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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
bedea
Workshop EMV Messtechnik
Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
bei Messungen mit dem Triaxialverfahren
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Bernhard Mund, bedea, [email protected], Thomas Schmid, Rosenberger Hochfrequenztechnik, [email protected]
1
Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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Inhalt

EMV Einführung


Triaxialverfahren



Kopplungswiderstand, Schirmdämpfung und
Kopplungsdämpfung mit dem Triaxialverfahren
Neuerungen der IEC 62153-4- Serie
Messdynamik


Begriffe und Definitionen, Systemtests, Übersicht
Grundrauschen, ZF-Bandbreite
Mustervorbereitung

text
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EMV, Definition
Was bedeutet der Begriff “EMV“
(Elektromagnetische Verträglichkeit) ?
Definition nach VDE 0870:
„Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung, in ihrer
elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu
funktionieren, ohne diese Umgebung, zu der auch andere
Einrichtungen gehören, unzulässig zu beeinflussen.“
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Beispiel: Übertragungssystem
Elektronische
Baugruppe
Sender
Schirmgehäuse
Steckverbinder
Empfänger
Geschirmtes
Kabel
Durchführungen
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Störaussendung / Störeinstrahlung
Fremdsystem
Störaussendung
Störeinstrahlung
Beeinflussung
fremder Systeme
Beeinflussung
des eigenen
Systems
Sender
Eigenes System
Empfänger
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Sicherstellung der EMV
EMV-gerechtes Design
EMV-Tests
Reduzierung der
Emissionen / Immunität
Störungsanregung
auf Systemebene
Filterung
auf Komponentenebene
Schirmung
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Beispiele für EMV-Tests auf Systemebene
Emissionsprüfungen
Immunitätsprüfungen
(Störaussendung)
(Störfestigkeit)
z.B. CISPR 25
z.B. ISO 11452
- Antenne
- Antenne
- Stripline
- Bulk Current Injection
...
- Stripline
...
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Emmisionsmessung mit Antenne
Messempfänger
Prüfling
Log per. Ant
200-1000MHz
Bikonische
Antenne
30-200MHz
Absorberraum
Stab Antenne
< 30MHz
Kabelbaum
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Emissionsmessung mit Antenne
Messung nach CISPR 25
Spitzenwert-Messung (PEAK):
rote Kurve (blaues Limit)
Mittelwert-Messung (AVERAGE):
blaue Kurve (rotes Limit)
Breitbandmessung erfordert
Antennenwechsel
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Stripline-Test
Grundplatte
Stripline
Dielektrische
Stütze
Abschlusswiderstand
Messempfänger
Empfänger
Kabelbaum
Sender
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Emissionsmessung mit Stripline
Messung nach CISPR 25
Spitzenwert-Messung (PEAK):
schwarze Kurve (rotes Limit)
Mittelwert-Messung (AVERAGE):
grüne Kurve (blaues Limit)
Stripline im Absorberraum
Schirmkabine reicht aus
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Immunitätsprüfungen
Der Prüfling wird einem EM-Feld mit bekannter
Feldstärke ausgesetzt:
- z.B. ISO 11452-2: Antenne
- z.B. ISO 11452-5: Stripline
Einprägen eines Störstromes bekannter Stärke:
- z.B. ISO 11452-4: Bulk Current Injection
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Bulk Current Injection Test
HFGenerator
Prüfling
Messzange
Kabelbaum
Injektionszange
Geschirmter
Messraum
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Zusammenfassung EMV-Systemtest

Geschirmte Kammer bzw. Absorberraum

Ergebnisse abhängig vom Messaufbau

Funktionierende Systeme erforderlich

Hoher Aufwand
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Was tun wenn die Limits überschritten werden?
Messung der Einzelkomponenten des Systems ! ! !
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Funktionsschema der Komponententests
Beeinflussungsmodell
Überführung
Testaufbau
Stör
Quelle
Kopplungspfad
Standardisierte
Umgebung
Transmissions
-faktor
Generator
z.B. NWA Port1
Kopplungswiderstand,
Schirmdämpfung
Stör
Senke
Standardisierte
Umgebung
Empfänger
z.B. NWA Port2
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Komponententest mit Kopplungsmessrohr
Kabel
Steckverbinder
Durchführungen
CoMeT
Coupling
Measuring
Tube
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Mess-System CoMeT
Test set-up CoMeT
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verschiedene Triaxiale Zellen des CoMeT Systems
verschiedene Triaxiale Zellen des CoMeT Systems
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Messen mit dem Triaxial-Verfahren, Prinzip
Kopplungswiderstand & Schirmdämpfung
DC bis über 12 GHz mit einem Messaufbau
Sender
zu prüfender
Schirm
Meßrohr
Abschlußwiderstand
Empfänger
Abschirmhülse
IEC 62153-4-3/-4-4/-4-7 Kopplungswiderstand & Schirmdämpfung, Triaxialverfahren
DIN EN 50289-1-6,
Kommunikationskabel, Elektromagnetisches Verhalten
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Schirmdämpfung
as/[dB]
ZT/[mOhm/m
Kopplungswiderstand
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Änderungen der IEC 62153-4-3, Kopplungswiderstand
Generator
zu prüfender
Schirm
Impedanzwandler
Abschlusswiderstand R1
Messrohr
Schirmhülse
Vorwiderstand R2
matched – matched – short
ZT 
Empfänger
Verfahren A: Angepasster innerer Kreis mit Dämpfungswiderstand R2
Sender
zu prüfender
Schirm
Messrohr
Abschlußwiderstand R1
R1 Z 0  R2 
10
Z 0 Lc


 Z
 ameas  acal   apad  10 log 10  0

 ZCUT


20



 
  

 




mismatched – matched – short
Empfänger
ZT 
Abschirmhülse
a 
a
  meas cal 
R1  Z 0
 10  20 
2  Lc
mögliche Fehlanpassung
Verfahren B: Innerer Kreis mit Abschlusswiderstand und äußerer Kreis ohne R2
Empfänger
zu prüfender
Schirm
Messrohr
Kurzschluss
mismatched – short – short
Sender
ZT 
Abschirmhülse
Z0
2  Lc
a 
a
  meas cal 
 10  20 
mögliche Fehlanpassung
Verfahren C: (Fehlangepasst)-Kurzschluss- Kurzschluss ohne Dämpfungswiderstand
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r
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Änderungen der IEC 62153-4-4, Schirmdämpfung
Sender
zu prüfender
Schirm
Messrohr
Abschlußwiderstand R1
Empfänger
50
10
Abschirmhülse
mögliche Fehlanpassung
Innerer Kreis mit Abschlusswiderstand R1 = Z1 und äußerer Kreis ohne Dämpfungswiderstand
P
P
2 Z
S
1
1
as  10  log10
10  log10

Pr,max
P2,max
Z1

300 
 Env 20  log10 S21 10  log10 1  r 2 10  log10

Z
1


Der Term |1 - r2| stellt hier die Reflexionsdämpfung durch die
Fehlanpassung zwischen Generator und Prüfling dar. Bei einer
Fehlanpassung von 50 Ohm Generatorwiderstand auf z.B. 10 Ohm
Wellenwiderstand des Prüflings ergibt sich damit ein Korrekturwert
von ca. 2,5 dB !
 Z  Z1 
Reflexions

r   0
koeffizient
Z

Z
1
 0
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max. Empfindlichkeit des CoMeT Systems
Sender ausgang
+25dB
m
Splitter
50-75
Konverter
Triaxial
tube
Verstärker
Empfängereingang
+20dBm
B 
LR  174dBm  NF  10log(SF )dB  10log ZF dB
 Hz 
+10dBm
LR
+30dBm
-6dB
-4dB
-6dB
+9dBm
0dBm
-10dBm
-20dBm
-30dBm
-40dBm
NF
BZF
SF
dB
m
Grundrauschen (noise level) der Empfängerseite des MessSystems in dBm
Rauschzahl des Vorverstärkers des NWA in dB
Bandbreite des Empfängers in Hz
Formfaktor ≥ 1, Verhältnis von Rauschbandbreite zu 3 dB
Bandbreite des ZF-Filters, [5]
dB(mW)
-50dBm
Messdynamik = 131dB
-60dBm
-70dBm
-80dBm
-90dBm
+30dB
-100dBm
-100dBm
-110dBm
-122dBm
-120dBm
-130dBm
-140dBm
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ZF-Bandbreite & Generatorleistung
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Triaxialer Aufbau für Stecker mit “Rohr im Rohr“
zu prüfender Stecker
Steckverbinder
Generator
Empfänger
Schirmhülse
HF-dichte
Verlängerung
Anschluss-Kabel
Messrohr
„Rohr im Rohr“-Verfahren IEC 62153-4-7, Kopplungswiderstand,
Schirmdämpfung und Kopplungsdämpfung von Steckern und Assemblies
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Messen von konfektionierten Kabeln
Stecker-Anschluss
Rohr
zu prüfendes assenbly
Generator
Empfänger
Schirmhülse
Anschlusskabel
HF-dichtes Verlängerungsrohr
IEC 62153-4-7,“Rohr im Rohr“ -Verfahren (Stecker & konfektionierte Kabel)
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Allgemeine Messprobleme bei Steckern
zu prüfender Stecker
Messvorrichtung
Kuppler
Anschlusskabel
Kopplungswiderstände addieren sich !
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Empfänger Anschlusskabel mit IEC 61169-2 –Stecker/Kuppler
Schlecht geschirmte Empfängeranschlusskabel nach IEC/EN 60966-2-4 mit IEC 61169-2 – Steckern
verursachen ca. 70 % der Störungen in CATV Anlagen.
Zur Messung von ZT und as sind entsprechende Adapter erforderlich.
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Mess-Adapter, IEC 61169-2 - Stecker
Mess-Adapter aus IEC 61169-2 - Stecker
und IEC 61169-2 - Kuppler
jeweils mit F- Kuppler (Gewinde)
mit “Rohr in Rohr“-Verfahren
Der Mess-Adapter bestimmt
die Grenze
der Messempfindlichkeit
Schirmungsklasse A
Die eingesetzten Mess-Adapter
müssen im Messprotokoll
angegeben werden.
Der Abstand von der Kurve
der Adapter sollte min. 10 dB
betragen (es gelten nur die
max-Werte !!)
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
Messen von Anschlusskabeln ohne Adapter
Das konfektionierte Kabel wird durchgeschnitten, die paarigen Stecker
zusammengesteckt und dann wie ein Koaxialkabel gemessen.
Schirmungsklasse A
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verschiedene Triaxiale Zellen des CoMeT Systems
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
Triaxiale Zelle mit Rohr im Rohr, Prinzip
Empfänger
Prüfling
Generator
AnschlussKabel
Messkopf mit
Schirmhülse
Rohr in Rohr
Gehäuse bzw. Triaxiale Zelle
IEC 62153-4-15, Kopplungswiderstand und Schirmdämpfung mit Triaxialer Zelle
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
Prinzip der Triaxialen Zelle mit “Rohr in Rohr“
Empfänger
Prüfling
Rohr
Generator
Messkopf mit
Schirmhülse
Gehäuse
Rohr in Rohr
AnschlussKabel
IEC 62153-4-7,
“Tube in tube“ - procedure
(Connectors and
assemblies)
with „Triaxial Cell“ is under
consideration at IEC TC
46/WG 5
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
Resonanzen bzw. höhere Moden der Kavität
Resonanzfrequenzen:
2
f mnp
2
c M   N  P
 0      
2  a  b c
a = 13.6 cm, b = 13.6 cm, c = 9.9 cm
2
Results from Prof. Münzner et al, University of Ulm
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Messergebnisse Rohr und Triaxiale Zelle
Results from Prof. Münzner et al, University of Ulm
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Resonanzen bzw. höhere Moden der Kavität
Resonanzfrequenzen:
2
f mnp 
2
c0  M   N   P 
     
2  a  b c
750-er Zelle
2
1000/300-er Zelle
1000/150-er Zelle
a
b
c
a
b
c
a
b
c
750
250
250
1000
300
300
1000
150
150
m
n
p
f/GHz
m
n
p
f/GHz
m
n
p
f/GHz
1
1
1
0,87
1
1
1
0,72
1
1
1
1,41
1
2
0
1,22
1
2
0
1,01
1
2
0
2,00
0
2
1
1,34
0
2
1
1,12
0
2
1
2,24
1
2
1
1,36
1
2
1
1,13
1
2
1
2,24
2
2
0
1,26
2
2
0
1,04
2
2
0
2,00
0
1
2
1,34
0
1
2
1,12
0
1
2
2,24
1
1
2
1,36
1
1
2
1,13
1
1
2
2,24
2
2
1
1,40
2
2
1
1,16
2
2
1
2,24
0
2
2
1,70
0
2
2
1,41
0
2
2
2,83
1
2
2
1,71
1
2
2
1,42
1
2
2
2,83
2
3
0
1,84
2
3
0
1,53
2
3
0
3,00
m, n, p: Modenzahlen (ganzzahlig, 2 von 3 >0), a, b, c: Abmessungen der Hohlraums
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------- CoMeT 40
------- Triaxiale Zelle 1000
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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CATV –Abzweiger
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
Triaxiale Zelle mit Rohr im Rohr und Schiebewand
Generator
Prüfling
Empfänger
Verbindungskabel
Messkopf mit
Schirmhülse
Rohr im Rohr
Gehäuse
e
Schiebewand
Kopplungswiderstand von HV-Steckern mit Triaxialer Zelle mit Schiebewand
Forumsvortrag von Thomas Schmid, Fa. Rosenberger am Do., 13. März 11.20 Uhr
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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Triaxiale Zelle mit Rohr im Rohr und Schiebewand
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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Langzeitverhalten von foliengeschirmten Kabeln
------- sample without bending test ------- after 4 days storage in the tube without any change
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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Long term behaviour of foil braid screen
------- sample without bending test ------- after 4 days storage in the tube without any change
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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Cable bending test according to EN 50117-2-x / EN 50289
EN 50117-2-1 to -2-5 and -4-1
Cable bending test
acc. to EN 50117-2-x / EN 50289
Transfer impedance
Screening Class A:  5 m/m from
5 MHz to 30 MHz;
Screening Class B:  15 m/m from
5 MHz to 30 MHz.
Test procedure according to
EN 50289-1-6, triaxial method,
after completion of the flexure test
according to 5.2.9 of this standard.
Screening attenuation
Screening Class A:  85 dB from
30 MHz to 1 000 MHz;
Screening Class B:  75 dB from
30 MHz to 1 000 MHz;
Test procedure according to
EN 50289-1-6, triaxial method,
after completion of the flexure test
according to 5.2.9 of this standard.
Bending test will be enhanced acc. to the proposal of Prof. Schwarzenau in the next Editions. of EN 50117 series
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
bedea
Long term behaviour after bending test
------- sample after bending test ------- after 4 days storage ------- after 7 days storage in the tube
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Bernhard Mund, bedea, [email protected], Thomas Schmid, Rosenberger Hochfrequenztechnik, [email protected]
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
Messen der Kopplungsdämpfung
Die Kopplungsdämpfung ist die Summe aus Unsymmetriedämpfung des
Paares und der Schirmdämpfung des Schirmes
Prüfling
Messrohr
Generator
symmetrisch/
asymmetrischer
Abschluss
Schirmhülse
Symmetrieübertrager
Empfänger
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Messen der Kopplungsdämpfung
Die Kopplungsdämpfung ist die Summe aus Unsymmetriedämpfung des
Paares und der Schirmdämpfung des Schirmes
receiver
screen
under test
tube with open
test head
ferrite-absorber
generator
remaining cable length, appr. 100 m
matching load
generator
housing
geschirmte symmetrische Kabel, Datenkabel, mehradrige Kabel
IEC 62153-4-9, Kopplungsdämpfung, Triaxialverfahren,
Verfahren mit 2 Generatoren in Beratung
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Internationale Normen für Triaxialverfahren, (CoMeT)
IEC TR 62153-4-1
IEC 62153-4-3
IEC 62153-4-4
IEC 62153-4-7
IEC 62153-4-9
IEC 62153-4-10
IEC 62153-4-15
EN 50289-1-6
Introduction to EMC measurements
Surface transfer impedance - Triaxial method
Shielded screening attenuation, test method for measuring of
the screening attenuation "as" up to and above 3 GHz
Shielded screening attenuation, test method for measuring the
Transfer impedance ZT and the screening attenuation aS of
RF-Connectors up to and above 3 GHz; Tube in Tube method
2007-11
2006-03
2006-05
Coupling attenuation, triaxial method
Shielded screening attenuation test method for measuring the
Screening Effectiveness of Feedtroughs and Electromagnetic
Gaskets
Test method for measuring transfer impedance and screening
attenuation – or coupling attenuation with Triaxial Cell
2008-03
2009-05
Communication cables - Specifications for test methods Part
1-6: Electrical test methods -Electromagnetic performance
(includes IEC 62153-4-3 and IEC 62153-4-3)
2006-04
46/454/CD
2013-02
2002
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Literatur
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Bernhard Mund, Thomas Schmid: EMC of HV cables and components with Triaxial Cell, Wire & Cable
Technology International/January & March 2012
Bernhard Mund, Thomas Schmid: Messen der Schirmdämpfung von Steckverbindern,
Kabeldurchführungen und EMV-Dichtungen, 3. Anwenderkongress Steckverbinder 2009,
Vogel Verlag, Würzburg
Bernhard Mund: EMC of Cables & Connectors & Test methods, EMC Zurich 2007
Bernhard Mund: Measuring the EMC on RF-connectors and connecting hardware, Tube in tube test
procedure, IWCS (International wire & cable symposium) 2004, Philadelphia
Thomas Hähner und Bernhard Mund: Measurement of the screening effectiveness of connectors &
cable assemblies: International Wroclaw Symposium on Electromagnetic Compatibility, EMC 2002
Thomas Hähner und Bernhard Mund: Background, content and future of the EMC measurement
standard prEN 50289-1-6, Open / shielded test methods,
International Wroclaw Symposium on Electromagnetic Compatibility, EMC 2000
Otto Breitenbach, Thomas Hähner und Bernhard Mund: Kabelschirmung im Frequenzbereich von
MHz bis GHz, erweiterte Anwendung eines einfachen Meßverfahrens, Frequenz 1-2/1999 S. 18-28.
Lauri Halme, Rauno Kytönen, "Background and introduction to EM screening (shielding) behaviours
and measurements of coaxial and symmetrical cables, cable assemblies and connectors", IEE
Colloquium on screening effectiveness measurements, Savoy Place London, 6 May 1998
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Steuer- & Auswerte-Software WinCoMeT
- Steuerung des
Netzwerkanalysators
- Auswertung der
Messergebnisse
- Dokumentation
- Export der Daten
nach MS-Excel
- Ausgabe auf Drucker
- Vollversion
zur Messung der
Übertragungsparametern von
Kommunikationskabeln
- einschliesslich
FFT und Gating-Funktion
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Autoren

Bernhard Mund, bedea Berkenhoff&Drebes GmbH
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Rundfunk&Fernsehtechniker, Radio Brand Marburg, 1971
Dipl.-Ing. Nachrichten- & Mikroprozessortechnik, FH Giessen, 1984
Leiter Entwicklung Kabel sowie HF- & EMV-Messungen,
Obmann des UK 412.3, Koaxialkabel,
Sekretär des IEC SC 46A und CENELEC SC 46XA Coaxial cable
Thomas Schmid, Rosenberger HF-Technik, Tittmoning

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Fernmeldehandwerker, Deutsche Bundespost; Traunstein 1988
Dipl.-Ing. (FH) Nachrichtentechnik, Fachhochschule München 1995
Entwicklung von HF-Steckern und Komponenten, HF-& EMV-Messtechn.
Mitarbeiter UK 412.3, Koaxialkabel
Mitarbeiter IEC TC 46 WG 5 Screening eff. & WG 6 Intermodulation
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Danke fürs Zuhören
???
www.bedea.com
[email protected]
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