DE102007042266A1 - Method for rejection of ambient interference signal during measurement of interference emissions of electric and electronic devices, involves digitalizing signal of antenna through analog to digital converter - Google Patents
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Abstract
Description
Aufgrund kontinuierlich steigender Zahl an externen Sendeanlagen, wie z. B. Mobilfunkbasisstationen, Radio- und Fernsehsender sowie neuerdings das breitbandige DVB-T Signal, gestaltet sich die Suche nach störemissionsfreien Freifeldmessplätzen (engl. Open Area Test Sites, ORTS) zunehmend als problematisch. Abhilfe schaffen hier geschirmte Kammern, die in der Lage sind elektromagnetische Signale aus der Umgebung wirkungsvoll zu Unterdrücken. In solchen Schirmkammern kann die Emissionen des zu untersuchenden Geräts abgeschirmt von äußeren elektromagnetischen Störsignalen gemessen werden. Die Anschaffungsinvestitionen einer solchen Kammer, welche u. a. von der Größe der in Zukunft zu untersuchenden Objekte abhängen, liegen in etwa um eine Faktor 50 höher als die Kosten für einen Freifeldmessplatz. Während die Initialkosten für einen Freifeldmessplatz gering sind, können die laufenden Aufwendungen für Instandhaltung und Messbetrieb bei einem annähernd störemissionsfreien Freifeld sehr hoch sein. Zudem sind diese aufgrund der immer dichter besiedelten und stärker urbanisierten Gegenden zunehmend schwieriger zu betreiben.by virtue of continuously increasing number of external transmitters, such. As mobile base stations, radio and television stations and more recently the broadband DVB-T signal, designed to search for emission-free Open Field Test Sites (ORTS) increasingly as problematic. Shielded chambers create a remedy here, which are capable of electromagnetic signals from the environment effectively suppress. In such umbrella chambers the emissions of the device under investigation can be shielded from external electromagnetic interference signals are measured. The acquisition investment such a chamber, which u. a. of the size depend on objects to be examined in the future in a factor of 50 higher than the cost of a free-field measuring station. While the initial costs for a free field measurement are low, the current Expenses for maintenance and measuring operation at one almost free of interference emission free field very high be. In addition, these are due to the increasingly dense and increasingly urbanized areas increasingly difficult to operate.
Als
Alternative hierzu bieten sich Messgeräte an, die in der
Lage sind zwischen Emission des Messobjekts und Umgebungsstörung
zu unterscheiden bzw. die Umgebungsstörung zu unterdrücken und
somit eine Emissionsmessung des Messobjekts im Freifeld zu ermöglichen.
Ein System nach dem Stand der Technik, welches die Messung und Unterdrückung
von Umgebungsstörungen im Frequenzbereich durchführt,
wurde in der internationalen PCT-Schrift
Ferner
wird im Buch
Die
zuvor beschriebenen sehr lange andauernden Messzeiten lassen sich
durch den Einsatz von Zeitbereichsmethoden um einige Größenordnungen
reduzieren. Ein Verfahren zur Berechnung des Spektrums und Bestimmung
des Spitzenwerts, Mittelwerts und Effektivwerts wurde in der internationalen
PCT-Schrift
Ein
Verfahren zur Quasi-Spitzenwertdetektion wurde in der Offenlegungsschrift
Ein
Verfahren und eine Anordnung welche es ermöglicht Störemissionssignale
mit einer hohen Dynamik durch die Verwendung mehrerer Analog-Digital-Wandler
zu digitalisieren sind in der Offenlegungsschrift
In
Die vorgestellten Verfahren sind mit den Nachteilen verbunden, dass eine Störunterdrückung nur in engen Bändern stattfinden kann, und damit eine Unterdrückung von breitbandigen Umgebungsstörungen nicht möglich ist. Ein weiterer Nachteil, ist dass zur Störunterdrückung der Abstand der zweiten Antenne um einen Faktor 10 höher sein sollte als der Abstand zwischen der ersten Antenne und dem Messobjekt. Damit ergibt sich für eine typische EMV-Messung in 10 m Abstand eine Anordnung bei der die zweite Antenne 100 m vom Messobjekt entfernt sein muss. Ein weiterer Nachteil sind die langen Messzeiten von mehreren Stunden aufgrund der sequentiellen Messung im Frequenzbereich. Die vorgestellten Zeitbereichsmessverfahren erlauben keine Unterdrückung von Störemissionen.The presented methods are associated with the disadvantages that interference suppression only in narrow bands can take place, and thus a suppression of broadband Ambient noise is not possible. Another Disadvantage, is that for Störunterdrückung the distance the second antenna should be 10 times higher as the distance between the first antenna and the measurement object. This results in a typical EMC measurement in 10 m Distance an arrangement in which the second antenna 100 m from the object to be measured must be removed. Another disadvantage is the long measurement times of several hours due to the sequential measurement in the frequency domain. The presented time domain measuring methods do not allow suppression of spurious emissions.
Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Störemissionssignal und die Umgebungsstörungen mittels zwei oder mehr Antennen in eine Spannung zu wandeln, diese bandzubegrenzen, zu digitalisieren und anschließend digital so zu überlagern, dass eine breitbandige Unterdrückung der Umgebungsstörungen erfolgt und aus dem erhaltenen störkompensierte Zeitbereichssignal mittels Fouriertransformation auf bekannte Weise das Amplitudenspektrum berechnet wird.It is therefore proposed according to the invention, the Noise emission signal and ambient noise by means of two or more antennas to transform into a voltage, this bandlimiting, digitizing and then digital so superimpose that broadband oppression the environmental disturbances takes place and from the obtained interference-compensated Time domain signal by Fourier transform in a known manner the amplitude spectrum is calculated.
Vorzugsweise
wird ein System aus zwei Antennen verwendet, wobei die Antennen
so ausgerichtet werden, dass mit der ersten Antenne sowohl die Umgebungsstörungen
als auch die Störemission des Prüflings empfangen
werden. Die zweite Antenne wird vorzugsweise so ausgerichtet, dass
vorwiegend die Umgebungsstörung empfangen wird. Die Signale beider
Antennen werden zunächst analog gefiltert, um bei der anschließenden
Analog-Digital-Wandlung die Nyquistbedingung einhalten zu können.
Die Analog-Digital-Wandlung kann mittels eines Analog-Digital-Wandlers
erfolgen oder mittels eines Systems aus mehreren Analog-Digital-Wandlern,
wie in
Beispielsweise
kann eine Umgebungsstörung, welche von einem Punkt ausgesendet
wird, und von beiden Antennen mit einem Laufzeitunterschied empfangen
wird dadurch unterdrückt werden, dass mittels eines digitalen
Filters die Laufzeit eines Signals kompensiert wird, die Phase um
180° gedreht wird, und zum zweiten Kanal hinzuaddiert wird.
Die Bestimmung des Laufzeitunterschieds kann beispielsweise mittels
Kreuzkorrelation erfolgen (
Üblicherweise besteht die Umgebungsstörung aus vielen unterschiedlichen Quellen, welche von verschiedenen Objekten, wie z. B. Fernsehturm oder Mobilfunkmast abgestrahlt werden. Üblicherweise sind entweder die Emissionen zweier Umgebungsstörquellen in Gleichphase, wie dies z. B. bei DVB-T der Fall ist, oder sie liegen in unterschiedlichen Frequenzbändern. In beiden Fällen ist es vorteilhaft die Korrektur der Laufzeit über definierte Frequenzbänder getrennt durchzuführen. Vorzugsweise erfolgt zur Korrektur die Transformation in den Frequenzbereich. Hierbei wird vorzugsweise die schnelle diskrete Fourier-transformation verwendet. Der Laufzeitunterschied wird derart korrigiert, dass eine Multiplikation mit einem Korrekturspektrum erfolgt und die Phasenlage um 180° gedreht wird. Die Addition kann beispielsweise im Frequenzbereich erfolgen, indem die Amplitudenspektren addiert werden. Zur Bestimmung des umgebungsstörkompensierten Signals im Zeitbereich, wird die inverse Fouriertransformation auf das zuvor aus der Addition berechnete Amplitudenspektrum angewandt.Usually the environmental disorder consists of many different ones Sources of different objects, such. B. TV tower or Mobile mast are radiated. Usually either the emissions of two ambient noise sources in phase, as this z. As is the case with DVB-T, or they are in different Frequency bands. In both cases it is advantageous the correction of the transit time over defined frequency bands perform separately. Preferably, for correction the transformation into the frequency domain. This is preferably used the fast discrete Fourier transformation. The runtime difference is corrected such that multiplication with a correction spectrum takes place and the phase angle is rotated by 180 °. The addition can be done in the frequency domain, for example, by adding the amplitude spectra become. To determine the ambient noise-compensated signal in the time domain, the inverse Fourier transform is applied to the previous one applied from the addition amplitude spectrum applied.
Filter, welche die Eigenschaft haben die Übertragungsfunktion je nach Eingangssignal anzupassen werden als adaptive Filter bezeichnet. Bei der Unterdrückung muss zunächst das digitalisierte Signal mit der Übertragungsfunktion eines Filters korrigiert werden, so dass sich bei der anschließenden Addition die digitalisierten Signale beider Antennen derart überlagern, dass sich die korrelierten Spektralanteile beider digitalisierten Signale destruktiv überlagern. Hierzu wird angenommen, dass die Emission des zu messenden Gerätes unkorreliert zur Umgebungsstörung ist. Um eine maximale Unterdrückung der korrelierten Spektralanteile zur erreichen, wird vorzugsweise ein adaptives Filter verwendet, welches mittels der Auswertung des umgebungsstörkompensierten Signals die Koeffizienten in einer Weise optimiert, dass die korrelierten Spektralanteile nach der Addition minimal werden.Filter, which the property have the transfer function ever to adapt to input signal are referred to as adaptive filters. In the suppression must first digitized Corrected signal with the transfer function of a filter be, so that in the subsequent addition of the superimpose digitized signals of both antennas in such a way that the correlated spectral components of both digitized Overlay signals destructively. For this purpose it is assumed that the emission of the device to be measured is uncorrelated to the environmental disturbance. To a maximum suppression of To achieve correlated spectral components, is preferably a used adaptive filter, which by means of the evaluation of the ambient noise compensated Signals optimizes the coefficients in a way that correlates Spectral components after addition become minimal.
Beispielsweise
können adaptive Filter verwendet werden, welche im Einzelschrittverfahren
arbeiten. Hierbei können FIR oder IIR Filter verwendet werden,
wobei der sogenannte Least Mean Square (LMS) Algorithmus verwendet
wird, um die Filterkoeffizienten zu optimieren. Die Funktionsweise
solcher adaptiver Filter ist beispielsweise in dem Buch
Beispielsweise
können adaptive Filter verwendet werden, welche die Signale
blockweise verarbeiten. Vorzugsweise werden hierbei Filter verwendet,
welche im Frequenzbereich arbeiten. Die Transformation in den Frequenzbereich
erfolgt vorzugsweise mittels schneller Fouriertransformation. Die Korrektur
erfolgt mittels Multiplikation mit einem Korrekturspektrum, wobei
dieses vorzugsweise mittels des LMS Algorithmus optimiert wird.
Die Funktionsweise solcher Filter ist beispielsweise in dem Buch
Um das umgebungsstörkompensierte Signal im Zeitbereich zu bestimmen, kann die inverse Fouriertransformation verwendet werden.Around the ambient noise compensated signal in the time domain determine, the inverse Fourier transform can be used.
Eine
vorteilhafte Weiterentwicklung ist ein System, welche die Signalverarbeitung
in Realzeit durchführt. Um eine Verarbeitung der Signale
in Realzeit wirtschaftlich durchzuführen, wird das digitalisierte
Signal jeder Antenne mittels eines Dezimationsfilters bandbegrenzt
und die Abtastrate reduziert. Die Anwendung eines solchen Verfahrens
ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
Bei der praktischen Anwendung kann es aufgrund von Mehrwegeausbreitungen dazu kommen, dass das Signal der Antenne, welche die Umgebungsstörungen empfängt, bestimmte Spektralanteile nur sehr gedämpft empfängt, da eine destruktive Überlagerung am Empfangspunkt vorliegt.at The practical application may be due to multipath propagation come to that the signal of the antenna, which the ambient disturbances receives, certain spectral components only very muted receives, as a destructive overlay on Receiving point is present.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung verwendet mindestens zwei Antennen, um die Umgebungsstörungen zu empfangen, wobei das digitalisierte Signal jeder Antenne, welche die Umgebungsstörungen empfängt ein adaptives Filter verwendet, wobei die Koeffizienten vorzugsweise so optimiert werden, dass nach der additiven Überlagerung aller gefilterten Signale eine destruktive Überlagerung der Umgebungsstörungen erfolgt.A advantageous development uses at least two antennas, to receive the environmental noise, the digitized Signal from each antenna receiving the ambient noise uses an adaptive filter, the coefficients preferably be optimized so that after the additive overlay of all filtered signals a destructive overlay the ambient noise occurs.
Eine
vorteilhafte Weiterentwicklung verwendet eine Anordnung aus mehreren
parallelen Analog-Digital-Wandlern zur Erhöhung des Dynamikbereichs.
Die Funktionsweise eines solchen Aufbaus sind in der Offenlegungsschrift
Eine
vorteilhafte Weiterentwicklung führt eine Auswertung des
umgebungsstörkompensierten Signals im Zeitbereich durch,
wobei die Auswertung in Realzeit erfolgt. Dabei wird vorzugsweise
ein Spektrogramm mittels Kurzzeit-Fouriertransformation berechnet
und mittels eines oder mehrerer Detektoren ausgewertet. Eine beispielhafte
Realisierung ist in der Offenlegungssschrift
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in Figuren schematisch dargestellt sind. Im Einzelnen zeigt:in the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments explained in more detail, which is shown schematically in figures are. In detail shows:
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - „Adaptive Filter Theory, Fourth Edition" von Simon Haykin, 2002 auf Seite 244 ff [0015] - "Adaptive Filter Theory, Fourth Edition" by Simon Haykin, 2002 on page 244 et seq [0015]
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