DE102007050051A1 - Measuring device for e.g. determining field strength or power flux density of electromagnetic field, has measuring computer, microcontroller or digital signal processor formed as controller, where sum correction factor is executed - Google Patents

Measuring device for e.g. determining field strength or power flux density of electromagnetic field, has measuring computer, microcontroller or digital signal processor formed as controller, where sum correction factor is executed Download PDF

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0892—Details related to signal analysis or treatment; presenting results, e.g. displays; measuring specific signal features other than field strength, e.g. polarisation, field modes, phase, envelope, maximum value

Abstract

The measuring device has a measuring computer, a microcontroller or a digital signal processor formed as a controller. The controller causes the frequency-selective measurement at two measuring points in a frequency-spectrum of a selective receiver, where mathematical summing results of a broadband detector are corrected by division with a total sum of measured power or a power value and associated with the total sum of the power using a mathematical function such that a sum correction factor is executed for correcting a measuring result of the broadband detector.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Bestimmung von grenzwertrelevanten Summen-Feldstärken oder Summen-Leistungsflußdichten elektromagnetischer Felder ein Messgerät bereitzustellen.Of the Invention is based on the object for the determination of borderline relevant Buzz field strengths or total power flow densities electromagnetic fields to provide a meter.

Bisherige Messgeräte arbeiten entweder breitbandig oder frequenzselektiv als Spektrumanalysatoren oder Messempfänger. Das grundsätzliche Messprinzip besteht dabei in der Messung der Hochfrequenzleistung am Fuß einer Messantenne.Previous Measuring instruments operate either broadband or frequency selective as spectrum analyzers or measuring receivers. The basic measuring principle consists in measuring the high frequency power at the foot of a Measuring antenna.

Ein Problem bei dieser Art von Messung ist, dass es gewöhnlich keinen konstanten Umrechnungsfaktor zwischen der am Antennenfuß bereitgestellten Leistung und der im Umfeld der Antenne befindlichen Leistungsflußdichte oder Feldstärke gibt, vielmehr ist dieser Umrechnungsfaktor frequenzabhängig.One The problem with this type of measurement is that it is usually no constant conversion factor between that provided at the antenna base Power and the power flow density around the antenna or field strength, but this is the conversion factor frequency dependent.

Bisherige Lösungen setzten daher einerseits darauf, dass bei breitbandigen Messgeräten mit einem Leistungsdetektor entweder eingangsseitig eine Frequenzgangkorrektur mittels eines Filters vor dem Detektor durchgeführt wird. Nachteilig dabei ist jedoch, dass sich der Frequenzgang der Antenne nur sehr schwierig und unter hohem Genauigkeits- und Empfindlichkeitsverlust infolge der Einfügedämpfung des Filters nachbilden lässt. Andererseits kann eine normenabhängige Gewichtung der Summenbildung abhängig von der Frequenz pro Filter jeweils nur für eine Norm vorgenommen werden, gleiches gilt für den Wechsel der Antenne. Eine solche Lösung ist daher entweder ungenau oder mit einer Vielzahl von Filtern und einem dementsprechenden Aufwand verbunden.Previous Solutions therefore rely on the one hand that in broadband Measuring instruments with a power detector either on the input side a frequency response correction by means of a filter in front of the detector is carried out. The disadvantage here is that the frequency response of the antenna is very difficult and under high Accuracy and sensitivity loss due to the insertion loss of Imitate filters. On the other hand, a norm-dependent Weighting of the summation depending on the frequency only one standard per filter The same applies to the change of the antenna. Such Solution is therefore either inaccurate or with a variety connected by filters and a corresponding effort.

Andererseits besteht mit einem Spektrumanalysator oder Messempfänger die Möglichkeit, frequenzselektive Messungen durchzuführen, ein solcher Messempfänger ist beispielsweise aus DE 19530812 bekannt. Der Vorteil der frequenzselektiven Messung ist für den Fachmann offensichtlich, leider besteht jedoch die Gefahr, bei Übersichtsmessungen extrem breitbandige Signale in der Summenbildung zu übersehen.On the other hand, with a spectrum analyzer or measuring receiver, it is possible to carry out frequency-selective measurements; such a measuring receiver is made, for example DE 19530812 known. The advantage of the frequency-selective measurement is obvious to the person skilled in the art, but unfortunately there is a risk of overlooking extremely broadband signals in summation in overview measurements.

Am Markt sind auch Kombimessgeräte verfügbar, so beispielsweise die Spectran 3 Serie der Aaronia AG, welche vom Erfinder dieser Anmeldung entwickelt wurde. Leider kann das Gerät in der derzeit marktgängigen Version den Breitband-Leistungsdetektor nur zur reinen Leistungsmessung einsetzen.At the Market are also available combination meters, so For example, the Spectran 3 series of Aaronia AG, which by the inventor this application was developed. Unfortunately, the device can in the currently marketable version the broadband power detector use only for pure power measurement.

Die Aufgabenstellung bei der Erfindung besteht demzufolge darin, die Vorteile des Spektrumanalysators oder Messempfängers mit denen des Breitbanddetektors bei der Messung der Feldstärke oder Leistungsflußdichte zu kombinieren.The Task in the invention is therefore the, Advantages of the spectrum analyzer or measuring receiver with those of the broadband detector when measuring the field strength or Combining power density density.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1. beschriebene Form eines Spektrumanalysators mit Breitbanddetektor gelöst, die im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben wird.The Problem is inventively by the in claim 1. described form of a spectrum analyzer with a broadband detector solved, which will be described below with reference to an embodiment becomes.

Das Messgerät verfügt über einen Messcomputer, welcher die Möglichkeit hat, sowohl Messwerte vom Spektrumanalysator als auch vom Breitbanddetektor anzufordern.The Meter has a measuring computer, which has the possibility of both measured values from the spectrum analyzer as well as from the broadband detector to request.

Zur Messung der Summen-Feldstärke oder Summen-Leistungsflußdichte wird jetzt im Messcomputer ein Programm gestartet, welches folgende Messungen ausführt:
Es wird zunächst das Spektrum mit einem möglichst breitbandigem Auslösefilter ausgemessen. Dabei entsteht ein Satz von Messdaten, welches jeweils dem Umfeld einer Messfrequenz die entsprechende Leistung zuordnet. Sodann wird einerseits die Summe aller Leistungen ermittelt, andererseits jede Leistung mit dem für diese Frequenz gewünschten Antennenkorrekturfaktor multipliziert und summiert. Sodann wird diese Summe durch die Summe aller Leistungen dividiert, das Ergebnis ist ein gemeinsamer Korrekturfaktor für das aktuell vorliegende Spektrum.To measure the total field strength or total power density, a program is now started in the measuring computer, which performs the following measurements:
First, the spectrum is measured with a broadband tripping filter. This results in a set of measurement data which assigns the corresponding power to the environment of a measurement frequency. Then, on the one hand, the sum of all powers is determined, and on the other hand, each power is multiplied by the desired antenna correction factor for this frequency and summed. Then this sum is divided by the sum of all services, the result is a common correction factor for the current spectrum.

In einem zweiten Schritt wird nun die vom Breitbanddetektor gemessene Leistung mit dem so ermittelten gemeinsamen Korrekturfaktor in eine Summen-Leistungsflußdichte oder Summen-Feldstärke umgerechnet und diese ausgegeben.In a second step is now the measured by the broadband detector Power with the thus determined common correction factor in a sum power density or sum field strength converted and spent this.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird optional, vom Benutzer des Gerätes einschaltbar, jeder frequenzabhängige Antennenkorrekturfaktor vor der Einbringung in die oben beschriebene Rechnung durch einen frequenzabhängigen Grenzwert dividiert, auf diese Art kann am Ende der Rechnung unmittelbar der Grad der Ausschöpfung des Grenzwerts bestimmt werden.In a particularly advantageous embodiment of the invention becomes optional, can be switched on by the user of the device, everyone Frequency-dependent antenna correction factor before insertion in the above-described calculation by a frequency-dependent Divided limit, this way can be at the end of the bill immediately the degree of exhaustion of the limit value.

Auf diesem Weg können ebenfalls in der Summe unerwünschte Frequenzbereiche durch Nullsetzen des jeweiligen Korrekturfaktors komplett ausgeblendet werden, weiterhin ist es möglich, frequenzabhängige Fehler des Breitbanddetektors zu korrigieren.On This way can also be undesirable in the sum Frequency ranges by zeroing the respective correction factor completely hidden, it is still possible to correct frequency-dependent errors of the broadband detector.

Weiterhin ist es möglich, die Abtastung des Spektrums kontinuierlich im Hintergrund durch den Spektrumanalysator vornehmen zu lassen, die ausgewählten Frequenzen können auch pseudozufällig ausgewählt oder über bekannten Suchverfahren wie eine Gradientensuche, Simulated Annealing oder evolutionäre Algorithmen ausgewählt werden, um eine stetige Verbesserung des so gebildeten Spektrummodells zu erreichen. Da letztlich die absolute Leistung über den Breitbanddetektor gemessen und lediglich die Gewichtung angepasst wird, kann so trotzdem eine sehr hohe Messgenauigkeit erreicht werden.Furthermore, it is possible to make the scanning of the spectrum continuously in the background by the spectrum analyzer, the selected frequencies can also be selected pseudorandomly or selected by known search methods such as a gradient search, simulated annealing or evolutionary algorithms to a continuous improvement of the spectrum model thus formed to reach. Because ultimately the absolute Power is measured via the broadband detector and only the weight is adjusted, so still a very high accuracy can be achieved.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Breitbanddetektor als abtastenden Detektor (Sample/Hold) bzw. Detektor mit Frequenzkammmischer mit Step Recovery Diode auszulegen und somit auch für diesen eine Frequenzselektivität herbeizuführen, wobei sich allerdings Frequenzen mit hoher Empfindlichkeit im Abstand der Abtast-Grundfrequenz wiederholen. Eine spektrale Zuordnung kann dann aber durch Variation der Abtast-Grundfrequenz und nachfolgende Fourieranalyse vorgenommen werden. Eventuelle Frequenzabhängigkeiten dieses Detektors können dann ebenfalls über den vorhandenen Messempfänger oder Spektrumanalysator mit dem oben beschriebenen Verfahren korrigiert werden.A Another possibility is the broadband detector as a scanning detector (sample / hold) or detector with frequency comb mixer with Step Recovery Diode interpreted and thus for this to bring about a frequency selectivity, wherein However, frequencies with high sensitivity in the distance repeat the sampling fundamental frequency. A spectral assignment can but then by varying the sampling fundamental frequency and subsequent Fourier analysis be made. Possible frequency dependencies This detector can then also on the existing measuring receiver or spectrum analyzer with the above be corrected.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19530812 [0005] - DE 19530812 [0005]

Claims (14)

Messgerät zur Bestimmung der Feldstärke oder Leistungsflußdichte eines elektromagnetischen Feldes oder Messgerät zur Bestimmung der Hochfrequenz-Leistung oder Messempfänger oder Spektrumanalysator oder Breitbandmessgerät, bestehend aus mindestens einem frequenzselektiven Messteil oder Spektrumanalysator- oder Messempfänger-Messteil, nachfolgend als Selektivempfänger bezeichnet, und mindestens einem Breitband-Leistungsdetektor oder Breitband-Leistungsmesser oder Dioden-Detektor oder thermischen Leistungsmesser oder mehrstufigen Log-Detektor oder abtastenden Leistungsdetektor, nachfolgend als Breitbanddetektor bezeichnet, weiterhin bestehend aus mindestens einem Messcomputer oder Mikrocontroller oder digitalem Signalprozessor, nachfolgend als Controller bezeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass (1) der Controller frequenzselektive Messungen an mindestens zwei Messpunkten im Frequenzspektrum des Selektivempfängers durch diesen veranlasst, (2) der Controller aus diesen Messungen und bekannten frequenzabhängigen Korrekturfaktoren des Breitbanddetektors und/oder der Messantenne und/oder einer Messvorschrift zur Bestimmung eines Grenzwerts mindestens einen Summen-Korrekturfaktor dadurch ermittelt, dass er diese Korrekturfaktoren bevorzugt für den jeweiligen Messpunkt jeweils mit der gemessenen Leistung multipliziert und/oder eine mathematische Gewichtung der Leistung oder des Korrekturfaktors mit dem jeweils anderen Wert vornimmt und dann diese frequenzbezogenen Zwischenergebnisse (Produkte) aufsummiert oder mathematisch angemessen akkumuliert oder mindestens eine Integration über diese vornimmt oder mindestens einen Mittelwert aus diesen bildet, (3) sofern mathematisch notwendig, mindestens eines dieser so gewonnenen Summen-Ergebnisse durch Division mit der Gesamtsumme der gemessenen Leistungen oder einen diese repräsentierenden Wert korrigiert und/oder zur Bewertung, Gewichtung oder Korrektur über eine mathematische Funktion mit einer solchen Leistungs-Gesamtsumme oder einzelnen Teilsummen verknüpft, (4) den so gewonnenen Summenkorrekturfaktor zur Korrektur des Messergebnisses des Breitbanddetektors anwendet.Measuring device for determining the field strength or power flow density of an electromagnetic field or measuring device for determining the high-frequency power or measuring receiver or spectrum analyzer or broadband measuring device, comprising at least one frequency-selective measuring part or Spektrumanalysator- or measuring receiver measuring part, hereinafter referred to as selective receiver, and at least one broadband power detector or broadband power meter or diode detector or thermal power meter or multistage log detector or scanning power detector, hereinafter referred to as a broadband detector, further comprising at least one measuring computer or microcontroller or digital signal processor, hereinafter referred to as controller, characterized in that (1) the Controller frequency-selective measurements at at least two measuring points in the frequency spectrum of the selective receiver caused by this, (2) the controller from these measurements u nd known frequency-dependent correction factors of the broadband detector and / or the measuring antenna and / or a measurement specification for determining a limit at least one sum correction factor determined by preferably multiplying these correction factors for the respective measurement point with the measured power and / or a mathematical weighting of the Performance or the correction factor with the respective other value and then accumulates these frequency-related intermediate results (products) or mathematically adequately accumulates or at least integrates over them or forms at least an average of these (3) if mathematically necessary, at least one of these so obtained Corrects sum results by dividing them by the sum of the measured powers or a value representing them and / or evaluating, weighting or correcting them using a mathematical function with such a power total (4) uses the sum correction factor thus obtained to correct the measurement result of the broadband detector. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass der frequenzabhängige Korrekturfaktor ein Antennenkorrekturfaktor ist und mit dessen Verwendung eine Umrechnung des Messergebnisses des Breitbanddetektors aus einer Leistung in eine Leistungsflußdichte oder Feldstärke stattfindet.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that the frequency-dependent Correction factor is an antenna correction factor and with its use a conversion of the measurement result of the broadband detector from a Power in a power flow density or field strength takes place. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Korrekturfaktor eine maximal bei dieser Frequenz zulässige Leistung entsprechend einer einen Grenzwert setzenden Norm, insbesondere EMVU-Norm, eingebracht wird und das nach Korrektur vom Breitbanddetektor gelieferte Messergebnis die Ausschöpfung der zulässigen Summenleistung nach dieser Norm ausdrückt, insbesondere als Prozentwert.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that as a further correction factor a maximum allowable power at this frequency a limit setting standard, in particular EMVU standard introduced and the correction result provided by the broadband detector the exhaustion of the permissible total power according to this standard, in particular as a percentage. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als Selektivempfänger ein Spektrumanalysator Verwendung findet, welcher sich den Messeingang mit dem Breitbanddetektor per vom Controller gesteuerten Umschalter oder Leistungsteiler teilt, vor diesen Komponenten können optional auch schaltbare Abschwächer oder Vorverstärker angebracht sein.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that as a selective receiver a spectrum analyzer is used, which is the measuring input with the broadband detector via a controller controlled by the switch or power splitter shares before these components can optionally also switchable attenuators or preamplifiers to be appropriate. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als Breitbanddetektor ein integrierter Log-Detektor oder RMS-Detektor verwendet wird.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that as a broadband detector an integrated log detector or RMS detector is used. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als Breitbanddetektor ein thermischer Detektor verwendet wird.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that as a broadband detector a thermal detector is used. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als Breitbanddetektor ein abtastender Detektor verwendet wird. Durch Variation der Abtastfrequenz kann auch für diesen Detektor eine gewisse Frequenzselektivität erreicht werden, insbesondere durch Nachbearbeitung der Messergebnisse mit einer Fouriertransformation. In diesem Fall werden zur Korrektur mehrere Summenkorrekturfaktoren gebildet.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that as a broadband detector a scanning detector is used. By varying the sampling frequency can also have a certain frequency selectivity for this detector be achieved, in particular by reworking the measurement results with a Fourier transformation. In this case, more than one correction will be made Sum correction factors formed. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung des Spektrums kontinuierlich im Hintergrund zur Breitbandmessung vorgenommen wird, dabei können die Messpunkte auch pseudozufällig abgetastet werden und die Summe sowie der Summenkorrekturfaktor inkrementell korrigiert werden.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that the measurement of the spectrum continuously in the background to the broadband measurement is made, thereby the measuring points can also be sampled pseudorandomly and the sum and the sum correction factor are incremental Getting corrected. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Messergebnisse des Breitbanddetektors zusätzlich durch Filter oder gerechnete Spitzenwertdetektoren oder Quasi-Peak-Detektoren nachverarbeitet werden.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that the measurement results of Broadband detector additionally by filters or calculated Post-processed peak detectors or quasi-peak detectors become. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vermessung des Spektrums Suchverfahren für Frequenzbereiche mit besonders hoher Leistung genutzt werden, insbesondere Gradientensuchverfahren, Simulated Annealing oder evolutionäre Algorithmen. Während der Suche kann auch die Auslösefilterbandbreite des Selektivempfängers durch den Controller dynamisch verändert werden.Measuring device or module or circuit according to claim 1, characterized in that are used in the measurement of the spectrum search method for frequency ranges with particularly high power, in particular gradient search method, simulated annealing or evolutionary algorithms. During the search can also be the trigger movie bandwidth of the selective receiver are changed dynamically by the controller. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von unmittelbaren Multiplikationen zur Bildung der Produkte ein Ersatz dieser durch Addition von Logarithmen Anwendung findet.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that instead of immediate Multiplications to the formation of the products a replacement of this by Addition of logarithms applies. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass weitere mathematische Funktionen oder Filterfunktionen als Zwischenschritte in die Berechnung mindestens eines Summenkorrekturfaktors einfließen.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that further mathematical Functions or filter functions as intermediate steps in the calculation at least one sum correction factor. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzabhängigen Korrekturfaktoren durch Benutzung einer mathematischen Formel aus der Frequenz durch den Controller errechnet werden, insbesondere dass die Formel zur effektiven Antennenfläche Anwendung findet.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that the frequency-dependent Correction factors by using a mathematical formula the frequency can be calculated by the controller, in particular that the formula applies to the effective antenna surface place. Messgerät oder Baugruppe oder Schaltkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzabhängigen Korrekturfaktoren aus einer Kalibrierung des Breitbanddetektors und/oder einer verwendeten Messantenne abgeleitet werden.Meter or assembly or circuit after Claim 1, characterized in that the frequency-dependent Correction factors from a calibration of the broadband detector and / or a used measuring antenna are derived.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19530812A1 (en) 1995-08-22 1996-01-18 Oliver Bartels Radio measuring receiver or spectrum analyser with image frequency suppression

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