Einführung in RF-Abschirmtechnik (Teil 4)

Magnetische und elektrische Messverfahren

Ein Blick auf den Aufbau und die Funktionsweise von Sonden für elektrische und magnetische Felder zeigt ihre entscheidende Rolle bei der Erkennung und Charakterisierung elektromagnetischer Störungen (EMI) und der Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) in elektronischen Systemen, insbesondere bei der Vorabprüfung der Konformität.

Prüfantennen können verwendet werden, um elektromagnetische Interferenzen (EMI) in einem System zu erkennen. Sie können auch zur Einspeisung von Signalen in einen Schaltkreis verwendet werden. Auf diese Weise lässt sich feststellen, ob in einem System eine ausreichende RF-Abschirmung implementiert wurde, um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) von externen Quellen zu reduzieren. Diese Sonden lassen sich in zwei Haupttypen unterteilen: magnetische und elektrische Sonden, die jeweils spezifische Verwendungszwecke haben, um die Art der RF-Abschirmung zu bestimmen, die zu implementieren ist. Ihr Hauptvorteil besteht darin, dass sie in engem Kontakt mit dem zu prüfenden System verwendet werden können und zur Durchführung von Vorabprüfungen der Konformität.

Sonde für elektrische Felder

Ein Stück Koaxialkabel kann als elektrische Feldsonde verwendet werden. Die äußere Abschirmung eines Koaxialkabels wird entfernt, um den Mittelleiter freizulegen. Ein äußeres elektrisches Feld erzeugt einen Spannungsabfall zwischen dem Mittelleiter (a) und der äußeren Abschirmung (b). Die Konfiguration ist unempfindlich gegenüber einem Magnetfeld, da ein geschlossener Stromkreis erforderlich ist, um Strom zu erzeugen (nach dem Farray'schen Gesetz). Ein Ferritkern (d) wird dem Aufbau hinzugefügt, um zu verhindern, dass eine Gleichtaktspannung, die auch auf der äußeren Abschirmung vorhanden ist, die gemessene Spannung am Anschluss (c) stört. Der Ferritkern wirkt wie ein symmetrischer zu unsymmetrischer (Balun) Transformator. Die Berührung (Handhabung) der Sonde auf der Seite des Steckers (c zu d) isoliert die Messung des elektrischen Felds an der Sondenspitze (a zu b). Die äußere Abschirmung verhindert außerdem, dass das äußere elektrische Feld den Innenleiter des Abschnitts (b zu d) beeinflusst, sodass nur die exponierte Spitze (a zu b) an der Messung beteiligt ist.

Magnetfeld-Schleifensonde

Eine Magnetfeld-Schleifensonde lässt sich erstellen, indem der Innenleiter (a) eines Koaxialkabels zu einer geschlossenen Schleife gewickelt und mit dem Außenschirm (b) verlötet wird. Ein sich änderndes Magnetfeld (c) im Inneren der Schleife erzeugt einen Strom (d) (nach dem Farraday'schen Gesetz). Auf diese Weise erfasst eine 50-Ohm-Last, wie ein Spektrumanalysator oder ein Oszilloskop, eine Spannung, die proportional zum induzierten Strom und zum Magnetfeld im Inneren der Schleife ist.

Der Innenleiter wird mit dem Außenschirm zu einer geschlossenen Schleife verlötet; das Magnetfeld erzeugt einen Strom, der um die Schleife fließt.

Die Konfiguration reagiert empfindlich auf ein externes elektrisches Feld und wird in der Regel durch die Verwendung einer Abschirmung mit geteiltem Ring modifiziert.

Schließen der Schleife – Detailansicht

Magnetfeld-Schleifensonde mit geteiltem Ring

Unter Verwendung der äußeren Abschirmung des Koaxialkabels kann eine Konfiguration ähnlich der Magnetfeld-Schleifensonde gebaut werden. Der Vorteil besteht darin, dass der Einfluss externer elektrischer Felder auf die Messungen eliminiert wird. Das Koaxialkabel (a) wird zu einer Schleife geformt und am äußersten Ende werden der Innenleiter und die äußere Abschirmung (b) zusammengeführt, um die Schleife zu schließen.

Die Schleife muss an der äußeren Abschirmung durchtrennt werden (c und d), um zu verhindern, dass Strom entlang dieses Pfades fließt. Das Magnetfeld ist auf dem inneren Leiter immer noch vorhanden und verhält sich genauso wie die Magnetfeld-Schleifensonde, um eine Spannung an einem externen Instrument zu erzeugen. 

Der Ferritkern (e) dient demselben Zweck wie in der elektrischen Feldsonde und unterdrückt Gleichtaktspannungen auf der Oberfläche der externen Abschirmung, die die Messung verfälschen würden.

Bei Fragen zu RF-Abschirmung und -Tests können Sie sich gerne an Averna wenden.

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By Peter Barabas

Senior Test Specialist - Engineering & Consulting

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> Teil 1 - Grundlagen der RF-Abschirmung
> Teil  2 - Verdrahtung und Signalführung
> Teil 3 - Ferrite 

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