Untersuchungen des Grundrauschens und der Verstärkung von Fahrzeugantennen

Abstract:
Die Kraftfahrzeugtechnik wird heute von elektronischen Systemen dominiert. So bilden aktive Fahrzeugantennen in modernen Fahrzeugen eine zentrale Baugruppe sowohl für die Empfangsdienste als auch für die Untersuchungen der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Innerhalb von zwei Jahrzehnten hat sich das „Autoradio“ vom einfachen AM/FM-Empfänger zu einem komplexen Empfangssystem mit den verschiedensten Diensten (z.B. TV-, DAB-, GSM-, GPS-, SDARS, usw.) weiterentwickelt. Dadurch sind auch die Anforderungen an die EMV-Untersuchungen, insbesondere an die Störaussendungsmessungen, erheblich komplexer geworden. Einer der Gründe für diese Komplexität besteht darin, dass die herkömmlichen passiven Antennen (Stabantennen) durch integrierte, aktive Antennen ersetzt worden sind. Ein prinzipieller Vorteil der aktiven Antennen ist eine Vorselektion der zu empfangenden Frequenzbänder und die Kompensation von Verlusten auf dem internen Leitungsweg. Parallel zu dieser Entwicklung wäre eine Berücksichtigung dieser Eigenschaften im Standard CISPR 25 sinnvoll gewesen. Die Spezifikationen und Grenzwerte im Standard bleiben jedoch unverändert. Im Gegensatz zu den passiven Antennen sind solche wichtigen Parameter wie die „Rauschspannung“ (Grundrauschen) bzw. die Verstärkung der Antenne (aktiver Teil) bei dieser Art der Antennen dazu gekommen. Das Rauschverhalten der Transistoren bzw. der integrierten Schaltungen (ICs) bereitet Probleme, da für die neuen Übertragungsfrequenzbänder (z. B. GSM-, DAB-L-, GPS, SDARS etc…) hohe Verstärkungen erforderlich sind. Es ergibt sich die Frage, inwieweit das Grundrauschen bzw. die Verstärkung eine positive oder negative Auswirkung auf die EMV-Untersuchung haben kann. Angesichts der großen Bedeutung dieser beiden Parameter muss eine sichere und normenkonforme Methode zur Ermittlung dieser Daten gefunden werden. Da Versuchsfahrzeuge meist sehr spät in der Entwicklungsphase zur Verfügung stehen, muss eine adäquate Methode bereits auf Komponentenebene ein fahrzeugnahes Messergebnis liefern. Im vorliegenden Beitrag werden das Grundrauschen bzw. die Verstärkung von aktiven Fahrzeugantennen beschrieben. Es wird dabei über die unterschiedlichen Anforderungen sowohl für die Empfangdienste in unteren Frequenzbereichen (AM, FM, TV) und höheren Frequenzbereichen (GSM, GPS, SDARS) als auch für die EMVUntersuchungen berichtet. Vor allem werden Meßmethoden dargestellt, mit denen das Grundrauschen und die Verstärkung bereits auf der Komponentenebene ermittelt werden können. Ein Vergleich von Komponenten- und Fahrzeugergebnissen wird anhand von Beispielen dargestellt. Die Frage, ob ein großer Schirmraum wie eine „Absorber-Lined Shielded Enclosure (ALSE)-Method” für die Grundrauschmessungen erforderlich ist, bedarf aus diesen Untersuchungen eine Antwort. Danach wird über die Grenzwerte des Grundrauschens und der Verstärkung, die heute mit modernen Halbleitern zu erreichen sind, berichtet. Nicht zuletzt wird die Abhängigkeit des Grundrauschens von der Verstärkung besprochen. Es ist zu klären, welcher Anteil des Grundrauschens auf die aktive Fahrzeugantenne zurückzuführen ist, bzw. welche durch das Messsystem verursacht wird. Abschließend werden Empfehlungen im Hinblick auf die Messverfahren (auf Komponenten- bzw. Fahrzeugebene) für die Anwender gegeben.