Leitungsgebundene Störaussendungen: Spannungsmessverfahren gemäß CISPR 25 / DIN EN IEC 55025

Abbildung 1: Übersicht über den Messaufbau für die Messung leitungsgebundener Störaussendungen nach CISPR 25 / DIN EN IEC 55025 (Spannungsmessverfahren)

Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist ein oft übersehener und zugleich schwer zugänglicher Bereich der Elektronikentwicklung. Ihre besondere Komplexität ergibt sich vor allem aus der Vielzahl an Normen, die nicht frei verfügbar sind, sowie aus der faktischen Abschottung durch die vergleichsweise kleine professionelle EMV-Gemeinschaft. Hinzu kommt, dass EMV-Messtechnik häufig sehr kostspielig ist, was insbesondere Hobbyanwender und semiprofessionelle Entwickler von praktischen Experimenten abhält und den Zugang zu belastbarer Praxiserfahrung in diesem wichtigen Fachgebiet erschwert. Mit der Vorstellung dieses vergleichsweise kostengünstigen Messaufbaus und der detaillierten Erläuterung der normativen Anforderungen soll die Einstiegshürde für alle gesenkt werden, die sich erstmals mit EMV-Messungen beschäftigen. Gleichzeitig ist der Aufbau so nah wie möglich an der Norm umgesetzt, wobei alle Abweichungen klar benannt werden, um auch den Anforderungen professioneller Anwender gerecht zu werden.

Abbildung 2: Alle Geräte und Zubehörteile, die für einen weitgehend normkonformen Prüfaufbau nach CISPR 25 / DIN EN IEC 55025 (Spannungsmessverfahren) erforderlich sind

Die Norm CISPR 25 gilt für elektronische und elektrische Komponenten, die für den Einsatz in Fahrzeugen, Booten sowie in Geräten mit Verbrennungsmotor vorgesehen sind. Bei der DIN EN IEC 55025 (vollständig: DIN EN IEC 55025 VDE 0879-2:2023-11) handelt es sich um die deutsche nationale Umsetzung der CISPR 25. Ziel der Normen ist es, empfindliche Funkempfänger vor bordseitigen hochfrequenten Störaussendungen im Frequenzbereich von 150 kHz bis 108 MHz zu schützen [1, 2].

Während CISPR 25 sowohl Grenzwerte als auch Messverfahren für leitungsgebundene und gestrahlte Störaussendungen festlegt, konzentriert sich dieser Artikel ausschließlich auf leitungsgebundene Störaussendungen. Für diese sieht die Norm zwei Messverfahren vor: das Spannungsmessverfahren und das Stromverfahren. Der hier vorgestellte Aufbau basiert auf dem Spannungsmessverfahren, da es die platzsparendste Variante darstellt. Wichtig ist zudem, dass das Spannungsverfahren auch in akkreditierten Prüflaboren eingesetzt wird und die Grundlage sowohl für Messungen leitungsgebundener Störaussendungen mit HF-Stromzange als auch für Messungen gestrahlter Störaussendungen nach derselben Norm bildet. Diese Varianten unterscheiden sich im Wesentlichen nur in Details, beispielsweise in den Mindestabmessungen der Referenz-Massefläche.

Für Messungen leitungsgebundener Störaussendungen nach dem Spannungsverfahren fordern CISPR 25 und DIN EN IEC 55025 eine Referenz-Massefläche mit Mindestabmessungen von 100 cm × 40 cm, gefertigt aus Kupfer, Messing, Bronze oder verzinktem Stahl, bei einer Mindestdicke von 0,5 mm [1]. In meinem Aufbau verwende ich eine 100 cm × 40 cm große Referenz-Massefläche aus verzinktem Stahl mit einer Dicke von 2 mm. Zum Schutz vor scharfen Kanten und Ecken sind zwei jeweils 1 m lange Kantenschutzprofile aus Gummi angebracht. Ein Entgraten der Kanten wäre ebenfalls möglich, wirkt optisch jedoch deutlich weniger sauber.

Abbildung 3: 100 cm × 40 cm verzinktes Stahlblech, 2 mm stark, verwendet als Referenzmassefläche

Als hilfreicher Hinweis am Rande: Die Mindestabmessungen der Referenz-Massefläche betragen bei Messungen leitungsgebundener Störaussendungen nach dem Stromverfahren 250 cm × 40 cm, und bei Messungen gestrahlter Störaussendungen 100 cm × 200 cm. Wenn diese Prüfungen ebenfalls vorgesehen sind, kann es sinnvoll sein, direkt in eine entsprechend dimensionierte Referenz-Massefläche sowie eine größere Werkbank zu investieren.

Die Referenz-Massefläche ist gemäß Norm in einer Höhe von 90 cm ± 10 cm über dem Boden anzuordnen. Meine Werkbank hat eine Höhe von 85 cm und liegt damit innerhalb des in der Norm vorgegebenen Bereichs.

CISPR 25 und DIN EN IEC 55025 schreiben vor, dass Messungen in einer Absorberhalle oder in einem geschirmten Raum durchzuführen sind [1, 2]. Diese Anforderung steht im Widerspruch zu einem echten Pre-Compliance-Aufbau auf dem Labortisch und wird daher in meinem Aufbau nicht umgesetzt. Der Verzicht auf eine vollständig geschirmte Umgebung vereinfacht den Aufbau, kann jedoch den Störpegel des Hintergrunds sowie externe Einkopplungen erhöhen und damit die Messgenauigkeit beeinflussen. Aus diesem Grund ist vor der eigentlichen Prüfung eine Hintergrundmessung durchzuführen, um sicherzustellen, dass externe Störungen mindestens 6 dB unterhalb des anzuwendenden Grenzwerts liegen.

Abbildung 4: Referenzmassefläche mit Schutzleiter (Erde) verbunden

Unter normgerechten Bedingungen würde die Referenz-Massefläche mit dem geschirmten Raum verbunden, wobei Erdungsbänder mit einem Abstand von höchstens 30 cm anzubringen sind. Zusätzlich muss jedes Erdungsband ein Längen-zu-Breiten-Verhältnis von maximal 7:1 einhalten [1]. Da kein geeigneter geschirmter Raum zur Verfügung steht, an den angebunden werden könnte, wird auch diese Anforderung nicht vollständig umgesetzt. Stattdessen kommt ein einzelner Erdungsleiter mit 6 mm² Querschnitt zum Einsatz. Dieser vereinfachte Erdungsansatz ist für Pre-Compliance-Messungen ausreichend, kann jedoch die Wiederholbarkeit geringfügig beeinflussen und im Vergleich zu einem vollständig normkonformen Aufbau zu kleinen Messabweichungen führen.

Eine Netznachbildung (Line Impedance Stabilization Network, LISN), in den CISPR-Normen als Künstliches Netz (Artificial Network, AN) bezeichnet, ist eine zentrale Komponente bei der Messung leitungsgebundener Störaussendungen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, zwischen der Stromversorgung und dem Prüfling (DUT) eine definierte Impedanz bereitzustellen und den Prüfling gleichzeitig von externen Störsignalen auf den Versorgungsleitungen zu entkoppeln. Dadurch werden reproduzierbare und vergleichbare Messungen der vom Prüfling erzeugten hochfrequenten Störaussendungen ermöglicht. Zusätzlich koppelt die Netznachbildung die vom Prüfling erzeugten Störspannungen auf einen 50-Ω-HF-Ausgang aus, der für den Anschluss eines Spektrumanalysators oder Messempfängers vorgesehen ist.

Abbildung 5: Zwei TekBox TBL0510-1-LISNs mit 5 µH, mittels selbstklebendem, kupferbeschichtetem Abschirmband fest mit der Referenzmassefläche verbunden; der werksseitig installierte 1-µF-Kondensator im LISN der Rückleitung (rechts) ist hier noch nicht entfernt

Für Messungen leitungsgebundener Störaussendungen nach CISPR 25 / DIN EN IEC 55025 muss die Netznachbildung eine Nenninduktivität von 5 µH aufweisen, den in der Norm festgelegten Impedanzverlauf einhalten und direkt auf der Referenz-Massefläche montiert sein, wobei das Gehäuse niederimpedant mit der Massefläche verbunden sein muss.

In meinem Aufbau verwende ich zwei kostengünstige TekBox TBL0510-1-Netznachbildungen [4]. Diese erfüllen die strengen Anforderungen der Norm hinsichtlich Impedanzverlauf und Entkopplung. Darüber hinaus sind sie auch konform zu weiteren Normen wie MIL-STD-461F, DO-160 (Avionik), NATO AECTP-500 und ISO 7637-2, was sie für den Einsatz in einer Vielzahl unterschiedlicher Prüfaufbauten besonders vielseitig macht.

Abbildung 6: Gemessene Impedanz des TBL0510-1-LISN mit 5 µH, 100 kHz-110 MHz, Quellanschlüsse kurzgeschlossen [3]

Die Anzahl der erforderlichen Netznachbildungen hängt sowohl vom Prüfling (DUT) als auch von der Länge seiner Versorgungsleitungen ab. Bei einem Prüfling mit einer einzigen positiven Versorgungsspannung und Masse sowie einer Versorgungsleitung von 20 cm oder weniger ist eine einzelne Netznachbildung ausreichend (Abb. 7). In diesem Fall wird die Rückleitung des Prüflings direkt mit der Referenz-Massefläche verbunden, eine Konfiguration, die in den Normen als „lokal geerdeter“ Prüfling bezeichnet wird.

Abbildung 7: Messung leitungsgebundener Störaussendungen nach CISPR 25 / DIN EN IEC 55025, Spannungsmethode, Prüfling mit lokal geerdeter Rückleitung [3]

Eine häufigere Konfiguration ist jedoch die Variante des „ferngespeisten“ Prüflings, bei der sowohl die positive Versorgungsleitung als auch die Rückleitung über getrennte Netznachbildungen geführt werden (Abb. 8). Der Dual-LISN-Aufbau bietet zudem den Vorteil, Differential- und Gleichtaktstörungen getrennt messen zu können, was die Fehlersuche erleichtert. Mehr dazu später.

Abbildung 8: Messung leitungsgebundener Störaussendungen nach CISPR 25 / DIN EN IEC 55025, Spannungsmethode, Prüfling mit entfernt geerdeter Rückleitung [3]

Ein 1 µF-Kondensator muss parallel am Quellanschluss der LISN in der positiven Versorgungsleitung angeschlossen werden (Abb. 8). In den hier verwendeten neuen TBL0510-1-Geräten ist dieser Kondensator bereits werkseitig installiert und bei der Charakterisierung berücksichtigt worden. Für das zuvor genutzte, mittlerweile auslaufende TBOH01-Modell muss der Kondensator separat beschafft werden. Zusätzlich muss ein 1000 µF-Kondensator zwischen den positiven Eingangsanschlüssen beider LISNs platziert werden (Abb. 9). In meinem Aufbau verwende ich einen Würth Elektronik WCAP-ATG8, ausgelegt für bis zu 63 V [13].

Abbildung 9: LISNs mit werksseitig installiertem 1-µF-Kondensator am LISN der positiven Versorgungsleitung (links) und zusätzlich zwischen den LISNs installiertem 1000-µF-Kondensator

Ob externe Kondensatoren im Messaufbau erforderlich sind, hängt vom LISN-Hersteller ab: Manche integrieren sie, andere nicht. Dies wirft natürlich die Frage auf, warum ein erforderliches Bauteil weggelassen wird. Die Antwort ist nicht Kosteneinsparung, sondern Funktionalität: Dadurch können die LISNs flexibler für unterschiedliche Standards eingesetzt werden. Für Transientenprüfungen nach ISO 7637-2 kann der 1 µF-Kondensator einfach entfernt werden. Für leitungsgebundene Störaussendungsmessungen von Luftfahrtgeräten nach DO‑160 kann anstelle des 1 µF-Kondensators ein 10 µF-Kondensator installiert werden.

Der Prüfling muss auf einer Unterlage aus nichtleitendem Material mit einer relativen Permittivität von εr ≤ 1,4 und einer Höhe von 50 mm ± 5 mm über der Referenz-Massefläche positioniert werden. Die Versorgungsleitungen sind auf einer ähnlichen Unterlage mit einer relativen Permittivität von εr ≤ 1,4 und einer Höhe von 50 mm ± 5 mm Höhe geradlinig zu verlegen. Alle Seiten des Prüflings müssen mindestens 100 mm von den Kanten der Referenz-Massefläche entfernt sein. Der Rückleiter der Stromversorgung muss ebenfalls zwischen Spannungsquelle und LISN mit der Referenz-Massefläche verbunden sein.

Abbildung 10: Versorgungsleitungen und Prüfling auf einer Unterlage mit niedriger Permittivität montiert

ESD-Schaum (antistatischer Schaum) ist aufgrund seiner Leitfähigkeit ungeeignet als Unterlage. In meinem Aufbau verwende ich 50 mm dicken Polyethylen-(PE)-Schutzschaum. Aufmerksame Leser werden bemerken, dass PE eine relative Permittivität von etwa 2,25 hat und damit die zulässigen εr ≤ 1,4 überschreitet. Der hohe Luftanteil im PE-Schaum reduziert jedoch die effektive εr auf etwa 1,6, was immer noch leicht über dem Grenzwert liegt. Besser geeignet wäre Styropor (expandiertes Polystyrol), das typischerweise nur geringfügig über 1 liegt.

Wenn der Prüfling ein eigenständiges Gerät ist, das nur eine Versorgungsspannung benötigt und keine weiteren externen Schnittstellen hat, kann dieses Kapitel übersprungen werden. Andernfalls muss eine Last in den Testaufbau integriert werden. Alle Aktor- und Sensorschnittstellen, die normalerweise mit dem Prüfling verbunden sind, sollten während der Messung vorhanden sein. Für eine einfache Last kann dies oft mit einem festen Widerstand erreicht werden, während eine flexiblere Lösung eine aktive Last darstellt. Obwohl „Lastsimulator“ für einfache Setups übertrieben klingen mag, ist dies die in der Norm verwendete Terminologie [1, 2].

Abbildung 11: Selbstversorgte aktive Last, als Lastsimulator konfiguriert und mit dem Prüfling verbunden

Der Lastsimulator umfasst Sensoren und Aktoren und terminiert den am Prüfling angeschlossenen Kabelbaum [1, 2]. Er sollte idealerweise direkt auf der Referenz-Massefläche platziert werden. Verfügt der Simulator über ein Metallgehäuse, muss dieses elektrisch mit der Massefläche verbunden sein. Alternativ kann er in unmittelbarer Nähe zur Referenz-Massefläche positioniert werden, sofern das Gehäuse elektrisch gebondet ist, oder sogar außerhalb der Messkammer, solange der Kabelbaum des Prüflings durch eine HF-Barriere geführt wird und elektrisch mit der Referenz-Massefläche verbunden bleibt [2]. Benötigt der Lastsimulator eine eigene Stromversorgung, ist es wichtig, dass seine Versorgungsleitungen direkt an die Stromquelle angeschlossen werden und nicht über die LISNs geführt werden.

Abbildung 12: TekBox TBOH02, selbstversorgte aktive Last, verwendet als Lastsimulator

In meinem Aufbau verwende ich eine TekBox TBOH02 selbstversorgte, aktive Last. Diese benötigt keine externe Stromversorgung, arbeitet von 2 V bis 70 V, kann bis zu 10 A aufnehmen und unterstützt sowohl einen Konstantstrom- als auch Konstantwiderstandsmodus. Ein Potentiometer mit Skala, ein Bereichsschalter und eine Präzisionsreferenz ermöglichen eine genaue Einstellung. Das vollständig analoge Design verhindert die Einspeisung von digitalen Störsignalen in den Messaufbau [10].

Die Norm stellt strenge Anforderungen an die Stromversorgung. Während der Messungen muss die Versorgungsspannung innerhalb von ±10 % ihres Nennwerts gehalten werden. Die Versorgung muss so gefiltert sein, dass jegliches vom Netzteil erzeugte Störsignal mindestens 6 dB unter dem geltenden Grenzwert bleibt. Diese Anforderung ist selbst für gut geregelte Schaltnetzteile eine Herausforderung.

Während ein lineares Netzteil grundsätzlich bevorzugt wird, setze ich ein PeakTech 6227 0-60 V Schaltnetzteil zusammen mit zusätzlicher Filterung ein, um die geforderte 6 dB-Marge unterhalb der CISPR 25 Klasse 3-Grenzwerte einzuhalten. Ein Würth Elektronik WE-CLFS Netzfilter [8] zusammen mit einem WE-STAR-TEC EMV-Ferrit [9] filtert die Verbindung zwischen Netzteilausgang und LISN-Eingang. Das Netzfilter ist hierbei direkt mit der Referenz-Massefläche verbunden.

Abbildung 13: Eingangsbereich der Versorgungsspannung mit installiertem Netzfilter (links) und den Verbindungen zu den LISNs

Für strengere Grenzwerte wird eine 7 Ah Blei-Gel-Batterie verwendet. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die Nennspannung während der Messung innerhalb der ±10 % Toleranz bleibt, da die Batteriespannung mit der Entladung sinkt. Eine praktische Zwischenlösung besteht darin, die Batterie parallel zum Netzteil zu betreiben. Die von Natur aus niedrige Impedanz der Batterie sorgt hierbei zusätzlich für eine wirksame Unterdrückung verbleibender Störsignale vom Netzteil. Eine Sicherung sollte in Serie mit der Batterie eingesetzt werden, um die LISNs bei einem versehentlichen Kurzschluss zu schützen.

Abbildung 14: Geschlossene Blei-Säure-Batterie mit in Reihe geschalteter Sicherung als alternative, rauscharme Spannungsquelle

Der Messempfänger, einschließlich FFT-basierter Empfänger, muss den Anforderungen der Norm CISPR 16-1-1 entsprechen [1, 2]. Die genauen Anforderungen könnten – und werden vermutlich – Thema eines separaten, detaillierteren Artikels sein. Spektrumanalysatoren sind besonders nützlich für Messungen leitungsgebundener Störaussendungen. Die von diesen Geräten durchgeführte Peak-Erfassung liefert stets einen Wert, der gleich oder höher als der Quasi-Peak-Wert für die gleiche Bandbreite ist [2].

Die korrekte Nutzung von Spektrumanalysatoren für EMV-Pre-Compliance-Messungen ist ein recht komplexes Thema [5]. Für Leser, die sich für die zur Nutzung gängiger, kostengünstiger Spektrumanalysatoren interessieren, empfehle ich die exzellente Application Note von TekBox.

Für meinen Testaufbau verwende ich einen Rigol RSA5065N mit der EMI-Option [6] zusammen mit der TekBox EMCview-PC-Software [7]. Die EMI-Option liefert die erforderlichen CISPR-Auflösebandbreiten (Tabelle 2) sowie die standardisierten CISPR-Peak-, Quasi-Peak- und Durchschnittsdetektoren, die für präzise Messungen unerlässlich sind.

Die TekBox-EMCview-Software lässt sich nahtlos mit vielen kostengünstigen Spektrumanalysatoren, einschließlich Einsteigermodellen von Rigol und Siglent, integrieren. EMCview vereinfacht standardkonforme Messungen erheblich. Nach dem Laden der passenden Segmentdateien, Grenzwerten und Korrekturdateien (einschließlich LISN- und Kabelkorrekturen) wird der Messprozess weitgehend automatisiert: Scan starten, Messung laufen lassen und Ergebnisse abwarten. Auflösebandbreiten und Detektoreinstellungen werden automatisch im Hintergrund eingestellt. Die Verbindung zum Spektrumanalysator kann bequem über USB oder Ethernet hergestellt werden.

Abbildung 15: EMCview-Software konfiguriert mit Grenzwerten der CISPR 25 / DIN EN 55025 Klasse 3 sowie den Korrekturfaktoren für die LISNs, den Transientenbegrenzer und das BNC-auf-N-RG223-Koaxialkabel

Die leitungsgebundenen Störaussendungen werden nacheinander an der positiven Versorgungsleitung und an der Rückleitung (Masse) gemessen, indem der Spektrumanalysator mit dem Messausgang der jeweiligen LISN verbunden wird. Der HF-Messausgang des jeweils anderen LISN muss während der Messung mit einem 50-Ω-Abschlusswiderstand terminiert sein [1, 2].

Abbildung 16: Vollständiger Laboraufbau für die CISPR 25 / DIN EN 55025 leitungsgebundene Störaussendungsmessung nach dem Spannungsmessverfahren

Damit ein Prüfling den Test besteht, dürfen auf keiner Leitung die Durchschnitts- oder (Quasi-)Peak-Grenzwerte überschritten werden. Eine einzelne Grenzwertüberschreitung auf einer der Leitungen gilt bereits als Nichtbestehen der Prüfung.

Abbildung 17: Messung der leitungsgebundenen Störaussendungen eines Prüflings mit Grenzwerten nach CISPR 25 / DIN EN 55025, Klasse 3; dargestellt sind Peak-Spektrum (violett) und Average-Spektrum (grün) sowie Average-Grenzwerte (rot) und der Peak-Grenzwerte (blau)

Hinweis: Obwohl CISPR 25 und DIN EN IEC 55025 Grenzwerte für Durchschnitt, Peak und Quasi-Peak definieren (Tabellen 3 - 5), sind für die Zertifizierung nur die Quasi-Peak- und Durchschnittsgrenzen rechtsverbindlich. Peak-Messungen eignen sich für schnelle Pre-Compliance-Überprüfungen oder zur Fehlersuche, aber das Bestehen der Peak-Grenzen allein garantiert keine Normkonformität. Akkreditierte Labore führen Peak-Messungen üblicherweise für erste Scans oder Debugging durch; die abschließende Zertifizierung basiert jedoch immer auf Quasi-Peak- und Durchschnittsmessungen.

Zur Sicherstellung der Normkonformität wird dringend empfohlen, vor der eigentlichen Messung einen Hintergrundscan durchzuführen. Dieser erfolgt mit dem vollständigen Messaufbau, jedoch mit deaktiviertem oder entferntem Prüfling. Der Hintergrundscan stellt sicher, dass Störungen aus externen Quellen, wie beispielsweise vom Netzteil oder aus der Umgebung, mindestens 6 dB unter allen zutreffenden Grenzwerten liegen.

Abbildung 18: Hintergrundmessung bewertet gegenüber den Grenzwerten nach CISPR 25 / DIN EN 55025, Klasse 3; graue Kurven unterhalb der jeweiligen Grenzwerte kennzeichnen den erforderlichen 6-dB-Abstand

Zumindest erlaubt der Hintergrundscan, zwischen vom Prüfling verursachten Störungen und externen Störquellen zu unterscheiden, selbst dann, wenn der Störpegel des Hintergrunds die Grenzwerte überschreitet. In meinem Labor koppeln Rundfunksender sowie bestimmte LED-Raumbeleuchtungen häufig im UKW-Bereich in den Prüfaufbau ein und überschreiten dabei teilweise sogar eigenständig die Grenzwerte (Abb. 18-19). Dies ist einer der größten Nachteile von Messungen außerhalb eines abgeschirmten Raums.

Abbildung 19: Hintergrundmessung mit eingeschalteter LED-Raumbeleuchtung, bewertet gegenüber den Grenzwerten nach CISPR 25 / DIN EN 55025, Klasse 3; oberhalb von 30 MHz sind mehrere Grenzwertüberschreitungen erkennbar

Für eine effektive Fehlersuche bei einem Nichtbestehen hilft die Trennung von Gegentakt- und Gleichtaktstörungen um die Störungsursache zu identifizieren und eine geeignete Filterstrategie zu entwickeln. Zwar ist diese Trennung in der Norm nicht vorgesehen, jedoch erleichtert ein Dual-LISN-Aufbau die Messung der einzelnen Störkomponenten durch einfaches Addieren oder Subtrahieren der Signale. Addiert man die Signale beider LISNs in Phase, wird die Gegentaktkomponente ausgelöscht, und die Gleichtaktkomponente erscheint mit dem doppelten Pegel (+ 6dB) im Vergleich zur Einzelmessung. Subtrahiert man die Signale (oder addiert ein Signal mit 180° Phasenverschiebung), wird die Gleichtaktkomponente ausgelöscht und die Gegentaktkomponente erscheint ebenfalls verdoppelt gegenüber einer Einzelmessung.

Abbildung 20: Messung der leitungsgebundenen Störaussendungen eines Prüflings mit getrennten Gegentakt- und Gleichtaktstörungen, dargestellt sind Gleichtakt-Peak (CM PK), Gleichtakt-Mittelwert (CM AVG), Gegentakt-Peak (DM PK) und Gegentakt-Mittelwert (DM AVG) Spektren

Dieses Addieren oder Subtrahieren kann direkt über Rechenfunktionen eines modernen Oszilloskops und FFT-Funktion realisiert werden, wobei jeder LISN-Ausgang an einen separaten Eingangskanal angeschlossen wird. Dies ist nützlich für eine schnelle situative Übersicht, erfüllt jedoch nicht die Anforderungen der Norm an Detektoren und Sweep-Zeiten und berücksichtigt auch nicht die frequenzabhängigen Korrekturfaktoren der LISNs und Messkabel.

Abbildung 21: Modifizierter Prüfaufbau mit einem Bleiakkumulator als rauscharme Spannungsquelle sowie installiertem LISN Mate zur Trennung von Gegentakt- und Gleichtaktstörungen

Für zuverlässige Gegentakt- und Gleichtaktmessungen, die direkt für das Design von Leitungsfiltern verwendet werden können, sollte ein korrekt charakterisierter Combiner zusammen mit einem Messempfänger oder Spektrumanalysator eingesetzt werden. In meinem Aufbau wird der TekBox TBLM2 LISN Mate verwendet [11]. Er liefert kalibrierte Korrekturfaktoren von 9 kHz bis 110 MHz und dient als dedizierter Gleichtakt-/Gegentaktmodus-Trenner. Der LISN Mate wird an die Ausgänge beider LISNs angeschlossen und die getrennten Gegentakt- oder Gleichtaktkomponente kann anschließend am jeweiligen Ausgang entnommen werden.

Wie bereits erwähnt, verlangt die Norm, dass Messungen entweder innerhalb eines geschirmten Messkammer oder einer Absorberkammer durchgeführt werden. Eine solche Umgebung würde jedoch dem Zweck dieses Artikels widersprechen, der eine wirklich kostengünstige Labortisch-Lösung behandelt. Als praktikabler Kompromiss sind Abschirmzelte aus leitfähigem Stoff erwähnenswert, da sie externe Störungen wirksam reduzieren. Ganz ohne die Kosten oder Komplexität einer kompletten Messkammer.

Abbildung 22: Abschirmzelt aus leitfähigem Stoff und Aluminiumprofilen, Basisplatte mit installierten Netzfilter und teilweise sichtbaren N- und BNC-Steckverbindern

Das von mir verwendete Abschirmzelt, ein TekBox TBST mit den Maßen 86 cm × 48 cm × 48 cm, passt bequem auf einen Standard-Labortisch und bietet dennoch ausreichend Abschirmung, um externe Störungen während der Messungen zu unterdrücken [12]. Es ist jedoch nicht groß genug, um die minimale Größe der Referenz-Massefläche von 100 cm × 40 cm vollständig unterzubringen. Diese Abweichung entspricht nicht der Norm, ist für meine Zwecke jedoch unproblematisch und ausreichend. Größere Varianten sind verfügbar, bis zu 204 × 104 × 100 cm. Dies übersteigen jedoch derzeit meinen verfügbaren Platz im Labor. Aus diesem Grund dient das Abschirmzelt hier nur als erwähnenswerte Ergänzung am Ende des Artikels.

Abbildung 23: Grundplatte des Abschirmzeltes mit N- und BNC-Steckverbindern sowie den integrierten Netzfiltern

Dieser Artikel hat gezeigt, dass leitungsgebundene Störaussendungsmessungen nach CISPR 25 zuverlässig auf einem Standard-Labortisch unter Verwendung der Spannungsmethode durchgeführt werden können. Mit sauberer Spannungsversorgung, kontrollierter Leitungsführung und einer korrekt konfigurierten LISN-zu-Messgerät-Kette liefert dieser Ansatz reproduzierbare Messergebnisse. Auch wenn er eine akkreditierte Konformitätsprüfung nicht ersetzt, bietet er eine praxisnahe und kosteneffiziente Möglichkeit, Probleme frühzeitig zu erkennen, Designänderungen zu validieren und bereits weit vor dem Gang ins zertifizierte Labor Vertrauen in die EMV-Konformität aufzubauen.

Links und Quellen:

[1] IEC, CISPR25: Vehicles, boats and internal combustion engines – Radio disturbance characteristics – Limits and methods of measurement for the protection of on-board receivers, 5th ed., IEC Std. 64645, Dec. 2021.

[2] DIN, DIN EN IEC 55025:2023-11 – Fahrzeuge, Boote und von Verbrennungsmotoren angetriebene Geräte – Funkstöreigenschaften – Grenzwerte und Messverfahren für den Schutz von an Bord befindlichen Empfängern (CISPR 25:2021), VDE 0879-2:2023-11, Nov.2023

[3] TekBox, „5 µH Line Impedance Stabilisation Network“ [Online]. Available: https://www.tekbox.com/product/TBL0510-1_Manual.pdf.

[4] TekBox, „TBL0510-1 5UH Line Impedance Stabilisation Network LISN“ [Online]. Available: https://www.tekbox.com/product/tbl0510-1-5uh-line-impedance-stabilisation-network-lisn/.

[5] TekBox, „How to correctly use spectrum analyzers for EMC pre-compliance tests“ Apr. 2022, [Online]. Available: https://www.tekbox.com/product/AN_spectrum_analyzers_for_EMC_testing.pdf.

[6] Rigol, „RSA5065N“ [Online]. Available: https://rigolshop.eu/products/spectrum-analyzers-rsa5000-rsa5065n.html.

[7] TekBox, „EMCview PC software for EMC pre-compliance testing“ [Online]. Available: https://www.tekbox.com/product/emcview-pc-software-emc-compliance-testing/.

[8] Würth Elektronik, „WE-CLFS Line Filter | Passive Components | Würth Elektronik Product Catalog“ [Online]. Available: https://www.we-online.com/en/components/products/WE-CLFS#810911006.

[9] Würth Elektronik, „WE-STAR-TEC | Passive Components | Würth Elektronik Product Catalog“ [Online]. Available: https://www.we-online.com/en/components/products/WE-STAR-TEC#74271222.

[10] TekBox, „TBOH02 Self Powered Active Load“ [Online]. Available: https://www.tekbox.com/product/tboh02-self-powered-active-load/.

[11] TekBox, „TBLM2 LISN Mate“ [Online]. Available: https://www.tekbox.com/product/tblm2-lisn-mate/.

[12] TekBox, „TBST Shielded Tents“ [Online]. Available: https://www.tekbox.com/product/tbst-shielded-tents/.

[13] Würth Elektronik, „WCAP-ATG8 | Passive Components | Würth Elektronik Product Catalog“ [Online]. Available: https://www.we-online.com/en/components/products/WCAP-ATG8#860010780024.

[14] IEC, „Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods – Part 1‑1: Radio disturbance and immunity measuring apparatus – Measuring apparatus,“ CISPR 16‑1‑1, 5th ed., May 2019.