schwarzbeck-k9218

Aktive E-Feld-Sonde Active E-Field-Probe EFS 9218 Seite Page 1

SCHWARZBECK MESS - ELEKTRONIKAn der Klinge 29 D-69250 Schnau Tel.: (+49)6228/1001Fax.: (+49)6228/1003 E-mail: [email protected]

EFS 9218

Aktive E-Feld-Sonde mit Bikonus-ElementenActive Electric Field Probe with Biconical Elements

9 kHz ... 300 MHz

HandbuchManual


SCHWARZBECK MESS - ELEKTRONIKAn der Klinge 29 D-69250 Schnau Tel.: 06228/1001 Fax.: (49)6228/1003

Aktive E-Feld-Sonde mit Bikonus-Elementen EFS 9218Active Electric Field Probe with Biconical Elements EFS 9218

Technische Daten: Specifications:Hochsymmetrische, aktive E-Feld-Sonde mit Bikonus-Elementen. Ein eingebauter,zuschaltbarer Vorverstrker zurErhhung der Empfindlichkeit istals Option erhltlich.

Very symmetrical, active E-Field-probewith biconical elements. An optionalbuilt-in preamplifier (switchable) isavailable to improve the sensitivity ofthe probe.

Frequenzbereich: 9 kHz - 300 MHz Frequency range:Anschlu: Buchse 50 W N Connector: femaleBefestigungsrohr: 22 mm Mounting tube:Elementlnge gesamt: LE =140 mm Element length total:Elementdurchmesser: D = 49 mm Element diameter:Elementaufnahme: M 4 Element fixture:Antennenwandlungsma: 45...46 dB/m

(40 kHz-250 MHz)Antenna Factor:

Aussteuerungsgrenze 65 V/m Maximum Field-StrengthAntennenwandlungsma,Vorverstrker ein:

20 dB/m Antenna Factor, Preamplifier ON:

Untere Nachweisgrenze typ.:(ohne Vorverstrker)

11 V/m (F=30 MHz,BW=9 kHz, Average)*

Mimimum Field-Strength typ.:(without preamplifier)

Untere Nachweisgrenze typ.:(mit Vorverstrker)

6 V/m (F=30 MHz,BW=9 kHz, Average)*

Mimimum Field-Strength typ.:(with preamplifier)

SWR typ.: SWR typ.:Inversionssymmetrie: typ. < 1 dB

100 kHz - 250 MHzInversion Symmetry:

Betriebsdauer >10 h Operation TimeStromversorgung 7,2 V, 1000 mAh NiMH Power SupplyGewicht (incl. Akkus): 890 g Weight (incl. batteries):

* Um die Empfindlichkeit der EFS 9218 vollauszuschpfen, ist ein rauscharmerMeempfnger erforderlich. Spektrum-Analysatoren sind i. A. zu unempfindlich. Indiesem Fall sollte der optionale, sehrempfindliche Vorverstrker verwendet werden.

* A low noise test receiver must be in use tocover the full sensitivity of the EFS 9218 .Common spectrum analysers often do not fulfilthis requirement.To solve the problem, use the very sensitivebuilt-in preamplifier (optional).



Aktive E-Feld-Sonde fr den Frequenzbereich 9 kHz - 300 MHz EFS 9218Active Electric Field Probe for the frequency range 9 kHz - 300 MHz EFS 9218

Beschreibung Description

Die EFS 9218 wurde entwickelt, weil es einezunehmende Nachfrage nach einer kleinen,leichten Empfangsantenne gibt, die denFrequenzbereich unterhalb 300 MHz abdeckt.Da die Dipolarme der Sonde sehr kleingegenber der Wellenlnge sind, stellt dieSymmetrie das Hauptproblem dar. DiesemPunkt wurde bei der Entwicklung dieser Sondebesondere Beachtung geschenkt.Oberhalb 300 MHz stehen kleine LogarithmischPeriodische Antennen zur Verfgung, derenGewinnverlauf und Symmetrie keine Wnscheoffen lassen.

The EFS 9218 was designed because of thegrowing demand for a small, light weightreceiving antenna to cover the frequencyrange below 300 MHz.

Because of the fact that dipole length is veryshort compared to wave length, symmetry hasto be extremely high. So optimum symmetrywas the main goal of this development.

Above 300 MHz small Log.-Per.-Antennas withhigh gain and symmetry are a good choice.

Anwendung Application

Hauptanwendung ist die frequenzselektive E-Feldstrke-Messung sowohl im Freien als auchin Rumen zusammen mit dem Meempfngeroder Spektrum-Analysator.Der groe Frequenz- und Dynamikumfangerschliet sowohl Grenzwerte zumPersonenschutz als auch die sehr vielniedrigeren fr Medizinische Implantate (z. B.Herzschrittmacher). Feldquellen sind sowohlRundfunksender im Lang-, Mittel-, Kurz- undUltrakurzwellenbereich als auch Fernsehsender.Daneben kommen Funkdienste des BL, NBLund Amateurfunks in Betracht.Der ber den gesamten Frequenzbereichpraktisch konstante Antennenfaktor ergibtbesonders bei Spektrum-Analsyatoren einnatrliches Abbild der Feldstrkever-hltnisseund erleichtert die Messung.Um Stromversorgungsprobleme undEinstreuungen zu vermeiden, verfgt dieAntenne ber NiMH-Akkus im Rohr, die einenmehr als zehnstndigen Betrieb erlauben undderen Ladezustand ber zwei LEDs beurteiltwerden kann.

Typical application is frequency selective E-Field-Measurement outside and inside ofbuildings and rooms using test receivers orspectrum analysers.The wide frequency and dynamic range coversthe limits of human protection as well as thevery low limits for medical implants (heartpace-maker). Field sources are AM and FMradio- and TV- stations.Furthermore there is a variety of military andcivilian radio services, not to forget CB- andamateur radio. The antenna (conversion)factor is constant over nearly the completefrequency range giving a very natural field-strength image when spectrum-analysers arein use.In order to eliminate power supply problemsand stray coupling, NiMH rechargeablebatteries are built in the mounting tube. Thestate of the battery is monitored by two LEDs.After more than ten hours of continuousoperation, charging with the automatic chargertakes about 2-4 hours.

Die kleinen Bikonus-Elemente sind mit einemM4-Gewinde versehen, das genau in dieElementaufnahmen des Aktiven Halters passt.Beim Einschrauben der Elemente sollte keingroes Anzugsdrehmoment verwendet werden.Es gengt, die Elemente mit zwei Fingern leichtanzulegen.

The small biconical elements come with amale M4 thread, which fits into the elementfixture nuts of the holder. When mounting thebiconical elements care should be taken inorder to avoid overtightening the threads. It isabsolutely sufficient to tighten the elementswith two fingers.

Zahlreiche Versuche haben gezeigt, da einesichere Kontaktgabe am Elementfupunkt stetsgewhrleistet ist.

Various experiments have shown that thecontact at the feedpoint is always sufficient.




Einschalten Switching OnDie Sonde am Schalter einschalten.Die grne LED muss nun leuchten.Fr die beiden LEDs gilt:Grn: Akku OKGrn + Rot: Akku ReserveRot: Akku Unterspannung (laden!)Die Sonde arbeitet zwar auch noch bei roterLED, jedoch bei erheblich eingeschrnktemBetriebsverhalten.

Put ON/OFF switch into ON-position.The green LED has to be on.Combinations of green and red LED:Green: Battery OKGreen + red: Battery reserveRed: Low battery

The probe will operate even with lowbattery, but measurement may be wrong.

Aufbau Set-upFr genaue Messungen sollte die Sonde aufeiner Mastanlage montiert werden. DurchHhen- und Polarisationsnderung ist eineaussagefhige Messung mglich, wobei diebedienende Person durch den Abstand dieMessung wenig beeinflusst.Handgefhrte Messungen sind beieingeschrnkter Genauigkeit mglich. DieSonde sollte dabei mglichst am steckerseitigenRohrende gehalten und das Kabel von derSonde weggefhrt werden.

E-Feld-Messungen werden von der Umgebungstrker beeinflusst als H-Feld-Messungen.Daher sollte auch das Kabel nicht unntig langsein.

For high precision measurement a mastshould be used.Changing height and polarisation themaximum can be found while the operatingperson at a distance doesn't influence themeasurement.

Hand held measurement is also possiblewith restricted precision. Keep the hands tothe N-connector side of the mounting tubeand the cable straight off the probe.E-field-measurement is more sensitive toenvironmental influences than H-field. Forthis reason the cable should be as short aspossible.

Anzeigegerte Indication equipmentNur ein hochwertiger Messempfnger kann dieEmpfindlichkeit der Sonde voll ausschpfen.bliche Spektrum-Analysatoren sind dazu kaumin der Lage. In diesem Falle kann ein von unserhltlicher Vorverstrker eingesetzt werden.Breitbandige Messungen hoher Feldstrkenknnen auch mit anderen Anzeigegertendurchgefhrt werden. Diese mssen imEinzelfall daraufhin berprft werden, ob sieeinen 50-W-Eingang besitzen. Eine BNC- oderandere koaxiale Buchse ist noch lange keineGarantie fr einen 50-W-Eingang.Oszillographen mit BNCBuchse habennormalerweise einen extrem hochohmigenEingang mit einem Eingangswiderstand vonmehreren MW parallel zu einigen pF Kapazitt.Bei einigen Modellen sind 50 W mit einemSchalter zuschaltbar. hnlich verhlt es sich mitHF-Spannungsmessern. Kommt es nur aufqualitative Betrachtungen an, so kann dieFehlanpassung eventuell toleriert werden. FrMezwecke mu jedoch ein geeigneter 50-W-Abschlu vorhanden sein.

Only a very sensitive measuring receivercan utilize the high sensitivity of the probe.Common spectrum-analysers usually don'tprovide sufficient sensitivity. There is a lownoise preamplifier available to solve theproblem. Broad-band measurement of highfield-strength can also be made with otherequipment.Care has to be taken to ensure that thisequipment has a 50-W- input. A BNC- orother coaxial input connector is no guarantyfor that.Oscilloscopes with a BNC-input connectorusually have an extremely high inputimpedance consisting of some MW inparallel to some pF.Some models have a switch to put a50-W-termination in parallel.The situation is more or less the sameconsidering RF-millivolt-meters.Mismatch may be tolerated if only signalcharacteristics are monitored.For correct measuring a 50-W-terminationis a must.




Messung Measurement

Die Sonde wandelt das elektrische Feld in eineSpannung (an 50 W) um, die vomMeempfnger, SpektrumAnalysator oderSpannungsmesser angezeigt wird. Um dieelektrische Feldstrke berechnen zu knnen,mu das Wandlungsma der Sonde bekanntsein. Der Antennenfaktor der Sonde ist bereinen weiten Bereich konstant. An denFrequenzgrenzen weicht er jedoch ab. DerGrundwert des Antennenfaktors betrgt45 dB(1/m).

The probe converts electrical field strengthinto a voltage (across 50 W), which isindicated by a measuring receiver, spectrumanalyser or r.-f.-millivolt meter. The field-strength can be calculated using the antennafactor (conversion factor, transducer factor)of the probe. This factor is constant over thewide centre frequency range with somechanges at the edges. The main antennafactor is 45 dB(1/m).

Als Megert dient ein Meempfnger oderSpektrumAnalysator mit 50-W-Eingang, derden Spannungspegel in dBmV anzeigt. DiesesMa (Bezugspunkt ist 0 dBmV entsprechend1 mV) ist vor allem in der Strmetechnik blichund kann an den meisten Empfangsgerteneingestellt werden. Es wird nun derSpannungspegel bei einer bestimmtenFrequenz (z. B. Rundfunksender,Sendefrequenz 1 MHz) abgelesen und dazuwerden 45 dB addiert. Das Ergebnis ist derPegel der elektrischen Feldstrke in dBmV/m.

A measuring receiver or spectrum analyserwith a 50-W-input and dBmV- reading is usedfor measuring. Reading in dBmV is verycommon in the emc-field and available onalmost every receiver, using 0 dBmV acc. to1 mV.The voltage level on a certain frequency (f. e.an am transmitter on 1 MHz) is measured.The antenna factor of 45 dB is added to thevoltage level reading.The result is the electric field strength level indBmV/m.

Beispiel 1:Am Empfnger abgelesenerSpannungspegel 60 dBmVZuzglich Antennenfaktor 45 dBElektrischer Feldstrkepegel 105 dBmV/m

Example 1:Voltage level readingon the receiver 60 dBmVplus antenna factor 45 dBElectric field strength level 105 dBmV/m

Das Megert gibt den Pegel in dBm(0 dBm entspricht dabei 1 mW).Es wird nun der Leistungsspegel abgelesen und152 dB addiert.

Receiver reading in dBm (0 dBm acc. to1 mW).The power level is measured and 152 dbadded.

Beispiel 2:Am Empfnger abgelesenerLeistungspegel -50 dBmZuzglich Antennenfaktor 152 dBElektrischer Feldstrkepegel 102 dBmV/m

Example 2:Power level readingon the receiver -50 dBmplus antenna factor 152 dBElectric field strength level 102 dBmV/m

Das Megert gibt die Spannung direkt in V(mV, V).Die Spannung wird mit 177,8 multipliziert umdie elektrische Feldstrke in V/m zu erhalten.

Receiver voltage reading directly in V (mV,V).The voltage is multiplied by 177,8 to get theelectric field strength in V/m.

Beispiel 3:Am Empfnger abgelesene Spannung 0,1 VMal Antennenfaktor 177,8X0,1 VElektrische Feldstrke 17,78 V/m

Example 3:Receiver reading (voltage) 0,1 Vmultiplied by antenna factor 177,8X0,1 VElectric field strength 17,78 V/m




Messung sehr hoher Feldstrken Measuring high field strength

Die Aussteuerungsgrenze der Sonde beginnt bei156 dBmV/m entsprechend 60 V/m. Der Be-grenzungseinsatz erfolgt verhltnismig"weich" und hngt auch von der Frequenz ab.Noch hhere Feldstrken fhren dann zuSignalverzerrungen, die im Frequenzbereich zuIntermodu-lationsprodukten (Phantomsignalen)fhren. Auch eine Vielzahl von schwcherenSignalen kann die Sonde berfordern. Solltenunter den geschilderten Bedingungenunerklrliche Spektrallinien auftauchen, so solltezunchst der Abstand von der Feldquellevergrert werden. DieIntermodulationsprodukte (Phantomsignale)verschwinden dabei deutlich schneller als die"echten" Spektrallinien. Vor allem Empfngermit wenig oder gar keiner Eingangsselektionund SpektrumAnalysatoren knnen schonIntermodulation zeigen, obwohl die Sonde sichnoch in ihrem linearen Bereich befindet. Indiesem Falle sollte die Eingangsdmpfung (R.-f.- attenuation, Eichteiler) am Megert erhhtund die ZFDmpfung (I.-f-attenuation)verkleinert werden, auch wenn dies zu erhhterRauschanzeige fhrt.

The linear range of the probe ends at156 dBmV/m acc. to 60 V/m.Saturation begins "soft" and depends on thefrequency.Higher field strength levels lead to signaldistortion and intermodulation products occurin the spectrum.

The same situation occurs with many weaksignals. Whenever strange signals arerecognised under high level conditions,increase the distance between probe andfield source.

Intermodulation products then decreasefaster than "real" signals.

Simple receivers and spectrum analyserswith no or insufficient front-end-filtering maycause intermodulation while the probe is stilllinear.

In this case increase r.-f.-attenuation anddecrease i.-f.-attenuation to reduce inputsaturation at the expense of noise.

Messung sehr kleiner Feldstrken Measuring very low field strength

Unter der Voraussetzung, da ein sehrempfindlicher Meempfnger oder SpektrumAnalysator zur Verfgung steht, dominiert dasEigenrauschen der Sonde. Je schmaler derEmpfangskanal, desto kleiner ist dort die vonder Sonde herrhrende Rauschanzeige.

When a very sensitive receiver or spectrumanalyser is used, the noise of the probe is thelimit for low field strength measurement.

Making the receiver bandwidth smaller willreduce noise indication.

Unter der Bedingung, da das zu messendeSignal "schmalbandig" ist, kann durch kleinereZFBandbreiten (IF-Bandwidth) dieNachweisgrenze verbessert werden. Zustzlichkann durch Wahl des MittelwertDetektors(Average) die Rauschanzeige vermindertwerden. Sinussignale (CW) ohne Modulation,wie sie z. B. von Quarzoszillatoren abgegebenwerden, profitieren davon ohne Einschrnkung.Breitbandige, pulsfrmige Spektren jedochnicht.Nachstehende Tabelle gibt das Grundrauschender Sonde an. Die Messung erfolgte mit denStrmeempfngern FCKL 1528 undFCVU 1534 und dem externen VorverstrkerBBV 9740. Die angegebenen Bandbreitenentsprechen den Strmebandbreiten. KleinereBandbreiten ergeben weniger Rauschanzeige.

Under the condition that the signal tomeasure is a narrow-band-signal, smallerreceiver bandwidth will give better signal tonoise ratio.Choosing the average detector may reducenoise even more.

There will be improvements for narrow bandsignals (cw) without modulation, but not forbroad band signals and pulse spectrum.

The following table shows the noise of theprobe.Measurement was made with the EMI-receivers FCKL 1528 and FCVU 1534 usingthe external preamplifier BBV 9740.The bandwidths are standard emi-bandwidths. Smaller bandwidths give lowernoise indication.




Eigenrauschen der Sonde Internal noise of the probe

FReceiverFequency

DFReceiver

Band-width

Noise LevelVoltage

CISPR Det.

Noise LevelVoltage

Average Det.

"Noise Level"Field Strength CISPR

Det.

"Noise Level"Field StrengthAverage Det.

9 kHz 200 Hz -12 dBmV -17 dBmV +20 dBmV/m* +15 dBmV/m*100 kHz 200 Hz -5 dBmV -10 dBmV +20 dBmV/m +15 dBmV/m150 kHz 9 kHz +10 dBmV +5 dBmV +35 dBmV/m +30 dBmV/m500 kHz 9 kHz +6 dBmV +1 dBmV +31 dBmV/m +26 dBmV/m1 MHz 9 kHz +6 dBmV +1 dBmV +31 dBmV/m +26 dBmV/m10 MHz 9 kHz +4 dBmV -1 dBmV +29 dBmV/m +24 dBmV/m30 MHz 9 kHz +2 dBmV -3 dBmV +22 dBmV/m +22 dBmV/m100 MHz 120 kHz +12 dBmV +7 dBmV +37 dBmV/m +32 dBmV/m200 MHz 120 kHz +12 dBmV +7 dBmV +37 dBmV/m +32 dBmV/m300 MHz 120 kHz +12 dBmV +7 dBmV +37 dBmV/m +32 dBmV/m

* Bei F=9 kHz abweichender Antennenfaktor

Zustzlich zum Antennenfaktor der Sonde[45 dB(1/m)] muss der Verstrker BBV 9740[20 dB] bercksichtigt werden.Der Gesamtfaktor ist dann 25 dB(1/m).

* For F=9 kHz different antenna factor

The probe antenna factor [45 dB(1/m)] andthe amplifier [20 dB] have to be consideredtogether.The total factor is 25 dB(1/m).

Erste Versuche mit der Sonde First steps with the probe

Nach dem Anschlu der Sonde an denEmpfnger oder SpektrumAnalysator werdenerste Signale hrbar bzw. sichtbar. ImUnterschied zu Magnetfeldsonden zeigen EFeldsonden in Wohn, Labor oder Brorumenoft sehr viele diffuse Strungen und nur wenigeMittelwellenRundfunksender. SelbstRundfunksender, die problemlos mit derMagnetfeldsonde FMZB 1537/38 gehrt werdenknnen, gehen im Strgeprassel vllig unter.Etwas besser ist die Situation im UKWFMBereich 88 MHz 108 MHz, weil dort mancheStrspektren schon abgeklungen sind.In Brorumen dominieren PCs, Monitore undDatennetze. In industrieller Umgebung werdenoft starke Hochfrequenz-generatoren auf denISM.Frequenzen betrieben.

Auch manche Empfnger und SpektrumAnalysatoren strahlen Strfelder ab, die mit derSonde nachweisbar sind.

After connecting the probe to the receiver orspectrum analyser some signals can beseen.In contrast to magnetic probes there will be amultitude of signals generated by electric andelectronic equipment, but only a fewbroadcast transmitters.Radio am-transmitters which can bemonitored with the magnetic probesFMZB 1537/1538 are covered byinterference.FM-radio shows better results because someof the interference decreases with increasingfrequency.

In office rooms emission is dominated byPCs, monitors and data networks. Industrialenvironment shows high field strength onISM-frequencies (Industrial, Scientific,Medical).

Even some receivers or spectrum analysersradiate electric field strength, which can bemonitored with the probe.

schwarzbeck-k9218

Documents