Funkentstörung
Funkentstörung ist die Begrenzung von Funkstörungen auf ein zulässiges Maß, das in Normen festgelegt ist, bzw. in konkreten Einzelfällen so weit, bis die Störung beseitigt ist.
Die Funkentstörung ist ein Unterbereich der EMV. Gesetzlich geregelt ist Funkentstörung zusammen mit der EMV für den zivilen Bereich in Deutschland im Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmitteln. Überwacht wird die Einhaltung durch die Abteilung Funkmessdienst der Bundesnetzagentur, die entsprechende Messstellen und Messfahrzeuge unterhält.
Entstehung und Klassifizierung der Funkstörungen
- Breitbandstörungen
- Bei schnellen Stromänderungen entstehen elektromagnetische Oberwellen, die sehr hohe Frequenzen erreichen können. Besonders bei schnellen Ein-/Ausschaltvorgängen treten solche Störungen auf, die ein breites Frequenzband überstreichen und bis weit in den Megahertz-Bereich reichen. Sie beeinträchtigen den Funkverkehr und sind im Alltag bei Rundfunk- und Fernsehübertragungen als Störungen hör- oder sichtbar. Typische Quellen solcher Störungen sind z. B. Elektromotoren mit Kollektoren oder die Zündanlagen von Verbrennungsmotoren. Charakteristisch für Breitbandstörungen ist, dass ein breites Frequenzband nahezu lückenlos überstrichen wird und keine einzelnen konstanten Störfrequenzen auftreten.
- Schmalbandstörungen
- Hierzu zählen hochfrequente Oszillatoren, z. B. zur Taktung eines Mikroprozessors in einem PC und deren Oberwellen. Charakteristisch ist die Frequenzkonstanz und der große Abstand zwischen den Harmonischen im Verhältnis zur Messbandbreite. Auch bei Schmalbandstörungen können Oberwellen auftreten.
- Leitungsgebundene Funkstörungen
- Breiten sich überwiegend entlang von Leitungen, v. a. dem Stromversorgungsnetz, aus und dringen über diese in andere Geräte ein. Beispiel: Nicht entstörtes PC-Schaltnetzteil, das über das Stromversorgungsnetz in das Netzteil eines Mittelwellen-Radios einkoppelt und dadurch dessen Empfang stört.
- Feldgebundene Funkstörungen
- Breiten sich hauptsächlich als Abstrahlung aus. Beispiel: PC mit schlecht abgeschirmten Anschlussleitungen. Hier wirken die Anschlussleitungen als Sendeantennen und koppeln die internen Taktfrequenzen des PCs als Funkstörungen direkt in die Empfangsantenne eines in Nähe stehenden UKW-Radios ein.
- Dauerstörungen
- Hierzu zählen alle Funkstörungen, die dauernd ausgesendet werden. Für diese Störungen gelten die üblichen Grenzwerte.
- Diskontinuierliche Störungen (Knacke)
- Einzelne kurze Schaltknacke (< 200 ms), z. B. durch einen handbetätigten Lichtschalter. Für kurzzeitige Störungen gibt es Erleichterungen bei den Grenzwerten.
In der Praxis gibt es natürlich Mischformen zwischen diesen Funkstörungsarten.
Bewertung von Funkstörungen
Im zivilen Bereich ist es seit Jahrzehnten üblich, Funkstörungen nicht nur nach ihrer absoluten Höhe, sondern auch nach der Häufigkeit ihres Auftretens zu bewerten. Hierzu wurde in Untersuchungen das Lästigkeitsempfinden des menschlichen Gehörs nachgebildet und in eine Bewertungskurve eingearbeitet, die sogenannte CISPR-Quasipeak-Bewertung. Diese führt dazu, dass einzelne kurze Knacke nicht berücksichtigt werden, aber mit zunehmender Häufigkeit immer schärfere Grenzwerte gelten, bis zum Schluss die strengsten Grenzwerte für Dauerstörungen erreicht sind.
Hiermit soll erreicht werden, dass der Aufwand, der für die Funkentstörung betrieben werden muss, in technisch und wirtschaftlich vertretbarem Verhältnis zur Störwirkung bleibt.
Im militärischen Bereich dagegen ist diese Bewertung nach Häufigkeit nicht üblich, hier wird stets der Spitzenwert gemessen.
Beispiele aus der Praxis
- Ein handbetätigter Lichtschalter zur Zimmerbeleuchtung
- Dieser wird normalerweise nur zwei- bis viermal am Tag betätigt und erzeugt nur einen kurzen Knack von wenigen Millisekunden Dauer. Es wäre unwirtschaftlich, jeden Lichtschalter mit einem Entstörfilter auszurüsten. Für solche einfachen Geräte, die nur kurzzeitige Störungen (< 200 ms) bei rein manueller Betätigung erzeugen, gelten keine Grenzwerte für die Höhe der Störungen.
- Heizlüfter mit Kollektormotor und Bimetallschalter als Thermostat
- Hier muss der Motor nach den strengeren Dauerstörgrenzwerten entstört werden, da er ja längere Zeit laufen kann. Die Schaltknacke des Bimetallschalters zur Regelung der Heizwicklung werden dagegen separat bewertet und dürfen eine bestimmte Häufigkeit nicht überschreiten, dafür dann aber über dem Grenzwert für die Dauerstörungen liegen.
- Computer
- Ein PC, der meist über mehrere Stunden in Betrieb ist und schmalbandige Dauerstörungen erzeugt, muss die strengeren Grenzwerte für diese schmalbandige Dauerstörungen einhalten. Läge hier eine Störfrequenz in einem Nutzfrequenzbereich, wäre der Funkempfang auf dieser Frequenz dauerhaft gestört.
Unterdrückung von Funkstörungen
Um Funkstörungen zu verringern, gibt es verschiedene Möglichkeiten:
- Reduzierung der Funkstörungen schon an der Quelle, z. B. durch Verschleifung des Stromanstiegs bei Schaltvorgängen durch Vorwiderstände, Kondensatoren und Drosseln. Bei Zündanlagen werden häufig Widerstände in die Zündkabel eingesetzt, um den Stromanstieg zu begrenzen, bei Triacs in Phasenanschnittsteuerungen werden Sättigungsdrosseln in Reihe zum Triac geschaltet. Nachteilig ist hierbei die durch den langsameren Stromanstieg erhöhte Verlustleistung bei Halbleiterschaltern, die als Wärme abgeführt werden muss und den Wirkungsgrad verringert.
- Abschirmung der Störquelle, z. B. durch geschirmte Zündkerzenstecker. Elektronische Baugruppen mit Schwingungserzeugern im Hochfrequenzbereich werden häufig durch hochfrequenzdichte Metallgehäuse abgeschirmt.
- Filterung von Leitungen von und zur Störquelle, z. B. Stromzufuhr über Durchführungskondensatoren, bei denen die Versorgungsleitungen durch einen koaxialen Kondensator geführt werden, der mit dem Gehäuse verlötet ist. Bei Haushaltsgeräten und Werkzeugen mit Kollektormotoren werden sogenannte Entstörglieder eingesetzt, die aus Entstörkondensatoren und/oder Drosseln bestehen. Solche Entstörglieder müssen so nah wie möglich an der Störquelle liegen, um die Antennenwirkung der Zuleitungen auszuschalten. Es gibt verschiedene Ausführungen, die aber alle auf eine der vier Grundschaltungen zurückgehen. Von Vorteil ist es, wenn das Gehäuse der Geräte aus Metall besteht, weil dies eine zusätzliche Abschirmung bewirkt.
Grundschaltungen von Entstörgliedern
Das Grundprinzip beim Entwurf von Entstörgliedern beruht immer auf einer möglichst großen Fehlanpassung an die Störquelle im HF-technischen Sinn, damit die Störungen wieder zur Quelle zurück reflektiert werden. Hat die Störquelle eine hohe Impedanz, muss als erstes eine Kapazität zur Entstörung verwendet werden, denn diese stellt eine niedrige Impedanz dar, umgekehrt muss bei einer niederimpedanten Störquelle zuerst eine Induktivität vorgeschaltet werden. Da bei einer realen Störquelle die Impedanz normalerweise unbekannt und frequenzabhängig ist, müssen Entstörglieder in der Praxis immer in einem realen Messaufbau angepasst und in der Wirkung überprüft werden, siehe EMV-Messung. Meist ist eine Kombination von Kondensatoren und Drosseln erforderlich, die von den Absolutwerten und vom Frequenzgang her an die Impedanz der Störquelle angepasst werden müssen. Zusätzlich müssen noch Sicherheitsvorschriften beachtet werden (Ableitstrom, Berührspannungen, Spannungsfestigkeit, maximal zulässige Temperaturen etc.) sodass die Entwicklung von Entstörgliedern eine große Erfahrung erfordert.
Entstörung mit Parallelkondensator
Bei der einfachsten Entstörmethode wird ein Entstörkondensator parallel zur Störquelle geschaltet. Für die hochfrequenten Störschwingungen stellt diese Kapazität quasi einen Kurzschluss dar, weshalb diese stark gedämpft werden.
Entstörung mit X-Y-Kondensatoren
Hier werden zusätzlich zum Parallelkondensator zwei Entstörkondensatoren, die auch in einem Gehäuse eingebaut sein können, gegen den Schutzleiter (Erde) geschaltet. Dies bringt eine zusätzliche Dämpfung und zieht das Potential der Oberschwingungen auf Erdniveau.
Entstörung mit Drosselspulen
Drosselspulen in den Zuleitungen zum Gerät stellen einen hohen Widerstand für hochfrequente Signale dar, da der induktive Blindwiderstand mit der Größe der Frequenz zunimmt. Damit werden gerade die Störsignale gedämpft, so dass diese nicht über die Zuleitung abgestrahlt werden können. Der Netzstrom dagegen kann fast verlustfrei die Spulen durchfließen.
Entstörung über Kondensator-Drossel-Kombinationen
Diese hochwertige Entstörschaltung dämpft durch die Kondensatoren die Störsignale. Die schwachen Restsignale werden durch die Drosselspulen weitgehend von den Zuleitungen getrennt. Bei dieser Schaltungsart können, je nach erforderlicher Güte der Entstörung, auch mehrere Stufen nacheinander angeordnet sein. So werden bei störempfindlichen Geräten in die Stromversorgungsleitungen oft „Netzentstörungen“ eingebaut, die vor und nach den Kondensatoren Drosseln haben. Diese Netzentstörungen sollen Signale anderer Störquellen, die die Netzspannung überlagern, unterdrücken.
Besondere Eigenschaften von Entstörkondensatoren
Jeder Kondensator hat neben seinem kapazitiven Widerstand auch eine kleine induktive Komponente. Da dieser induktive Widerstand die Wirkung des Kondensators bei zunehmender Frequenz verschlechtert, werden für Entstörzwecke spezielle Kondensatoren mit sehr kleinem induktiven Widerstand gefertigt.
Sicherheitsaspekte bei Entstörmaßnahmen
Bei Geräten mit Y-Kondensatoren fließt immer ein kleiner Strom über den Schutzleiter ab, der sogenannte Ableitstrom. Wenn der Schutzleiter im Fehlerfall unterbrochen ist, liegt u. U. an leitfähigen Teilen des Gerätes eine Spannung an, die elektrische Schläge verursachen kann. Deshalb ist der Ableitstrom und damit die Größe der Y-Kondensatoren bei netzbetriebenen Geräten begrenzt.
