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Titelstory
Die passenden HF-Messgeräte
zum Lösen des Entwicklungspuzzles
eine hohe Zuverlässigkeit oder
die Möglichkeit, Milliarden von
einzelnen Teilnehmern inte-
grieren zu können. Hier kann
die neue Mobilfunkgeneration
5G mit den Releases 15 bis 17
Lösungen bieten, aber auch alte
Standards müssen weiterhin
unterstützt werden, da die Geräte
auch in Regionen arbeiten müs-
sen in denen die neuen Standards
noch fehlen.
Für die Entwicklungsingenieure
von heute bedeutet dies, dass
weitere neue Puzzle-Teile, wie
Antennen, HF-Verstärker, Modu-
latoren, Lokaloszillatoren etc.,
hinzukommen und in neuen Pro-
jekten integriert werden müssen.
Inzwischen wird kaum ein Gerät
Graphik 1: Prinzipieller Aufbau eines komplexen IQ-Modulators ohne eine funkbasierte Kommu-
nikations- oder Steuerschnitt-
Die Schlagworte Aus technologischer Sicht haben relativ einfach hinzugefügt bzw.
stelle zum Verkauf angeboten.
Digitalisierung, alle einen gemeinsamen Nenner Netzwerke ausgebaut werden
Die Komponentenhersteller
– die Verbindung und Kommuni- und zusätzlich sind die ver-
Autonomes Fahren, haben darauf reagiert und bietet
kation zwischen allen Objekten. netzten Objekte mobil.
fertige Kommunikationsmodule
Smart X mit X Die Vernetzung per Funk hat ge- zur einfachen Integration an.
als Platzhalter für genüber der kabelgebundenen Puzzle-Teile für die Allerdings kann auch hier noch
Industrie, Stadt oder Vernetzung viele Vorteile. Der Technik von Morgen viel schiefgehen, z.B. kann eine
wichtigste Vorteil ist die Flexi- DC-Spannungsversorgung mit
Heim sind in vielen bilität. Ohne die Notwendigkeit, Mit neuen Anwendungen ent- zu großer Welligkeit zu einer
Medien zu finden und neue Kabel verlegen zu müs- stehen neue Anforderungen, Erhöhung der Nachbarkanalstö-
werden dort auch sen, können neue „Teilnehmer“ wie kurze Latzenzzeiten und rungen beim HF-Signal führen.
kritisch diskutiert.
Autor:
Thomas Rottach
Sales & Marketing Manager
Siglent Technologies
www.siglenteu.com Bild 1: Auf 145,1 MHz (2-m-Band) getunte Antenne. Die Darstellung zeigt S11 im Smith-Diagramm
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Titelstory
die Stelle der besten Anpassung
an 50 Ohm.
Nicht immer hat man aber die
Möglichkeit, die Antenne selbst
zu tunen und es ist oft notwen-
dig, dass die Anpassung durch
Einfügen eines entsprechenden
Anpassungsnetzwerks erreicht
werden muss. Das Smith-Dia-
gramm bietet eine gute Möglich-
keit, um Anpassungsnetzwerke
graphisch zu entwickeln.
Das Ziel „Anpassung an 50
Ohm“ gilt auch für HF-Verstär-
ker. Bei einem optimal ange-
passten Verstärker entstehen am
Eingang keine Reflektionen und
es wird die gesamte Eingangs-
leistung aufgenommen und ver-
stärkt. Bei batteriebetriebenen
Geräten ist es besonders wich-
Bild 2: Auf 434 MHz (70-cm-Band) eingestelltes Dreikreisfilter tig, dass keine Leistung verlo-
ren geht und alles im optimalen
Es ist auch zu beachten, dass dene Signale in Freifeldwellen Es handelt sich um ein Hybrid- Bereich läuft.
die Integration eines Funkmo- um. Für eine möglichst optimale gerät aus Spektrumanalysator Der SVA1000X kann ebenfalls
duls Auswirkungen auf den Übertragung ist daher eine gute und VNA und dieses deckt einen hervorragend zum Entwickeln
EMV-Testplan und die zu ver- Anpassung an die Leitungsim- Frequenzbereich bis 7,5 GHz ab. und Tunen von Filtern eingesetzt
messenden Frequenzbereiche pedanz (50 Ohm) im Sende- Die integrierte VNA-Funktiona- werden. Neben S11 lässt sich
haben kann. und Empfangsfrequenzbereich lität ermöglicht die zur Anten- auch S21 messen. Mit der Mes-
notwendig. Üblicherweise wird nenanpassung notwendige Mes- sung von S21 kann die Band-
Um spätere Schwierigkeiten zu
für diese Anpassungsarbeit ein sung von S11 mit Darstellung im breite, die Einfügedämpfung,
vermeiden, muss also das Design
Vektor-Netzwerkanalysator Smith Chart. Bild 1 zeigt eine auf die Welligkeit, die Sperrdämp-
messtechnisch verifiziert wer-
(VNA) eingesetzt. Typischer- 145,1 MHz (2-m-Band) getunte fung oder auch das Phasenver-
den. Die klassischen Aufgaben,
weise ist hier aber die Einstiegs- Antenne. Die Darstellung zeigt halten und die Gruppenlaufzeit
wie Optimierung und Zulassung,
hürde (Preis) sehr hoch. S11 im Smith Chart und in line- bestimmt und in verschiedenen
erfordern ebenfalls die passende
Messtechnik. Diese ist ebenfalls Die Analysator-Serie SVA1000X arer Darstellung die reflektierte Formaten dargestellt werden.
ein wichtiges Puzzle-Stück, das stellt eine gute Alternative dar. Leistung. Der Marker zeigt hier Bild 2 zeigt ein auf 434 MHz
bei der Lösung der Aufgabe
benötigt wird.
Für den Bereich „HF-Entwick-
lung“ hat Siglent im laufenden
Jahr eine Reihe von neuen Pro-
dukten vorgestellt. Zum einen
handelt es sich um Erweite-
rungen von bestehenden Serien,
zum anderen wurden auch kom-
plett neue Serien auf den Markt
gebracht. Damit steht nun ein
durchgängiges Angebot an HF-
Messtechnik zur Verfügung
und es können eine Vielzahl
von Anwendungen adressiert
werden. Im Folgenden werden
einige Anwendungen beispiel-
haft dargestellt.
Antennenanpassung
und Filtertuning
Die Antenne kann als eine Art
Transformer gesehen werden, Bild 3: Es ist möglich, dass der Verstärker im nichtlinearen Bereich betrieben wird. Das Bild zeigt diesen Effekt. Das
denn sie wandelt leitungsgebun- eingespeiste Signal ist ein 64-QAM-modulierter Träger bei 2,4 GHz
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Titelstory
Die Optimierung und Fehler-
suche sind neben den „Compli-
ance-Messungen“ die Haupt-
aufgaben beim Lösen des Ent-
wicklungspuzzles. Zusätzlich
müssen hierzu noch Messungen
zur Bestimmung der Leistungs-
fähigkeit des Systems durchge-
führt werden. Wird z.B., wie
oben erwähnt, der Verstärker im
nichtlinearen Bereich betrieben,
wirkt sich das auch auf die Qua-
lität der modulierte Signale aus
und kann dazu führen, dass der
Empfänger die Daten nicht mehr
richtig decodieren kann.
Messtechnisch lässt sich die
Modulationsqualität durch die
Bestimmung der Fehlervektor-
betrags (EVM) ermitteln. Mit
den SSA3000X Plus, SVA1000X
oder den Realtime-Spektrumana-
Bild 4: Darstellung der Vektorsignalanalyse (64-QAM-Signal) lysatoren SSA3000X-R (ausge-
stattet mit der Vektorsignalana-
(70-cm-Band) eingestelltes Drei- Damit kann der Generator wäh- dem Erlaubten? Und vor allem, lyse) können die Messungen des
kreisfilter. rend der Entwicklungsphase der wo kommen diese her? EVM sowie die Decodierung der
Senderseite sowohl als Lokal empfangenen Daten erfolgen.
Sender und Empfän- oszillator als auch als Basisband- Die Spektrumanalysator-Serie
generator verwendet werden. Mit SSA3000X Plus bietet optional Bild 4 zeigt die Darstellung der
germessungen
den externen I- und Q-Basis- eine erweiterte Sammlung von Vektorsignalanalyse. Es wurde
Hinter bzw. vor der Antenne, bandeingängen können IQ-Roh- Messungen. Darin integriert ist ein 64-QAM-Signal mit dem
der Bandfilterung und HF-Ver- daten direkt aus dem DSP des automatisierte Ermittlung der SSG5000X-V generiert, extern
stärkern findet man im Signal- Entwicklungsprojektes in den belegten Bandbreite (Occupied verstärkt und mittels Antennen
pfad die Empfänger bzw. Sen- SSG5000X-V eingespeist und BW), der Kanalleistung (Chan- zum SSA3000X plus Spektrum-
derschaltung. Der Modulator auf die gewünschte Frequenz nel Power) und die Messung der analysator übertragen. Es ist gut
oder Demodulator sind hier die moduliert werden. Zusammen Nachbarkanalleistung (ACPR). zu sehen, dass das Signal stark
zentralen Elemente. Die meis mit einem Signalanalysator lässt Damit können viele der oben und nicht verzerrt empfangen
ten heute verwendeten Über- sich so unabhängig vom Stand gestellten Fragen beantwortet werden kann. Der EVM Wert
tragungsverfahren arbeiten mit des HF-Teilprojektes bereits werden. liegt bei 1 %, die „Augen“ des
komplexen Modulationen. Der frühzeitig die Richtigkeit der Signals in der Zeitbereichsan-
Hauptgrund ist, dass damit mehr Digitalsignale verifizieren. Bei Die Beantwortung der Frage, sicht sind geöffnet und die Kon-
Daten pro belegtem Spektrum der Entwicklung des Empfängers wo z.B. eine erhöhte Nachbar- stellationspunkte liegen gut in
übertragen werden können. Die kann der SSG5000X-V standard- kanalleistung entsteht, erfordert der Mitte des Sollbereichs.
Graphik 1 zeigt den prinzipiellen konforme Signale liefern. Durch Erfahrung und weitere Mess- Weitere Schritte auf dem Weg
Aufbau eines komplexen IQ- Auswertung der demodulierten ungen u.a. auch im Zeitbereich zum leistungsstarken und funk-
Modulators. Daten kann die richtige Funk- mithilfe eines Oszilloskops. In tionsfähigen Produkt sind die
tionsweise verifiziert werden. der Einleitung bereits erwähnt, Bestimmung der Empfindlich-
Auch wenn kaum jemand mehr kann eine „schlechte“ DC-Span- keit, d.h., bis zu welchem mini-
Modulatoren diskret aufbaut, Verifikation und nungsversorgung ein Grund malen Signalpegel der Empfän-
bleibt immer noch die Notwen- Optimierung des für ein schlechtes ACPR sein. ger arbeitet oder die Intermodu-
digkeit der Verifikation und Es ist aber auch möglich, dass lations- bzw. Blockingtests. Dies
Funktionsüberprüfung mittels
Designs der Verstärker im nichtlinearen sind wichtige leistungsbestim-
Messtechnik. Hierzu wird min- Bevor nun das Entwicklungspro- Bereich betrieben wird. Bild 3 mende Messungen, welche zum
destens ein HF-Generator mit jekt abgeschlossen werden kann, zeigt diesen Effekt. Das einge- einen die Expertise des Entwick-
IQ-Modulation, ein Basisband- muss das System auf Einhaltung speiste Signal ist ein 64-QAM- lers und Messtechnikers und zum
Signalgenerator und ein Signal- der standardisierten Vorgaben modulierter Träger bei 2,4 GHz. anderen eine flexibel einsetzbare
analysator benötigt. Die neue überprüft werden. Stimmt die Die gelbe Kurve zeigt die ACPR- Messtechnik benötigen.
HF-Generator-Serie SSG5000X- Sendefrequenz und die Sende- Messung bei Betrieb im linearen
V liefert CW-Signale mit nied- leistung? Entspricht die Band- Bereich des Verstärkers. Durch
EMV-Pre-Compliance
rigem Phasenrauschen, komplex breite des modulierten Signals den Betrieb im nichtlinearen
modulierte Signale bis 6 GHz mit der Standardisierung? Gibt es Bereich entstehen Modulations- Als letztes, aber nicht minder
einer Modulationsbandbreite von Störungen in den Nachbarka- produkte welche die Nachbarka- wichtiges Puzzle-Teil sollen
bis zu 150 MHz als auch Basis- nälen? Wenn ja, wie hoch sind näle stören. Die lila Kurve zeigt hier die vorbereitenden Mess-
bandsignale. diese und entspricht das noch diese Veränderung. ungen zur EMV-Zulassung
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Titelstory
Im Rahmen der EMV-Zulassung
wird ebenfalls die Widerstand-
fähigkeit des Testobjekts gegen-
über Einstrahlung untersucht.
Auch diese Messungen können
mit eine TEM-Zelle in Kom-
bination mit eine HF-Genera-
tor wie dem SSG5000X vorab
durchgeführt werden. Die hohe
Ausgangsleistung des Genera-
tors von bis zu 25 dBm und die
kompakten Ausmaße der TEM-
Zelle ermöglichen auch ohne
Verstärker relevante Feldstärken.
Fazit
Die Integration von Konnektivi-
tät bring viele zusätzliche Aufga-
ben und Herausforderungen mit
sich. Den erfahrenen HF-Ent-
Bild 5: Messung im EMI-Modus des SSA3000X-R, s. Text wickler beeindruckt das wenig,
doch für viele Entwickler, die
genannt sein. Dieser Teil kann gewährleisten. Der Schlüssel beschleunigt den Verifikations- z.B. das Puzzle-Stück „WiFi-
ein gesamtes Projekt zum Schei- für aussagekräftigen Pre-Com- prozess. Aus der Spektogram- Kommunikation“ in ihr analoges
tern bringen oder zumindest pliance-Messungen ist, dass der mansicht kann zusätzlich die oder digitales Design integrieren
für größere Verzögerungen und Messaufbau und die Differenz Information der Wiederholfre- müssen, gibt es viel Neues zu
höhere Kosten sorgen. zur zertifizierten Zulassungs- quenz entnommen werden. Diese bedenken und zu lernen. Ferner
messung bekannt sind. hilft häufig beim Eingrenzen der fehlen auch oft die Verfügbarkeit
Grundsätzlich ist es wichtig, Fehlerursache bzw. beim Auffin- und die Erfahrung im Umgang
die EMV von Anfang an im Die Serien SSA3000X, den der Quelle. Besonders beim mit HF-Messtechnik.
Blick zu haben und schon wäh- SSA3000X Plus, SVA1000X Debuggen von Spannungsver-
rend der ersten Planungsphase sowie auch die Realtime-Spek- sorgungen unter verschiedenen Egal ob Einsteiger oder Profi –
entsprechende Maßnahmen zu trumanalysatoren verfügen opti- Lastzuständen ist die Realtime- für ein erfolgreiches Entwick-
integrieren. Es ist auch ratsam, onal über ein EMI-Optionspaket Analyse der EMV von Vorteil. lungsprojekt ist zuverlässiges
bereits während der Entwick- mit EMI-Filtern und Quasi-Peak-
lung immer wieder Messungen Detektor. Mit 40 MHz Echtzeitmessband- und flexibles Mess-Equipment
durchzuführen, um auch früh- Im Bild 5 ist eine Messung im breite kann der komplette Mess- zur Lösung der Messaufgaben
zeitig noch reagieren zu können. EMI-Modus des SSA3000X-R bereich der leitungsgebundenen notwendig. Das kürzlich erwei-
dargestellt. Es sind drei Kurven EMV-Messungen (150 kHz bis terte Siglent-HF-Portfolio mit
Hierfür ist kein teurer EMV- 30 MHz) in einem „Rutsch“ Spektrum-, Realtime- und Vek-
Empfänger notwendig. Ein zu sehen. Jede Messkurve zeigt
die Ergebnisse mit unterschied- gemessen dargestellt werden. tor-Netzwerkanalysatoren sowie
Spektrumanalysator wie der Zusammen mit max. Hold geht den Vektor-Signalgeneratoren
SSA3000X Plus und ein grund- lichen Detektoren (Peak/Quasi-
Peak und EMI-Average) Im kein Peak verloren und damit ist bietet die passende Puzzle-Teile
legendes Verständnis von EMV es möglich, den Worst-Case zu zur Unterstützung beim Lösen
Messungen sind hier schon Gerät können frequenzabhängige
Dämpfungswerte, welche von finden, siehe Bild 6. des Entwicklungs-Puzzles. ◄
genug. Bei Vormessungen ist es
wichtig, darauf zu achten, dass Kabeln, Netznachbildung oder
bei jeder Messung immer die Transientenlimitern kommen,
gleichen Voraussetzungen erfüllt hinterlegt und bei der Messung
sind. Nur dann ist es möglich berücksichtigt werden. Zusätz-
Veränderungen festzustellen. lich sind viele Standardlimits
(EN550…) hinterlegt, welche,
Oft werden Messungen mit Nah- wie im Bild zu sehen ist, ein-
feldsonden durchgeführt und es geblendet und getestet werden
wird weder auf einen gleichblei- können.
benden Abstand noch auf die
Orientierung der Sonde geachtet. Der Einsatz von Realtime-Ana-
Hier hilft z.B. ein Oszilloskop- lysatoren für EMV-Vormes-
Tastkopfhalter. sungen und zur Fehlersuche
hat den entscheidenden Vorteil,
TEM-Zellen sind ebenfalls eine dass auch selten auftretende Stö-
sehr gute Möglichkeit, um repro- rungen ohne lange Messdauer
duzierbare Voraussetzungen zu entdeckt werden können. Dies Bild 6: EMV-Messungen (150 kHz bis 30 MHz) in einem „Rutsch“, s. Text
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