DE2648223C2

DE2648223C2 - Verfahren zur Messung der elektromagnetischen Beeinflussung und Schirmung eines elektrischen oder elektronischen Systems

Info

Publication number: DE2648223C2
Application number: DE19762648223
Authority: DE
Inventors: Franz Ing.(grad.) 8031 Oberpfaffenhofen Follner; Hans-Karl Dipl.-Phys. 8063 Odelzhausen Grunow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-10-25
Filing date: 1976-10-25
Publication date: 1983-12-08
Also published as: DE2648223A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der elektromagnetischen Beeinflussung und Schirmung eines elektrischen oder elektronischen Systems, das wenigstens aus zwei jeweils einen Arbeitswiderstand aufweisenden Netzwerken sowie einem dazwischengeschalteten Syslemkabel besteht und das durch einen Außenleiterkreis abgeschirmt ist, in welchen mittels einer äußeren Störquelle ein Störstrom eingeprägt wird, wobei diese Messung auf eine Messung des Kopplungswiderstands zurückgeführt wird, der durch den Quotienten einer in das System eindringenden, mittels eines Meßverstärkers und eines diesem nachgeschalteten ersten Meßempiangers gemessenen Störspannung und aus dem über den Außenleiterkreis eingeprägten, mittels eines zweiten Meßempiangers gemessenen Störstrom gebildet wird.

Ein derartiges Verfahren ist z. B. für Antennenanlagen aus dem Aufsatz von W. Wild »Der Kopplungswiderstand für Antennenanlagen« in Heft 5 der VDE-Schriftenreihe, Wuppertal und Berlin 1956, bekannt.

Die Messung der elektromagnetischen Beeinflussung und der Schirmung bereiten insofern Schwierigkeiten, als derzeit kein optimales Systemmeßverfahren zur Verfügung steht. Die bekannten Meßverfahren liefern zwar weitgehend einwandfreie Meßergebnisse, sie haben jedoch den Nachteil, daß Eingriffe in das System vorgenommen werden müssen, die den Systemablauf stören oder ihn unmöglich machen. Eingriffe VL 1 ^//24.3.83 in das System bergen zusätzlich die Gefahr der Beschädigung in sich und nehmen oft auch erheblich viel Zeit in Anspruch. Außerdem ist es in vielen Fällen nicht möglich, die Eingangswiderslände der Meßempfänger an die Arbeitswiderstände des Systems anzupassen. Dadurch können aber die wirksamen Störspannungen im System nicht richtig oder nur durch schwierige Umrechnungen erfaßt werden. Als Beispiel seien hier nur die vom logischen Zustand abhängigen Arbeitswiderstände digitaler Schaltungen erwähnt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren zu entwickeln, das ohne wesentliche Eingriffe in ein System und bei vergleichsweise geringem Zeit- und Kostenaufwand eine weitgehend optimale und quantitative Erfassung der elektromagnetischen Beeinflussung und Schirniung von Systemen gestattet.

Ausgehend von einem Meßverfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, daß der im zweiten Meßemplanger zu messende, eingeprägte Störstrom mittels eines diesem Meßempfänger vorgeschalteten Stromwandlers ausgekoppelt wird, daß der Meßverstärker zur Messung des Wertes der am Arbeitswiderstand eines der Netzwerke auftretenden Störspannung parallel zu diesem Arbeitswiderstand galvanisch oder kapazitiv ausgekoppelt wird, und daß der resultierende Kopplungswiderstand für dieses Netzwerk nach der an sich bekannten Beziehung R_KR = U_STIJ_ST ermittelt wird. Der wesentliche Vorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dabei vor allem darin, daß die Messungen während des Betriebes eines Systems vorgenommen werden können, ohne daß dessen Schirmung und spezielle Eigenschaften merklich beeinflußt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines einfachen Systems mit angeschlossener Meßeinrichtung,

Fig. 2 eine Einrichtung zur Messung des Kopplungswiderstandes koaxialer Leitungen nach H. Ochem,

Fig. 3 das Ersatzschaltbild für das Systemmodell gemäß Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines einfachen Systems mit den für die Durchführung des Meßverfahrens notwendigen Meßgeräten. Im einzelnen besteht dieses erdunsymmetrische System aus zwei über ein Systemkabel SK miteinander verbundenen Netzwerken ΛΊ. N 2 mit jeweils zugehörigen Arbeitswiderständen RA 1, RA2. Eine elektromagnetische Beeinflussung des Systems liegt vor, wenn in den Systemkreis über eine äußere Störquelle , z. B. durch elektrische oder magneti-

sehe Störfelder oder Potentialunterschiede durch galvanisch gekoppelte benachbarte Stromkreise, ein Störstroin eingekoppelt wird. In Fig. 1 ist diese Störquelle als ein im Zuge des SchuUdeiters eingeschalteter Störsender SE dargestellt. Dieser Störsender SE mit dem Störstrom /_Xl bewirkt an dem vereinfacht durch ein konzentriertes Bauelement dargestellten Kopplungswiderstand R_KS des Systems eine Störspannung U_Sl0, die in das System eingekoppelt wird und von der ein Teil als Störspannung U_Sll an dem Arbeitswiderstand RA 1 anliegt, so daß das Netzwerk ΛΊ störenü beeinflußt wird. Die Höhe der Störspannung U_sn ist ein Maß für die elektromagnetische Beeinflussung des jeweiligen Systems.

Für die Einspeisung des Störstromes kann in vorteilhafter Weise auch ein ///-"-Stromwandler verwendet werden (Transformatorprinzip). Diese Art der Einspeisung ermöglicht eine einwandfreie galvanische Trennung zwischen Störsender und dem zu störenden Kreis. Außerdem läßt sich im tieferen Frequenzbereich eine bessere Anpassung zwischen Störsender und dem zu störenden Kreis erzielen.

Während bei bisher üblichen Meßverfahren meist eine Abschaltung des Systems notwendig war und der Meßempfänger derart angeschaltet wurde, daß sein Eingangswiderstand von ca. 60 Ω parallel zum Arbeitswiderstand des zu vermessenden Systems lag oder direkt an dessen Stelle trat — was zu einer schaltungsmäßigen Veränderung des Systems führte — erfolgt die Störspannungsmessung beim erfindungsgemäßen Meßverfahren mit Hilfe eines galvanisch oder über eine Kapazität C am Arbeitswiderstand R_Ai (Anschlußpunkt A) des Netzwerkes ΛΊ angekoppelten Meßverstärkers MV sowie eines diesem nachgeschalteten Meßempfängers ME, an dem die Störspannung C₅₁₁ zur Anzeige gebracht wird. Der über eine breitflächige Verbindung am Schirmgehäuse des Netzwerkes N\ befestigte Meßverstärker MV, für dessen Innenleiteranschluß ein Bohrloch von nur 1 cm Durchmesser zulässig ist, besitzt einerseits einen hohen Eingangswiderstand bei geringer Eingangskapazität und andererseits einen niedrigen Ausgangswiderstand.

Zur Bestimmung des für die Beurteilung der Schirmeigenschaften des Systems maßgeblichen Kopplungswiderstandes R_KS bzw. des resultierenden Kopplungswiderstandes R_KR ist es außerdem erforderlich, den Störstrom /_s, zu messen. Dies geschieht, wie aus Fig. 1 ersichtlich, mit Hilfe eines Stromwandlers SWund des Meßempfängers ME, der mittels der Umschalteinrichtung UMS wahlweise mit dem Stromwandler SW bzw. mit dem Meßverstärker MV verbunden werden kann.

Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Prinzip-Meßschaltung und der von H. Ochem: »Der Kopplungswiderstand koaxialer Leitungen«, Hochfrequenztechnik und Elektroakustik, Leipzig 48,1936, Seiten 182-191 angegebenen Definition ergibt sich für den Kopplungswiderstand folgende Beziehung:

Il

~ Il

'St

In Anlehnung an diese Definition kann auch R_KS gemessen werden. R_KS setzt sich jedoch im Unterschied zu R_K aus dem Kopplungswiderstand des Schirmgehäuses des Netzwerkes ΛΊ, des (der) Systemkabels und des Schirmgehäuses des Netzwerkes N2 zusammen. Er stellt also die Summe der Widerstände der einzelnen Teile des Systems dar. Die Zahl der Summanden hängt in der Praxis von der Komplexität des jeweiligen Systems ab. Außerdem muß U_Sl0 anhand der Arbeitswiderstände R_A , und R_A2 nach folgender Gleichung berechnet werden.

Ra

Daraus erreichnet sich dann

• R*2»R>is- (2)

_: zu (siehe Fig. 3): (3)

Da jedoch die Widerstände R_Ai und R_A2, wie bereits angedeutet, nicht in jedem Fall, z.B. bei logischen Schaltungen, bekannt sind, ist es zweckmäßig, mit Hilfe von U_sn den resultierenden Kopplungswiderstand R_KR für das Netzwerk N1 zu bestimmen. Es wird wie folgt definiert :

Usn

U_sn ist dabei die Störspannung am Arbeitswiderstand RA] des Systems. Die Störspannung t/_Sll und der Störstrom /_s, werden nach den bereits beschriebenen Meßmethoden mit Hilfe des Meßempfängers ME ermittelt, so daß durch Einsetzen der entsprechenden Werte in die Gleichung (4) der resultierenden Kopplungswiderstand berechnet werden kann. In der Praxis ist er als Funktion der Frequenz zu ermitteln. Entsprechende Überlegungen gelten auch für das Netzwerk N 2.

1st der resultierende Kopplungswiderstand R_KR eines Systems als Funktion der Frequenz bekannt, so kann die Störspannung U_s, in den Geräten des Systems bei einem zu erwartenden Störstrom /_Sl im voraus mit Hilfe der umgestellten Gleichung (4) wie folgt berechnet werden.

Us, ⁼ Rkr " 'si ·

Zeigt sich nach dieser Rechnung, daß die Störspannung U_Sl zu groß wird, so können rechtzeitig Maßnahmen zu deren Verringerung ergriffen werden. Anders herum betrachtet, kann bei gegebener zulässiger Störspannung ty_Sll der dann noch zulässige Störstrom /_Sl errechnet werden.

Für den Fall, daß R_A , und R_{A 2} bekannt sind, errechnet sich R_KR in Anlehnung an die Gleichung (2) und (4) wie folgt:

oder

_ '-¹SiO

'"Tr

Ra

In diesem einfachen Fall und auch in einfachen Fällen der Praxis kann dann R_KS auch aus R_KR nach folgender Gleichung errechnet werden

Es besteht selbstverständlich die Möglichkeit, entsprechende Messungen auch an einem erdsymmetrischen System durchzuführen, wobei der gleiche Meßaufbau verwendet werden kann. Die gemessene Störspannung i/_s„ die dann an einer der beiden symmetrischen Leitungen gegen den Schirm gemessen wird, ist jedoch nicht identisch mit der Störspannung U_Sli an den Arbeitswiderständen. Sie ist vielmehr um die Symmetriedämpfung α des Systems geringer und beträgt demnach

Us,*-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur M essung der elektromagnetischen Beeinflussung und Schirmung eines elektrischen oder elektronischen Systems, das wenigstens aus zwei jeweils einen Arbeitswiderstand aufweisenden Netzwerken sowie einem dazwischen geschalteten Systemkabel besteht und das durch einen Außenleiterkreis abgeschirmt ist, in welchem mittels einer äußeren Störquelle ein Störstrom eingeprägt wird, wobei diese Messung auf eine Messung des Kopplungswiderstands zurückgeführt wird, der durch den Quotienten einer in das System eindringenden, mittels eines Meßverstärkers und eines diesem nachgeschalteten ersten Meßempiangers gemessenen Störspannung und aus dem über den Außenleiterkreis eingeprägten, mittels eines zweiten Meßempfängers gemessenen Störstrom gebildet wird, dadurch gekennzeichnet,daß der im zweiten Meßempfänger (ME) zu messende, eingeprägte Störstrom (I_ST) mittels eines diesem Meßempfänger vorgeschalteten Stromwandlers (SW) ausgekoppelt wird, daß der Meßverstärker (MV) zur Messung des Wertes der am Arbeitswiderstand (A^₁) eines der Netzwerke (ΛΊ) auftretenden Störspannung (U_ST) parallel zu diesem Arbeitswiderstand galvanisch oder kapazitiv ausgekoppelt wird, und daß der resultierende Kopplungswiderstand (R_KR) für dieses Netzwerk (NI) nach der an sich bekannten Beziehung Rkr ⁼ Ust/Jst ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Einprägen des Störstromes in den Außenleiterkreis des Systems ein weiterer Stromwandler verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Störspannungs- und Störstrommessung anstelle zweier getrennter Meßempfänger ein gemeinsamer Meßempfänger (ME) verwendet wird, der mittels einer Umschalteeinrichtung (UMS) wahlweise entweder zur Störstrommessung an den Stromwandler (SW) oder zur Störspannungsmessung an den Meßverstärker (MV) angeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßverstärker (M V) ein Breitbandverstärker mit einem Frequenzbereich zwischen ca. 1 kHz und 130MHz mit einem hohen Eingangswiderstand bei niedriger Eingangskapazität sowie mit einem niedrigen Ausgangswiderstand verwendet wird.