DE10007843A1

DE10007843A1 - Einrichtung zur Messung der Störfestigkeit und -aussendung elektron. Baugruppen bezüglich hochfrequenter elektromagn. Störungen

Info

Publication number: DE10007843A1
Application number: DE2000107843
Authority: DE
Inventors: Bernd Koerber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2001-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Störfestigkeit und Störaussendung von elektronischen Baugruppen mit Anschlussleitungen gegenüber elektromagnetischen Störungen im Frequenzbereich von 30 MHz bis 30 GHz, welche aufgrund geringer Koppelverluste eine hohe Messdynamik besitzt und eine hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse erlaubt. Die Einrichtung ist eine spezielle Form eines Wellenkopplers, der eine dem Primärsystem zugeführte Leistung in ein Sekundärsystem überträgt. Gleiches gilt auch für den Signal- bzw. Leistungsfluss vom Sekundär- zum Primärsystem. Das Primärsystem, bestehend aus einem Außen- (1) und Innenleiter (2) und mindestens zwei Stützscheiben (8), wird über zwei Anschlüsse (3, 4) gespeist und erzeugt auf dem Innenleiter (2) einen HF-Stromfluss. Besitzt der hindurchgeführte Kabelbaum (9) (Sekundärsystem) einen Massebezug, so wird durch ihn eine Leistung aus dem elektromagnetischen Feld des Innenleiters (2) ausgekoppelt und damit in das Sekundärsystem übertragen.

Description

Einrichtung zur Messung der Störfestigkeit und -aussendung elektronischer Bau gruppen bezüglich hochfrequenter elektromagnetischer Störungen.

Der Einsatz heutiger und zukünftiger mobiler Funkdienste sowie Radaranwen dungen erfordert eine Erweiterung der oberen Frequenzgrenze der Störfestig keits- und Störaussendungsprüftechnik für allgemeine und kraftfahrzeugspezifi sche elektronische Baugruppen und Geräte. In der Kfz-EMV-Prüftechnik werden dazu spezielle Hornantennen sowie Handy-Nachbildungen eingesetzt. Die Ver wendung von Hornantennen erfordert einen hohen apparativen Aufwand: Mit steigenden geometrischen Abmessungen muss sich der Abstand zwischen An tenne und Prüfling vergrößern, was zu einem steigendem Leistungsbedarf und dem Einsatz eines geschirmten, mit Absorbermaterial ausgekleideten Prüfraumes führt. Dieser hohe Aufwand ist durch die Verwendung von sogenannten Handy- Nachbildungen zu umgehen. Die Ergebnisse der praktischen Anwendung dieser Einrichtung zeigen aber Probleme bei der Erzeugung einer eindeutig definierten Störung am Prüfling und damit verbundene schlechte Reproduzierbarkeit der Messergebnisse auf. Bei beiden bisher genannten Messmethoden kann nicht eindeutig getrennt werden, ob die Störungen durch das Gehäuse der Baugruppe dringen oder von den als Antenne wirkenden Zuleitungen aufgenommen wird und leitungsgeführt in die Baugruppe eindringen. Die Anwendung der für den Fre quenzbereich bis f = 1 GHz bekannten Messverfahren Streifenleitung und BCI (Bulk Current Injection) auf den erweiterten Frequenzbereich ist nur mit deutlich erhöhter Prüfleistung möglich, da die Störfunktion mit zu großen Verlusten auf den Prüfling übertragen wird. Diese hohen Koppeldämpfungen verhindern den in der Prüftechnik geforderten Dynamikbereich für die Störfestigkeitsmessungen und erhöhen aufgrund der notwendigen hohen Verstärkerleistung den apparativen Aufwand deutlich. TEM-Zellen können im Frequenzbereich oberhalb f = 1 GHz zur Messung der Störaussendung und -festigkeit eingesetzt werden. Hierfür sind jedoch sehr kleine räumliche Abmessungen der Zelle notwendig, was die Anwen dung auf herkömmliche Bauformgrößen von elektronischen Geräten und Bau gruppen ausschließt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Messung der Störfestigkeit und Störaussendung von elektronischen Baugruppen gegenüber elektromagneti schen Störungen im Frequenzbereich von 30 MHz bis 3 GHz zu schaffen, welche für alle elektronischen Baugruppen mit Anschlussleitungen einsetzbar ist, auf grund geringer Koppelverluste eine hohe Messdynamik besitzt und eine hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse erlaubt.

Die Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.

Die Einrichtung stellt mit den hindurchgeführten Zuleitungen des Prüflings eine spezielle Form eines Wellenkopplers dar. Aufgrund der sehr guten Hochfre quenzeigenschaften und geringer Koppelverluste erlaubt die Einrichtung eine ho he Messdynamik mit einer aus wirtschaftlichen Gründen begrenzten Verstärker leistung sowie eine hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. Die Ein- /Auskoppeleinrichtung der Störung auf/aus den Prüfling besitzt einen einfachen Aufbau, ist robust und universell einsetzbar.

Aufgrund seiner geringen Koppeldämpfung im betrachteten Frequenzbe reich von 100 MHz bis 3 GHz sind Störfestigkeitsmessungen ohne erhöhten ap parativen Aufwand möglich.

Mit Hilfe des Rohrkopplers kann ein vorhandener Eindringmechanismus der Störung über die Zuleitungen in den Prüfling eindeutig nachgewiesen und von Störungen über das Gehäuse getrennt werden.

Wird der Rohrkoppler aufklappbar realisiert, ist das Auftrennen der Zulei tungen nicht notwendig, wodurch die elektrischen und Hochfrequenz-Eigen schaften der Zuleitung des Prüflings nicht verändert werden.

Der Rohrkoppler stellt einen äußerst verlustarmen Wellenkoppler dar und nimmt keine Verlustleistung auf, wodurch die maximale Prüfleistung nur durch die Spannungsfestigkeit im Bereich des Verbindungspunktes der internen Koaxiallei tung zum Innenleiter des Rohrkopplers bestimmt wird.

Durch variable Gestaltung von Querschnitt und Länge des Rohrkopplers in bestimmten Grenzen ist ohne deutliche Änderung seiner Hochfrequenzeigen schaften eine Anpassung an verschiedene Randbedingungen der Messung, wie z. B. großer Kabelbaumdurchmesser oder geringer Platzbedarf bei Fahrzeugmessungen an schlecht zugänglichen Stellen möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und wer den im folgenden näher beschrieben.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte beispielhafte Ausführungsform des Rohr kopplers ist eine spezielle Form eines Wellenkopplers, der eine dem Primärsys tem zugeführte Leistung in ein Sekundärsystem, welches hier durch den Kabel baum gebildet wird, mit einer vergleichsweise geringen Koppeldämpfung über koppelt. Gleiches gilt auch für den Signal- bzw. Leistungsfluss vom Sekundär- zum Primärsystem. Außenleiter (1), Innenleiter (2) und die durch den Innenleiter geführte Koppelleitung (9) bilden ein System mit einem triaxialen Aufbau. Das System kann durch zwei Teilsysteme beschrieben werden:

Das Teilsystem 1 (äußeres oder Primärsystem) besteht aus dem Innen- (2) und Außenleiter (1) des Rohrkopplers (beides Rohre aus elektrisch gut leitendem Metall, z. B. Kupfer), welche für sich gesehen ein Koaxial-System bilden. Unter Berücksichtigung der Dieletriezitätskonstante des Stoffes zwischen Außen- (1) und Innenleiter (2) (z. B. µ_r ≈ 4 für Luft) wird über das Verhältnis der Durchmesser von Außen- (1) und Innenleiter (2) der HF-Wellenwiderstand auf 50 Ω eingestellt. Dieses Koaxial-System wird über zwei Anschlüsse (3, 4) gespeist und erzeugt auf dem Innenleiter (2) einen HF-Stromfluß. Die starre Koaxialleitung (5, z. B. Leitung Typ RG 402/U)) nach Fig. 1 verbindet die HF-Flanschbuchse (3 bzw. 4) mit dem Innenleiter (2) des Rohrkopplers. Die Anpassplatte (7) dient zur Korrektur der durch die starre Koaxialleitung (5) verursachten Störstelle im koaxialem Aufbau von Außen- (1) und Innenleiter (2) und verbessert somit den Wellenwiderstand im Bereich der Verbindung des Innenleiters der starren Koaxialleitung (6) mit dem Innenleiter (2) des Rohrkopplers. Die beiden Lötverbindungen zwischen Innen leiter (2) des Rohrkopplers und den beiden Innenleitern der starren Koaxialleitun gen (6), welche zu den HF-Flanschbuchsen (3 bzw. 4) führen, sowie mindestens zwei Stützscheiben (8) fixieren die konzentrische Lage des Innenleiters zum Au ßenleiter. Die Stützscheiben (8) bestehen aus isolierendem Material (z. B. Teflon).

Das Teilsystem 2 (inneres oder Sekundärsystem) wird durch den Innenlei ter (2) des Rohrkopplers und den durch ihn hindurch geführten Kabelbaum (Kop pelleitung 9) gebildet (Fig. 2). Der auf dem Innenleiter (2) des Rohrkopplers er zeugte HF-Strom verursacht ein elektromagnetisches Feld in dessen Innenraum.

Besitzt der hindurch geführte Kabelbaum (9) einen Massebezug (auch kapazitiv), so wird durch ihn eine Leistung aus dem Feld ausgekoppelt, womit die beabsich tigte Störungsübertragung auf die Zuleitungen des Gerätes oder der Baugruppe realisiert wird. Diese Verkopplung zwischen elektromagnetischem Feld im Innen leiter (2) und dem hindurch geführten Kabelbaum (9) erlaubt in gleicher Weise die Messung der Störströme, welche über den Kabelbaum durch den Prüfling emit tiert werden.

Bei der aufklappbaren Ausführungsform des Rohrkopplers sind Außen- (1) und Innenleiter (2) sowie Stützscheiben (8) durch eine gedachte Schnittfläche entlang der Mittellinie des konzentrischen Aufbaus gemäß Fig. 3 jeweils in zwei Bestandteile geteilt. Die Fixierung der einzelnen Halbschalen von Außen- (1) und Innenleiter (2) zueinander wird durch einen dauerhafte Verbindung (z. B. kleben) mit den geteilten Stützscheiben (8) gewährleistet. Die passgenaue aber trennbare Verbindung der dadurch entstandenen beiden Teile des aufklappbaren Rohr kopplers kann durch eine formschlüssige konstruktive Erweiterung mit einer Spannvorrichtung an der Außenseite des Außenleiters (1) erfolgen.

Eine beispielhafte Testanordnung zur Messung der Störfestigkeit elektroni scher Komponenten eines Kfz. mit einem Rohrkoppler ist in Fig. 4 dargestellt. Die Positionierung von zu prüfender elektronischer Komponente (12), des Kabel baumes (9), der Peripheriebaugruppen (13) sowie der Bordnetznachbildung (14) auf einer Bezugsmasseplatte (16) in einer geschirmten Kabine (25) entspricht den Festlegungen genormter Prüfverfahren für Komponenten der Kraftfahrzeugelekt ronik. Die Stromversorgung der Prüflingsanordnung (18) befindet sich außerhalb der geschirmten Kabine (25) und wird über die Kabinenfilter (15) zur Bordnetz nachbildung (14) geführt. Der Rohrkoppler (10), der durch ihn hindurch geführte Kabelbaum (9) und die zu prüfende elektronische Komponente (12) mit Teilen der Peripheriebaugruppen (13) (falls entsprechender Einbauvorschriften für das Fahr zeug notwendig) befinden sich gemäß Fig. 4 auf einer 50 mm starken Isolation (17). Der Anschluss 1 (3) des Rohrkopplers (10) wird auf der, dem Prüfling zuge wandten Seite über Messkabel (24) und einen Leistungsmesskopf (21) zum Aus gang des Breitbandleistungsverstärkers (22) geführt, welcher eingangsseitig mit dem Ausgang des Hochfrequenztestsender (19) verbunden ist. Der Anschluss 2 (4) des Rohrkopplers (10) wird über eine Messleitung (24) mit einem HF-Ab schlusswiderstand (11) verbunden.

Unter Verwendung der zuvor durch Kalibrierung ermittelten Koppelfaktor werte des Rohrkopplers (10) wird durch Messung der zugeführten Vorwärts- oder Nettoleistung mit einem Leistungsmessgerät (20) mit Leistungsmesskopf (21) die sekundär erzeugte Störleistung theoretisch bestimmt. Unter diesen Vorrausset zungen wird mit Hilfe eines Steuerrechners (23) ein automatischer Messablauf zum Nachweis von Grenzwerten für die Störfestigkeit der elektronischen Kompo nente gegenüber Störungen im Frequenzbereich von 100 MHz bis 3 GHz durch geführt.

Die Anwendung des Rohrkopplers (10) zur Messung der Störaussendung einer zu prüfenden elektronischen Komponente (12) eines Kfz. ist in der beispiel haften Testanordnung in Fig. 5 dargestellt. Entgegen der Testanordnung zur Störfestigkeit ist hier der Anschluss 1 (3) des Rohrkopplers (10) über eine Mess leitung (24) mit einem Anzeigegerät (26) verbunden, welches bei entsprechender Bandbreite die durch den Rohrkoppler (10) aus dem Kabelbaum (8) ausgekop pelte Störung, die durch die zu prüfenden elektronischen Komponente (12) verur sacht werden, im Zeit- oder Frequenzbereich darstellt.

Bezugszeichenliste

Fig.

1

: perspektivische Ansicht des Rohrkopplers

Fig.

2

: perspektivische Ansicht des Rohrkopplers mit Koppelleitung

Fig.

3

: perspektivische Ansicht des aufklappbaren Rohrkopplers mit Koppelleitung

Fig.

4

: Anordnung zur Messung der Störfestigkeit elektronischer Komponenten eines Kfz. mit einem Rohrkoppler

Fig.

5

: Anordnung zur Messung der Störaussendung elektronischer Komponenten eines Kfz. mit einem Rohrkoppler

1

Außenleiter

2

Innenleiter

3

HF-Flanschbuchse (Anschluss

1

)

4

HF-Flanschbuchse (Anschluss

2

)

5

Koaxialleitung (starr)

6

Innenleiter Koaxialleitung
T Anpassplatte

8

Stützscheibe

9

Koppelleitung (Kabelbaum)

10

Rohrkoppler

11

HF-Abschlusswiderstand

12

zu prüfende elektronische Komponente

13

Peripheriebaugruppen

14

Bordnetznachbildung

15

Kabinenfilter

16

Bezugsmasseplatte

17

Isolationsmaterial

18

Stromversorgung der Prüflingsanordnung

19

Hochfrequenztestsender

20

Leistungsmessgerät

21

Leistungsmesskopf (beinhaltet Richtkoppler für Leistungsmessung)

22

Breitbandleistungsverstärker

23

Steuerrechner

24

doppelt geschirmte Koaxial-Verbindungsleitung

25

geschirmte Kabine

26

Anzeigegerät (Frequenz- oder Zeitbereich)

Claims

1. Einrichtung zur Messung der Störfestigkeit und Störaussendung elektrischer und elektronischer Baugruppen und Geräte gegenüber elektromagnetischen Störungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Störungen im Frequenz bereich von 30 MHz bis 3 GHz durch einen Rohrkoppler (10) ein- bzw. ausgekoppelt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkoppler (10) besonders vorteilhaft im Frequenzbereich von 100 MHz bis 2 GHz ein- bzw. auskoppelt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkoppler aus einem Innen- (2) und Außenleiter (1) (beides Rohre aus elektrisch gut leitendem Metall), welche für sich gesehen ein 50 Ω-Koaxial-System bilden,
zwei HF-Flanschbuchsen (3 und 4), welche die Anschlüsse des Rohrkopplers darstellen und durch eine starre Koaxialleitung (5) mit dem Innenleiter (2) e lektrisch leitend verbunden sind,
zwei Anpassplatten (7), welche zur Korrektur der durch die starre Koaxial leitung (5) verursachten Störstelle im koaxialem Aufbau von Außen- (1) und Innenleiter (2) dient sowie
mindestens zwei Stützscheiben (8) aus isolierendem Material, welche gemeinsam mit den beiden Lötverbindungen zwischen Innenleiter (2) des Rohrkopplers und den beiden Innenleitern der starren Koaxialleitungen (6) die konzentrische Lage des Innenleiters zum Außenleiter fixieren, aufgebaut ist.

4. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung des Rohrkopplers mit hoch frequenter elektrischer Energie über seine Anschlüsse (3 und 4) einen HF-Stromfluss auf dem Innenleiter (2) zur Folge hat, welcher ein elektro magnetisches Feld im Innenraum des Innenleiters (2) erzeugt, das seine E nergie teilweise in die hindurch geführten Zuleitungen der Baugruppe oder des Gerätes (Kabelbaum (9)) überträgt, wenn die Zuleitungen einen Massebezug (auch kapazitiv) besitzen.

5. Einrichtung nach 4, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Verkopplung zwischen elektro magnetischem Feld im Innenleiter (2) und den hindurch geführten Zuleitungen (9) in gleicher Weise die Störströme, welche über die Zuleitungen (9) durch das Gerät oder die Baugruppe emittiert werden an den Anschlüssen des Rohrkopplers (3 und 4) eine messbare Spannung hervorrufen.

6. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkoppler (10) aufklappbar und damit ohne Auftrennen der Zuleitungen eines Gerätes oder Baugruppe einsetzbar ist.

7. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung der zuvor durch Kalibrierung ermittelten Koppelfaktorwerte des Rohrkopplers (10) durch Mes sung der zugeführten Vorwärts- oder Nettoleistung mit einem Leistungsmess gerät (20) mit Leistungsmesskopf (21) die sekundär erzeugte Störleistung the oretisch bestimmt und unter diesen Vorraussetzungen mit Hilfe eines Steu errechners (23) ein automatischer Messablauf zum Nachweis von Grenzwer ten für die Störfestigkeit durchgeführt wird.

8. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung der zuvor durch Kalibrierung ermittelten Koppelfaktorwerte des Rohrkopplers (10) durch Mes sung der Ausgangsspannung am Anschluss 1 (3) des Rohrkopplers mit einem Anzeigegerät mit entsprechender Bandbreite die, über die Zuleitungen (8) der Baugruppe emittierten Störströme gemessen werden.