Antennen und Nahfeldsonden
Um die elektromagnetische Feldstärke zu bestimmen, werden Hilfsmittel benötigt, die dem umgebenden elektromagnetischen Feld Energie entziehen und diese an der Anschlussbuchse als elektrische Leistung abgeben können. Dieser Pegel wird dann mit einem Spektrumanalysator oder Messempfänger gemessen und auf die Feldstärke umgerechnet. Diese Umwandlung der Energieform ist reziprok, wodurch elektromagnetische Felder - durch einspeisen elektrischer Energie - generiert werden können. Hochfrequente Felder werden für gewöhnlich mit Antennen gemessen, wobei es für die unterschiedlichen Frequenzbereiche Bauformen gibt, die besonders vorteilhaft eingesetzt werden können. Um die jeweiligen Antennenparameter untereinander vergleichbar zu machen, werden drei idealisierten „Referenzantennen“ als Bezugsnormal herangezogen.
Isotroper Strahler – Diese Bauform gibt es nur als theoretisches Modell, auf dessen Basis oft der Gewinn angegeben wird.
Herzscher Dipol – Diese Bauform ist die Idealisierung eines elektrischen Strahlers und weist gegenüber dem Isotropen Strahler einen Gewinn von 1,5 auf.
Der Halbwellendipol – Dieser Antennentyp wird in der Praxis häufig als Referenzantenne eingesetzt.
Bei der Auswahl der Messantenne sind für den Empfangsfall drei Antennenparameter interessant.
Der Antennengewinn - Dieser Wert beschreibt die Richtcharakteristik der Konstruktion. Antennen mit hohem Gewinn haben einen kleinen „Öffnungswinkel“, wodurch Strahlungsquellen leichter ausgemacht werden können. Für EMV - Messungen ist ein großer Öffnungswinkel nötig, um das ganze Prüfvolumen zu erfassen. Aus diesem Grund dürfen keine Antennen mit hohem Gewinn eingesetzt werden.
Der Antennenfaktor - Er ist ein Korrekturwert, um von dem Pegel am Antennenausgang auf die umgebende Feldstärke zu schließen, die in V/m oder µV/m angegeben wird. Da in diesen Wert die räumliche Ausdehnung der Antenne eingeht und die Korrektur auf die Längeneinheit „Meter“bezogen ist, steigt der Antennenfaktor mit zunehmender Frequenz an.
Die Anpassung oder VSWR – Dieser Wert beschreibt die Antennenimpedanz bezogen auf die Sollimpedanz (50 Ohm oder 75 Ohm). Große Abweichungen machen sich in Form von „Stehwellen“ bemerkbar. Dadurch wird das gewonnene Signal gedämpft, und Abstriche bei der Messgenauigkeit müssen berücksichtigt werden.
< 30 MHz: Magnetfeldantennen
Für EMV bzw. EMVU Messungen werden bis ca. 30 MHz Magnetfeldantennen eingesetzt, da die räumlichen Abmessungen - bezogen auf die Wellenlänge – sehr klein sind und das H-Feld in diesem Frequenzbereich ausreichend aussagekräftig ist. Diese Antennen werden als breitbandige, aktive Empfangsantennen mit eingebautem Vorverstärker angeboten oder als passive Sende / Empfangsantennen. Im Gegensatz zu den aktiven Antennen werden passive Antennen in Resonanz betrieben und müssen deshalb auf die Empfangsfrequenz abgestimmt werden. Dies geschieht häufig mittels Drehkondensator. Für den Frequenzabgleich wird oft ein Servomotor eingesetzt, wodurch die Antenne aus der Ferne bedient werden kann und breitbandige Messungen ermöglicht werden.
30MHz - 300MHz: Halbwellendipol
Ab ca. 30 MHz bis ca. 300 MHz werden (abstimmbare) Halbwellen-Dipolantennen eingesetzt, die aufgrund der räumlichen Abmessungen erst ab ca. 80 MHz abgestimmt betrieben werden können. Darunter wird oft mit der Elementlänge für 80 MHz gemessen. Dieser Antennentyp weist im Bezug auf Breitbandantennen eine höhere Grundgenauigkeit auf und wird deshalb im Zweifelsfall bevorzugt eingesetzt. Für Breitbandmessungen werden in diesem Frequenzbereich oft bikonische Antennen verwendet. Weitere Vorteile dieses Antennentyps sind der relativ guter Antennenfaktor bei kleine Abmessungen. Die bikonischen Antennen wurden aus breitbandigen Halbwellendipolen mit „dicken“ Elementen weiterentwickelt. Um die Kapazität zwischen den Dipolelementen am Anschlusspunkt zu vermindern, wurden die Stäbe am Ende konisch ausgeführt. Wenn der Winkel beibehalten wird, ergibt sich ein Doppelkegeldipol (Präzisionsdipol). Durch den Anstieg der Dipolkapazität müssen die Elemente stark verkürzt werden, wodurch die Antennen sehr kompakt ausfallen. Die kegelförmigen Elemente können mit geringer Beeinflussung der Antennencharakteristik auch skelettförmig ausgeführt werden, wobei sich diese Konstruktion aufgrund der Gewichts und Windlastvorteile durchgesetzt hat.
300MHz - 3GHz: LPDA
Von ca. 300 MHz bis ca. 3 GHz dominieren logarithmisch periodische Dipolantennen (LPDA). Die Vorteile sind der einfache Aufbau, die besondere Breitbandigkeit, die gute Rückdämpfung und der Gewinn bis etwa 8dB über Halbwellendipol. Eine LPDA hat stabförmige Elemente und kann entweder auf einem Trägerrohr aufgebaut sein oder auch als Printplattenantenne ausgeführt werden. Um den Gewinn zu verbessern, können auch zwei baugleiche LPDA gestockt ausgeführt werden. Technisch betrachtet handelt es sich bei diesem Antennentyp um eine Aneinanderreihung von abgestimmten Dipolen, wodurch die Antenneneigenschaften über den Frequenzbereich schwanken. Wenn die Antenne mit ausreichend vielen Dipolelementen belegt ist, können diese Änderungen vernachlässigt werden und man kann von einer echten Breitbandantenne sprechen.
> 3GHz: Hornantennen
Über 3GHz werden hauptsächlich Hornantennen mit großer Messbandbreite eingesetzt, die sehr robust sind und einen hohen Gewinn aufweisen. Bei diesem Antennentyp handelt es sich im weitesten Sinn um einen sich konisch öffnenden Hohlleiter. Diese Konstruktion ist nötig, um den Übergang der Welle vom Wellenwiderstand des Hohlleiters zum Wellenwiderstand im freien Raum zu ermöglichen, und zwar mit möglichst geringen Reflexionen. Damit man eine solche Antenne an einen Spektrumanalysator oder einen Messempfänger anschließen kann, gibt es Adapter, die den Übergang von einem Hohlleitersystem auf eine Koaxialbuchse ermöglichen. Breitbandige Hornantennen werden oft als Steghornstrahler ausgeführt. Der Übergang auf ein Koaxialsystem gehört für gewöhnlich zum Lieferumfang.
Nahfeldsonden
Um Störquellen in einem räumlich begrenzten Bereich genau zu lokalisieren, werden oft H-Feld Sonden oder E-Feld Sonden eingesetzt.
Das magnetische (H) Feld ist stromgetrieben, deshalb eignen sich diese Sonden besonders gut zum Aufspüren von Störströmen. Ich bevorzuge diesen Sondentyp bei lokalen Messungen auf Printplatten und an Schaltnetzteilen.
Das elektrische (E) Feld ist nur spannungsgetrieben und ist nicht so genau zu lokalisieren. Das Einsatzgebiet sind Messungen bei Hochspannungsanwendungen, bei denen der Strom nur schlecht gemessen werden kann.




