signal linearity<br />

required of most digital modulation<br />

formats. DPD does not<br />

produce dramatic improvements<br />

in PA efficiency, but it does<br />

improve the quality of a signal<br />

that a PA produces when operating<br />

at its peak efficiency point.<br />

The approach to DPD can range<br />

from simple solutions such as<br />

National Instruments<br />

ni.com/awr<br />

Figure 13: Predisortion reverses the nonlinear behavior of the PA<br />

88 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

RF & Wireless<br />

a basic look-up table (LUT) to<br />

more complex real-time signal<br />

processing approaches. To linearize<br />

a PA via an LUT, the measured<br />

or simulated output power<br />

and phase of the PA must be characterized<br />

as a function of input<br />

power (Figure 12) (simulations<br />

performed in Microwave Office<br />

based on shown PA circuit).<br />

These measurements produce<br />

the AM-AM/AM-PM responses<br />

used to create an LUT that relates<br />

every input power/phase combination<br />

to the power/phase<br />

required to produce the desired<br />

linear output. By predistorting<br />

the input waveform, the PA<br />

can essentially be linearized.<br />

Figure 13 shows the compression<br />

of a nominal (64-QAM) waveform,<br />

which produces a constellation<br />

where the peak portions of<br />

the signal experience less gain<br />

than other portions. Thus, by<br />

predistorting the waveform such<br />

that the higher power symbols<br />

are amplified (gain expansion),<br />

the nonlinear behavior of the<br />

Figure 14: LUT DPD development flow based on (1) full simulation<br />

in V SS (2) LabVIEW modeling of the LUT with simulated PA (3) LUT<br />

implemented in PXI hardware co-simulation with Microwave Office<br />

PA model (4) PXI-based LUT predistortion of waveform driving<br />

actual PA<br />

PA actually corrects the predistorted<br />

waveform. The resulting<br />

PA output using a predistorted<br />

waveform produces a more<br />

reasonable constellation. With<br />

NI design and test solutions,<br />

the LUT can be developed into<br />

hardware through a combination<br />

of simulated and measured data,<br />

progressively replacing simulation<br />

models/results with hardware<br />

and measured data (Figure<br />

14). The LUT is initially implemented<br />

in V SS and used to predistort<br />

the waveform, exciting<br />

a simulated PA with nonlinearities<br />

represented with a behavioral<br />

model using measured or<br />

simulated data.<br />

Comparison of the original PA<br />

input/output power response<br />

(showing compression) and the<br />

response after predistortion is<br />

shown in Figure 15. ET technology<br />

enables operators to utilize<br />

only as much power as is necessary<br />

to provide the amplified<br />

output. This technology reduces<br />

energy consumption, thus significantly<br />

lowering operating costs<br />

while providing environmental<br />

sustainability. In addition, from<br />

the hardware system perspective,<br />

this means a smaller form factor,<br />

higher reliability due to lower<br />

junction temperatures, and much<br />

Figure 15: V SS implementation of three simulations of PA (1) without DPD (2) PA with LUT (3) PA with fixed-point LUT and resulting P out<br />

vs. P in . 55<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 89

---

RF & Wireless<br />

in practice. A consequence of<br />

varying V cc as a function of output<br />

power is that the amplifier’s<br />

gain will dynamically change as<br />

V cc is changed, thus increasing<br />

AM-AM distortion. This effect<br />

can be reduced by using a smaller<br />

range of V cc levels, which<br />

leads to a design tradeoff between<br />

P AE and AM-AM distortion.<br />

DPD algorithms can be applied<br />

to the baseband RF waveform<br />

in order to correct for additional<br />

distortion introduced by ET.<br />

Figure 16: P AE vs. P out across V cc.<br />

lower weight due to reduced battery<br />

and energy requirements.<br />

The principle behind ET is to<br />

operate the amplifier in compression<br />

as often as possible. This<br />

technique makes use of the fact<br />

that both the point of peak efficiency<br />

and the point of peak output<br />

power vary as the supply voltage<br />

changes. To illustrate this point,<br />

Figure 16 displays P AE as a function<br />

of output power for several<br />

V cc values. The output power of<br />

peak efficiency tends to increase<br />

with an increase in V cc . The basic<br />

idea of ET is to map instantaneous<br />

output power to an optimal<br />

V cc value, thereby maximizing<br />

the time the amplifier spends on<br />

the edge of compression. While<br />

the idea of modulating the V cc<br />

signal to maximize P AE is good in<br />

theory, this is difficult to execute<br />

Figure 17: (a) MaXentric ETPA with MaXEA, (b) spectra before and after MaXPAL linearization,<br />

(c) AM-AM and AM-PM before MaXPAL linearizaton, and (d) AM-AM and AM-PM after MaXPAL<br />

linearization<br />

Real-World Example:<br />

ET PA with DPD<br />

MaXentric Technologies, LLC<br />

is a specialty R&D firm that<br />

provides product design, development,<br />

and manufacturing<br />

services for the military defense<br />

market, as well as telecommunications/broadcast<br />

commercial<br />

markets. MaXentric products<br />

include simple low-cost<br />

mmWave broadband wireless<br />

transceivers, passive radio-frequency<br />

identification (RFID)<br />

readers, and high-efficiency<br />

ETPAs. Typical applications<br />

include intelligence, surveillance,<br />

and reconnaissance (ISR)<br />

components, high-bandwidth<br />

wireless communications, electronic<br />

warfare (EW), broadband<br />

high-efficiency PAs, and more.<br />

The engineers at MaXentric<br />

were focused on developing the<br />

world’s first integrated circuit<br />

(IC)-based envelope modulator<br />

(MaXEA 1.0) for use in envelop<br />

tracking applications to improve<br />

the efficiency of PAs operating<br />

with high PAPR signals found in<br />

LTE, LTE-A, and 5G communication<br />

systems. The PA chosen<br />

for their reference design was a<br />

6 W GaN device, pre-matched<br />

for LTE band 1 (2.14 GHz).<br />

At saturation, the PA provided<br />

11.5 dB of gain at 53 percent<br />

P AE . To provide the required linearity,<br />

the PA needed to operate<br />

at an OBO of 0.5 W (PAPR of<br />

10.8 dB), resulting in a P AE of less<br />

than 10 percent. With DPD, the<br />

PA was able to operate at a higher<br />

OBO of 2 W, resulting in a<br />

P AE of approximately 25 percent.<br />

Through the use of DPD, ET,<br />

and optimization of the output<br />

90 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

RF & Wireless<br />

Figure 18: Retuning of the ETPA using Microwave Office software<br />

match using on-board tuning designed<br />

with Microwave Office<br />

software and measured load-pull<br />

data, the PA was able to operate<br />

at the saturated output power<br />

of 6 W, with a slight improvement<br />

in P AE of 54.6 percent and<br />

excellent linearity with a measured<br />

ACPR of 74.5 dBc (Figure<br />

17). The PCB output matching<br />

circuit and its frequency-swept<br />

impedance as seen from the<br />

output of the PA are shown in<br />

Figure 18. The design and its<br />

response were generated in<br />

Microwave Office software by<br />

simulating a microstrip-based<br />

impedance transformer composed<br />

of transmission-line models<br />

and verified with AXIEM, 3D<br />

planar EM simulator within<br />

NI AWR Design Environment.<br />

The design’s physical dimensions<br />

were determined through<br />

optimization to match the measured<br />

impedances of the loadpull<br />

tuners used to optimize the<br />

performance of the PA on the<br />

load-pull test bench.<br />

Test Solutions for ETPA<br />

Development<br />

The success of this project was<br />

made possible by the development<br />

of an ETPA test bench<br />

capability for real-time efficiency<br />

and linearity measurements<br />

supporting the optimization of<br />

PA design utilizing ET and DPD,<br />

and the flexibility to accommodate<br />

different LTE and 5G<br />

signals. The test bench uses Lab-<br />

VIEW software to design and<br />

optimize the ETPA, along with<br />

the NI vector signal transceiver<br />

(VST) for RF signal generation<br />

and the NI arbitrary waveform<br />

generator (AWG) for envelope<br />

signal generation.<br />

Traditional test benches are made<br />

to test PAs with a constant sup-<br />

Figure 19: Test modules used in the development of an ETPA test bench<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 91

---

RF & Wireless<br />

Figure 20: Time alignment between RF signal and envelope supply<br />

ply voltage. In ET, a modulator is<br />

used as a dynamic power supply<br />

that varies as a function of the<br />

signal’s envelope. This technique<br />

is deliberately designed<br />

for signals with high PAPR and<br />

hence, traditional PA tests cannot<br />

be used to optimize its performance.<br />

The average performance<br />

for a modulated signal is<br />

what needs to be evaluated in an<br />

ETPA, as opposed to continuous<br />

wave (CW) performance at the<br />

peak supply voltage. The problem<br />

is further complicated by<br />

the lack of accurate models over<br />

a wide range of supply voltages.<br />

Most device models are valid<br />

at the nominal constant supply<br />

voltage ±10%, while in ET the<br />

supply voltage can be 90% lower<br />

than the peak supply voltage.<br />

Hence, real-time performance<br />

measurements are highly desired<br />

for optimizing the ETPA.<br />

There are many benefits to using<br />

the NI PXI, VST, and AWG<br />

for ET. Similar test benches<br />

have been built in the past and<br />

have taken a year or more to<br />

complete. With NI’s excellent<br />

integration and the use of Lab-<br />

VIEW, the designers were able<br />

to complete the NI envelopetracking<br />

test bench in less than<br />

two months. An important feature<br />

that PXI offers is the ease<br />

of synchronization between the<br />

equipment modules. Due to<br />

the nature of ET, it is critical<br />

that the supply envelope signal<br />

arrive at a specific time with<br />

respect to the RF signal. Additionally,<br />

5G PAs need to support<br />

various types of modulations,<br />

which the VST can easily generate.<br />

Another advantage to the<br />

VST is the widely tunable RF<br />

frequency it offers (65 MHz to<br />

6 GHz). The second generation<br />

VST, introduced in the summer<br />

of 2016, provides even greater<br />

capabilities with an operating<br />

frequency range from 9 kHz to<br />

6.5 GHz, 1 GHz of instantaneous<br />

bandwidth, and a large Virtex 7<br />

onboard field-programmable<br />

gate array (FPGA) for signal processing<br />

such as real-time DPD.<br />

This covers most of the nonmmWave<br />

LTE bands of interest<br />

with 200 MHz of instantaneous<br />

bandwidth, allowing system flexibility<br />

for various applications<br />

in addition to LTE. Because ET<br />

is inherently wideband in terms<br />

of tunable RF bandwidth, a wideband<br />

ETPA with this NI ET test<br />

bench can be used to test various<br />

LTE bands, GPS, and military<br />

applications, all on the same day<br />

with simply a click to change the<br />

RF frequency.<br />

To develop a test bench for optimizing<br />

ET, the various modules<br />

described in Figure 19 were<br />

used. Power source measurement<br />

units (SMUs) were used<br />

to allow for real-time DC power<br />

consumption measurements.<br />

RF power meters enable users<br />

to monitor the input and output<br />

power. In LabVIEW, these measurements<br />

are put together and<br />

calculations are done to allow for<br />

instantaneous monitoring of the<br />

efficiency, gain, and output. The<br />

envelope signal was generated<br />

using the AWG. The VST served<br />

as the RF signal generator<br />

as well as the RF feedback analyzer.<br />

Leveraging the feedback<br />

signal and MathScript, DPD was<br />

used to improve the linearity of<br />

the ETPA. The envelope shaping<br />

relationship between the true<br />

envelope of the signal and the<br />

supply voltage was optimized<br />

easily by simply loading a different<br />

equation. As mentioned<br />

earlier, impedance tuning for<br />

best performance can be done by<br />

load pulling and source pulling<br />

with external tuners and Microwave<br />

Office software was used<br />

to apply the optimized tuning to<br />

the on-board ETPA. The reduced<br />

characterization time and ability<br />

to optimize the ETPA in real time<br />

offers a significant game changer<br />

for PA designers.<br />

The time alignment of the amplitude<br />

signal and RF signal at the<br />

RF transistor is critical for optimizing<br />

the ETPA’s performance.<br />

A time misalignment in these<br />

two signals will produce signal<br />

distortion, degrade ACPR performance,<br />

and reduce efficiency.<br />

Characterization of the timedelay<br />

difference between these<br />

two signal paths will allow for<br />

time alignment. This delay difference<br />

may vary with temperature<br />

or aging and therefore the<br />

system would need to compensate<br />

for this variation in order to<br />

ensure optimum performance.<br />

Using PXI, a VST, an AWG, and<br />

LabVIEW, the designers were<br />

able to visually see the improvement/degradation<br />

in linearity<br />

and efficiency as the alignment<br />

between the RF signal and the<br />

envelope supply was altered in<br />

real time (Figure 20).<br />

Results of Envelope<br />

Tracking using PXI,<br />

VST, and NI AWR<br />

Design Environment<br />

The NI VST and PXI were<br />

used to optimize the LTE<br />

Band 1 (2.14 GHz) PA using<br />

MaXentric’s MaXEA 1.0 modulator.<br />

The MaXEA 1.0 is a 30 V<br />

integrated envelope modulator<br />

with greater than 70% modulator<br />

efficiency, capable of outputting<br />

up to 7 W of average envelope<br />

power. The modulator was designed<br />

to support signals with<br />

high PAPRs such as those used<br />

in LTE and 5G and is compatible<br />

with various PA technologies<br />

such as LDMOS, GaN, GaAs,<br />

and more.<br />

Conclusion<br />

A consequence of high data-rate<br />

communications such as LTE,<br />

LTE-A, and future 5G systems<br />

offering greater spectral efficiency<br />

based on carrier aggregation<br />

and OFDMA (or other<br />

modulation schemes) will be the<br />

increase in the PAPR of the timedomain<br />

signal. Signals with large<br />

PAPR will experience nonlinear<br />

distortions at the transmit power<br />

amplifier, resulting in in-band<br />

distortion and out-of- band spectral<br />

leakage, which cause performance<br />

degradation, interference<br />

to other systems, energy inefficiency,<br />

reduced cell coverage, and<br />

system capacity loss. Hence, RF<br />

components in the transmitter<br />

front-end must be designed for<br />

linearity and efficiency.<br />

This white paper has described<br />

the combined use of circuit/<br />

system/electromagnetic cosimulation<br />

available in NI AWR<br />

Design Environment, inclusive<br />

of Microwave Office, V SS , and<br />

AXIEM software, along with a<br />

measurement solution based on<br />

NI PXI, VST, and LabVIEW to<br />

significantly reduce the optimization<br />

and product development<br />

time for a wideband ETPA<br />

across different bands and applications.<br />

◄<br />

92 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

RF & Wireless<br />

Products<br />

400G/PAM-4 Test Challenges at DesignCon <strong>2017</strong><br />

Keysight Technologies, Inc. has<br />

demonstrated its latest highspeed<br />

digital solutions at Design Con<br />

<strong>2017</strong>.<br />

Keysight demonstrated<br />

the following solutions<br />

1. USB 3.1/Type-C Tx/Rx/PD<br />

Test – Keysight has demonstrated<br />

its latest USB Type-C transmitter<br />

and receiver test solutions,<br />

developed to properly characterize<br />

and validate USB designs, as<br />

well as its cable and connector<br />

test solution using its network<br />

analyzer with the TDR option.<br />

2. PCIe Rx/Tx Test – Keysight<br />

demonstrated the tools and techniques<br />

that engineers can use to<br />

test PCI Express 4.0 devices,<br />

specifically the physical layer<br />

Gen4 requirements for transmitters<br />

and receivers.<br />

3. Signal Integrity and Power<br />

Integrity – Keysight showed a<br />

cohesive solution for signal and<br />

power integrity analysis. This<br />

includes new design and test<br />

techniques to gain rapid insight,<br />

as well as new channel simulation<br />

techniques.<br />

Keysight’s Physical Layer Test<br />

System (PLTS) <strong>2017</strong> is a new<br />

software release and features<br />

PAM-4 eye diagrams, channel<br />

operating margin (COM) and<br />

a SCPI command interface for<br />

manufacturing automation applications.<br />

4. 400G/PAM-4 – Keysight<br />

showed new measurement<br />

techniques, including its new<br />

M8040A highly integrated 64<br />

Gbaud high-performance BERT,<br />

developed for testing electrical<br />

and optical PAM-4 transmitters<br />

and receivers.<br />

5. Data Analytics – Keysight<br />

demonstrated its new data analytics<br />

software capability that<br />

addresses the need for data<br />

management and efficient and<br />

intuitive measurement analysis.<br />

6. DDR4/DDR5 Memory<br />

Test and Validation – Keysight<br />

demonstrated how to<br />

easily acquire cross-correlated<br />

measurements of traffic on<br />

DDR/LPDDR buses and the<br />

power integrity of systems, as<br />

well as innovative new probing<br />

and debug techniques that provide<br />

rapid insights for engineers<br />

into their high-speed memory<br />

systems.<br />

7. Flexible Multi-Level Signal<br />

Generation – Using its M8195A<br />

and M8196A AWGs, Keysight<br />

demonstrated how to generate<br />

multi-level signals, such<br />

as HDMI, MIPI, and PAM-16<br />

802.3bz.<br />

Keysight service and support<br />

specialists will be available at<br />

the booth to answer questions<br />

about its accredited calibrations,<br />

technology refresh services, training<br />

and consulting offerings.<br />

■ Keysight Technologies, Inc.<br />

www.keysight.com<br />

Antennas<br />

Easy-to-use antenna alignment tool offers superior accuracy for optimum network performance<br />

Now available in the UK from RF and<br />

microwave equipment supplier Link<br />

Microtek is a portable instrument that<br />

enables telecommunications-antenna<br />

installers and maintenance technicians to<br />

rapidly align antennas to the highest levels<br />

of accuracy, thereby optimising network<br />

performance.<br />

Manufactured by US firm Sunsight Instruments<br />

LLC, the AntennaAlign Alignment<br />

Tool (AAT) measures the antenna’s azimuth,<br />

tilt, roll and height above ground<br />

level and instantly displays the results<br />

on any WiFi-enabled device. There is no<br />

need for cables, additional software or<br />

post processing.<br />

The AAT is simple to operate and is supplied<br />

with a universal mount allowing it to<br />

be easily attached to almost any antenna.<br />

Reports can be generated on-site and<br />

transmitted immediately in PDF or CSV<br />

format as a permanent record of the final<br />

alignment specifications, including date,<br />

time, latitude and longitude.<br />

As well as being extremely light (1.6 kg),<br />

the AAT is designed to withstand the<br />

rigours of the outdoor environment. It<br />

has no internal moving parts and features<br />

a weather-resistant and durable powdercoated<br />

aluminium housing, which also<br />

provides excellent RF shielding. Operating<br />

temperature range is specified as -40<br />

to 70 °C. Also available is the MW-15<br />

Microwave Path Alignment Kit, which<br />

is a complete system for aligning microwave<br />

links regardless of distance. Using<br />

the exact GPS locations of two antennas,<br />

the kit calculates and displays the required<br />

alignment at both ends of the link in real<br />

time. This method enables links to be aligned<br />

by a single technician, unlike other<br />

systems that require two technicians at each<br />

end of the link. No RF power is required<br />

and the process involves no disassembly of<br />

the antennas or removal of the feed horn.<br />

The Microwave Path Alignment Kit includes<br />

two AAT alignment tools, two Sunsight<br />

IP68 rugged tablet computers, two<br />

universal microwave mounts, two battery<br />

chargers and two hard carrying cases.<br />

■ Link Microtek Ltd<br />

www.linkmicrotek.com<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 93

---

RF & Wireless<br />

Antennas<br />

Cloverleaf Omni Antennas<br />

have Integrated RF<br />

Goosenecks<br />

RFMW Ltd. announced design and sales<br />

support for Southwest Antennas’ “cloverleaf”<br />

configuration of omni antennas.<br />

Dubbed ‘Turbo Cloverleaf’, these antennas<br />

are 3x smaller than existing solutions<br />

yet maintain similar antenna gain,<br />

efficiency and excellent radiation pattern<br />

control over the entire operational frequency<br />

band. Model 1032-024 is a right<br />

hand circular polarized (RHCP) Omni<br />

cloverleaf antenna with 2.3...2.5 GHz<br />

frequency band coverage and 1.2 dBi<br />

gain. Model 1032-025 is a left hand<br />

circular polarized (LHCP) antenna.<br />

Both models from Southwest Antennas<br />

offer 40 dB of isolation between<br />

two co-located antennas with opposite<br />

CP polarizations, which is a significant<br />

improvement over two co-located vertical<br />

or opposite slant polarized antennas.<br />

The small size, rugged design, and<br />

high performance characteristics make<br />

the Turbo Cloverleaf ideal for military,<br />

law enforcement, unmanned vehicle,<br />

and commercial wireless applications.<br />

Both the 1032-024 and 1032-025 feature<br />

a three-inch flexible coaxial gooseneck<br />

with SMA male connectors, allowing for<br />

a wide range of position and mounting<br />

options. Waterproof housings make the<br />

antennas suitable for indoor or outdoor<br />

use in any climate.<br />

■ RFMW, Ltd.<br />

info@rfmw.com<br />

www.rfmw.com<br />

Products<br />

Overshoot-Free 6-Bit<br />

Digital Attenuator is Bus<br />

Addressable<br />

RFMW, Ltd. announced design and sales<br />

support for a Digital Step Attenuator (DSA).<br />

The Qorvo RFSA3623 offers 6-bits of attenuation<br />

with 0.25 dB LSB step size providing<br />

15.75 dB of attenuation range from 5<br />

to 6000 MHz. Featuring overshoot-free transient<br />

switching between attenuation steps,<br />

the RFSA3623 is ideal for wireless infrastructure,<br />

military radio, land mobile radio<br />

and access points. High linearity (IIP3 >55<br />

dBm), fast switching speed of 120 ns and<br />

low insertion loss of 1.4 dB typify performance.<br />

SOI technology improves robustness<br />

and allows on-board logic control for<br />

serial interface and up to 8 DSAs can be<br />

addressed on a single, common bus. Qorvo<br />

offers this DSA in a 3 x 3 mm QFN package.<br />

■ RFMW, Ltd.<br />

info@rfmw.com<br />

www.rfmw.com<br />

High-Performance, Highly<br />

Integrated RF Frontend<br />

Module<br />

Skyworks is pleased to introduce the<br />

SKY66105-11, a new high-performance,<br />

highly integrated RF frontend module<br />

(FEM) designed for high power Industrial,<br />

Scientific and Medical (ISM) and Connected<br />

Home applications operating within the 902<br />

to 931 MHz frequency band. This FCCcompliant<br />

module integrates harmonic filters<br />

and shielding, making it an ideal design<br />

choice for sensors, smart meters (water, gas,<br />

electric) and machine-to-machine uses. The<br />

SKY66105-11 features 30 dBm P out which<br />

maximizes range while staying within FCC<br />

regulatory limits. The module’s single-ended<br />

50 Ohm transmit/receive interface offers<br />

a reduced bill of materials and includes<br />

fast On/Off time (1...2 µs), which results<br />

in a reduction in current and enables rapid<br />

timing and multi-protocol arbitration. The<br />

RF blocks operate over a wide supply voltage<br />

range (2 to 4.8 V) for battery-powered<br />

applications. This device is manufactured in<br />

an industry-leading compact MCM 12-pin<br />

8 x 6 x 1.05 mm package.<br />

■ Skyworks Solutions, Inc.<br />

www.skyworksinc.com<br />

10 W GaN Amplifier serves<br />

Broadband Applications<br />

RFMW Ltd. announced design and sales<br />

support for a broadband amplifier designed<br />

to support electronic warfare, defense communications<br />

and L-Band radar. The Qorvo<br />

TGA2976-SM provides 10 W of saturated<br />

power with an input power of 0.5 W. While<br />

large signal gain is 13 dB, small signal<br />

gain is >20 dB. Supporting applications<br />

in frequencies from 100 to 3000 MHz, the<br />

TGA2976-SM requires a 40 V bias with<br />

360 mA of current and provides a power<br />

added efficiency (PAE) of >48%. Qorvo<br />

packages this device in a plastic 4 x 4 mm,<br />

air cavity, leadless SMT.<br />

■ RFMW Ltd.<br />

www.rfmw.com<br />

X-Band GaN Transistor<br />

provides 5 W<br />

RFMW, Ltd. announced design and sales<br />

support for a plastic GaN transistor from<br />

Qorvo. The TGF2977-SM provides 5 W<br />

of saturated power from 8 to 12 GHz for<br />

various applications including marine and<br />

weather radar, military radar and avionics.<br />

Operational to very low frequency, the<br />

recommended bias voltage is 32 V. The<br />

TGF2977-SM provides >50% PAE and<br />

small signal gain of >13 dB at mid X-band<br />

94 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

RF & Wireless<br />

Products<br />

Oscillators<br />

this adjustable bias, multi-stage module in<br />

a 7 x 7 mm SMT package.<br />

■ RFMW Ltd.<br />

www.rfmw.com<br />

50 W C-Band GaN Amplifier<br />

offered in Plastic Package<br />

frequencies. Offered in a low cost, low thermal<br />

resistance, plastic, QFN package measuring<br />

3 x 3 mm, this transistor is capable of<br />

supporting CW and pulse operation.<br />

■ RFMW, Ltd.<br />

www.rfmw.com<br />

2.35 GHz, 0.5 W Small Cell PA<br />

RFMW, Ltd. announced design and sales<br />

support for Qorvo’s TQP9424, a 0.5 watt<br />

power amplifier for small cell radios. Spanning<br />

the 2.3 to 2.4 GHz frequency band, this<br />

internally matched amplifier covers band 30<br />

and band 40 wireless infrastructure applications.<br />

The TQP9424 has 36 dB of gain and<br />

-47 dBc ACLR at 27 dBm. Recommended<br />

supply voltage is 4.5 V with 470 mA current<br />

draw but it can be operated at 5 V if<br />

higher power is needed. Qorvo offers this<br />

adjustable bias, multi-stage module in a 7<br />

x 7 mm SMT package.<br />

RFMW, Ltd.<br />

www.rfmw.com<br />

1960 MHz, 0.5 W Small Cell<br />

PA<br />

RFMW Ltd. announced design and sales<br />

support for Qorvo’s QPA9419, a 0.5 watt<br />

power amplifier for small cell radios. Spanning<br />

the 1930 to 1995 MHz frequency band,<br />

this internally matched amplifier covers band<br />

2, band 25 and band 36 wireless infrastructure<br />

applications. The QPA9419 has 30 dB of<br />

gain and -47 dBc ACLR at 27 dBm. Recommended<br />

supply voltage is 4.5 V with 455<br />

mA current draw but it can be operated at 5<br />

V if higher power is needed. Qorvo offers<br />

RFMW Ltd. announced design and sales support<br />

for a high performance GaN amplifier.<br />

The Qorvo TGA2307-SM provides 50 W<br />

of saturated power for pulsed applications<br />

like radar or satellite communications in the<br />

5 to 6 GHz band. Small signal gain is >26<br />

dB and the amplifier operates from a 28 V<br />

supply drawing 500 mA of current. With a<br />

PAE of >44% and 20 dB large signal gain,<br />

the TGA2307-SM provides superior overall<br />

C-band performance in power, gain and<br />

PAE. It’s offered in a 6 x 6 mm QFN plastic<br />

over-mold package.<br />

■ RFMW, Ltd.<br />

www.rfmw.com<br />

6-Bit Phase Shifter for<br />

X-Band<br />

RFMW Ltd. announced design and sales support<br />

for a digital phase shifter from Qorvo.<br />

The TGP2109-SM offers 6-bit resolution<br />

with 5.625 degree LSB. Designed to support<br />

commercial and military radar in the<br />

8...12 GHz (X-band) frequency range, input<br />

P1dB level is 29 dBm. IIP3 is >40 dBm<br />

while insertion loss is 6 dB.The TGP2109-<br />

SM comes in a 4 x 4 mm QFN package but<br />

is available in DIE form as the TGP2109.<br />

■ RFMW, Ltd.<br />

www.rfmw.com<br />

Euroquartz launches new<br />

Ultra-Low-Jitter Oscillators<br />

Euroquartz has launched a new range<br />

of oscillators offering ultra-low phase<br />

jitter of 50 fs typical. The new oscillators,<br />

produced in the UK, provide<br />

LVCMOS output from a supply voltage<br />

of 1,8, 2,5 or 3,3 V.<br />

Designed for use in applications that<br />

require ultra-low phase noise - such as<br />

flat panel displays for consumer TVs,<br />

video streaming systems via external<br />

cables (e.g. LDI), high speed serial<br />

communications links such as Serial<br />

ATA & FireWire, SONET, xDSL, SDH,<br />

set-top box and Ethernet cards – the<br />

new EQHJ series oscillators deliver<br />

frequency stability from ±25ppm over<br />

the industrial frequency range −40 to<br />

+85 °C. Three industry standard surface<br />

mount packages are available encompassing<br />

7,0 x 5,0 x 1,4 mm, 5,0 x 3,2 x<br />

1,2 mm and 3,2 x 2,5 x 1,0 mm. Current<br />

consumption ranges from 3 mA typical,<br />

5 mA maximum for the smallest<br />

package size to 7 mA typical, 10 mA<br />

maximum for the largest devices.<br />

All package sizes are available over<br />

the frequency range 5,0 to 50 MHz<br />

and additional specifications include<br />

15 pF load (CMOS), start-up time of<br />

0,8 ms typical, 5,0 ms maximum and<br />

duty cycle of 50% ±5% (measured at<br />

50% V DD ). Typical rise times are 5,0 ns<br />

for smallest size down to 1,5 ns for largest<br />

package, 10 ns maximum across<br />

all sizes. Ageing is ±3ppm for first<br />

year and ±2ppm per year thereafter<br />

(at 25 °C). Phase noise specifications<br />

are 48 fs typical at 3,3 V DD and 118 fs<br />

typical at 1,8V DD .<br />

■ Euroquartz Ltd,<br />

www.euroquartz.co.uk<br />

hf-praxis 4/<strong>2017</strong> 95

---

448-RevT.indd 1

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Die größte Auswahl für den Industriebereich<br />

umfasst tausende von Modellen für 2 kHz bis 40 GHz<br />

mit HF-Leistungen bis zu 300 W in Gehäusen vom Koaxial-,<br />

The industry’s largest selection includes<br />

THOUSANDS<br />

Flatpack-, Surfacemount- oder Rackmount-Typ bei 50 oder 75 Ohm<br />

of models from 2 kHz to 40 GHz, with up to 300 W Systemimpedanz.<br />

power<br />

handling, in coaxial,flat-pack, surface mount and rack mount<br />

Die Design-Palette umfasst 2- bis 48-Weg-Ausführungen<br />

housings for 50 and 75 Ω systems.<br />

mit Phasenkonfigurationen für 0°, 90° oder 180°.<br />

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DISTRIBUTORS<br />

448 rev T<br />

2/1/17 9:55 AM

---

RF & Wireless<br />

Products<br />

Non-mag with new dielectric formulation<br />

Knowles Capacitors is pleased<br />

to announce that their ongoing<br />

material development process<br />

has qualified an X8R dielectric<br />

material to be Lead (Pb) free.<br />

This is part of Knowles environmental<br />

commitment to continuously<br />

develop materials<br />

that are more environmentally<br />

friendly, as well as ensuring<br />

continued compliance to the existing<br />

requirements along with<br />

potential future changes to the<br />

EU RoHS directive. The company<br />

says this new dielectric<br />

material will replace the current<br />

X8R materials that contain<br />

Lead (Pb), though these remain<br />

available on request. The new<br />

material will be used for standard<br />

X8R Multilayer Ceramic capacitors<br />

(MLCCs) and AECQ200<br />

MLCC X8R Multilayer Ceramic<br />

Capacitors for all voltage<br />

ratings (50 V up to 3 kV) and<br />

capacitance values 100 pF up to<br />

2,2 µF. Case sizes from 0805 to<br />

2225 are available.<br />

This gives Knowles Capacitors<br />

one of the the widest ranges of<br />

voltage, capacitance and cases<br />

sizes available for an X8R<br />

product range in the industry.<br />

Knowles Capacitors R & D centre<br />

has accumulated extensive<br />

reliability test data in order to<br />

verify that this new dielectric<br />

meets, or exceeds, all reliability<br />

and quality specifications.<br />

The TCC (capacitance variation<br />

with temperature) of the material<br />

also meets X8R specifications.<br />

The new range is qualified to<br />

AECQ-200 from 100 V upwards<br />

and includes a range extension<br />

over the existing standard X8R<br />

range, which is manufactured to<br />

the same exacting standards for<br />

use in demanding applications.<br />

Knowles unique FlexiCap termination<br />

is available across all<br />

product types. Data packs are<br />

available on request. The current<br />

X8R Space grade (S02A<br />

or S03A), and IECQ ranges are<br />

not affected, nor are the nonmagnetic<br />

parts, planar arrays,<br />

discoidals or EMI filter products.<br />

■ Knowles UK<br />

www.knowlescapacitors.com<br />

hf-Praxis<br />

ISSN 1614-743X<br />

Fachzeitschrift für HFund<br />

Mikrowellentechnik<br />

• Herausgeber und Verlag:<br />

beam-Verlag.<br />

Krummbogen 14.<br />

35039 Marburg.<br />

Tel.: 06421/9614-0.<br />

Fax: 06421/9614-23.<br />

info@beam-verlag.de.<br />

www.beam-verlag.de<br />

• Redaktion:<br />

Dipl.-Ing. Reinhard Birchel (RB).<br />

Ing. Frank Sichla (FS).<br />

redaktion@beam-verlag.de<br />

• Anzeigen:<br />

Frank Wege.<br />

Tel.: 06421/9614-25.<br />

Fax: 06421/9614-23.<br />

frank.wege@beam-verlag.de<br />

• English Contact:<br />

Myrjam Weide.<br />

Fon.: +49-6421/9614-16.<br />

m.weide@beam-verlag.de<br />

• Erscheinungsweise:<br />

monatlich<br />

Smallest and most<br />

power-efficient family<br />

Qorvo, a provider of innovative<br />

RF solutions that connect the<br />

world, has introduced a new<br />

family of 5 GHz and 2,4 GHz<br />

Wi-Fi Front-End Modules<br />

(FEMs) that pave the way for<br />

smaller, more energy-efficient<br />

wireless routers, gateways<br />

and other networked devices<br />

in the home. The seven new<br />

FEMs support high-bandwidth<br />

throughput with minimal<br />

power consumption in a<br />

small form factor and maximum<br />

reliable range. With more<br />

than 1,2 Gbps throughput per<br />

stream, the 5 GHz FEMs offer<br />

the highest data rates possible<br />

for delivering a new generation<br />

of home Wi-Fi applications<br />

that expand capabilities<br />

to the consumer. This includes<br />

Quantenna’s True 8x8<br />

QSR10G Wi-Fi platform –<br />

the world’s first 802.11ac 10G<br />

Wave 3 Wi-Fi product line.The<br />

new Qorvo FEMs support the<br />

latest generation of 802.11ac<br />

and Wave 2 1024QAM home<br />

Wi-Fi products, and consume<br />

2 watts less power than similar<br />

products available today. This<br />

is enough to eliminate the fan<br />

from some Wi-Fi networking<br />

devices, resulting in reduced<br />

power consumption and size.<br />

The 5 GHz FEMs are available<br />

now for sampling; the 2,4<br />

GHz models are immediately<br />

available.<br />

Small Cell PAs<br />

Qorvo‘s multi-stage PAs<br />

integrate matching in a lowcost<br />

surface mount package<br />

to allow for compact system<br />

design. With superior linear<br />

performance at -47 dBc ACLR<br />

using a 20 MHz LTE signal,<br />

the TQP92xx product family<br />

provides 24 dBm average<br />

linear power, and the TQP94xx<br />

family provides 27 dBm average<br />

linear power. All listed<br />

products are in production and<br />

available now. Qorvo‘s small<br />

cell products will be showcased<br />

at Booth 839 at the IEEE<br />

International Microwave Symposium<br />

(IMS), May 22-27 in<br />

San Francisco. Qorvo also<br />

offers an extensive portfolio<br />

for wireless infrastructure<br />

and DAS solutions including<br />

PAs, LNAs, filters, switches,<br />

duplexers, and wireless boosters/repeaters.<br />

Visit Qorvo at<br />

the show or join the conversation<br />

online using the hashtag<br />

#IMS2016 and #QorvoIMS.<br />

■ Qorvo Inc.<br />

www.qorvo.com<br />

• Satz und Reproduktionen:<br />

beam-Verlag<br />

• Druck & Auslieferung:<br />

Brühlsche.<br />

Universitätsdruckerei<br />

Der beam-Verlag übernimmt<br />

trotz sorgsamer Prüfung der<br />

Texte durch die Redaktion keine<br />

Haftung für deren inhaltliche<br />

Richtigkeit.<br />

Handels- und Gebrauchsnamen,<br />

sowie Warenbezeichnungen<br />

und dergleichen werden in der<br />

Zeitschrift ohne Kennzeichnungen<br />

verwendet.<br />

Dies berechtigt nicht zu der<br />

Annahme, dass diese Namen im<br />

Sinne der Warenzeichen- und<br />

Markenschutzgesetzgebung als<br />

frei zu betrachten sind und von<br />

jedermann ohne Kennzeichnung<br />

verwendet werden dürfen.<br />

98 hf-praxis 4/<strong>2017</strong>

---

Weitere Informationen erhalten Sie über –><br />

HEILBRONN<br />

HAMBURG<br />

MÜNCHEN<br />

Berliner Platz 12 • 74072 Heilbronn<br />

Tel. (07131) 7810-0 • Fax (07131) 7810-20<br />

Gutenbergring 41 • 22848 Norderstedt<br />

Tel. (040) 514817-0 • Fax (040) 514817-20<br />

Streiflacher Str. 7 • 82110 Germering<br />

Tel. (089) 894 606-0 • Fax (089) 894 606-20<br />

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