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Neues HF-Testsystem zur Prüfung von Multifunktionsantennen : Ausgabe 16/2015, 08.10.2015

Gezielter Wellensalat

In einer Autoantenne steckt viel Technik. Nicht nur Radio­signale müssen empfangen werden sondern auch GPS- oder Telefondienste. Für den Funktionstest braucht es eine komplexe Prüfumgebung. Innert 16 Wochen hat ein Mess­technikspezialist ein universelles Testsystem aufgebaut.

Bilder: MCD Elektronik, Volvo Car Group

Die Wellenlängen reichen von etlichen hundert Metern bis herunter zu Zentimetern, die Antenne befindet sich in ständiger Bewegung, die Störsignale sind zahlreich. Das ist die «Arbeitsbeschreibung» für eine Multifunktionsantenne, wie sie moderne Fahrzeuge besitzen. Die Antennen sind meist oberhalb der Heckscheibe auf dem Fahrzeugdach montiert. Multifunktionsantennen sind komplexe Baugruppen, in dem meist finnenartigen Kunststoffgehäuse leisten gleich mehrere einzelne Antennen ihren Dienst. Da ist zunächst die Antenne für terrestrische Radiosignale, wie AM, FM und DAB III, sie ist für Frequenzen im Bereich von einigen kHz bis 100 MHz zuständig. Dazu kommt eine Antenne für ein globales Navigationssatellitensystem, GNSS (GPS oder GLONASS), hier handelt es sich um Frequenzen von wenigen Gigahertz. Optional ist noch eine Satellitenantenne integriert, beispielsweise für den Empfang von über Satellit ausgestrahlter SDARS-Dienste oder von Fernsehsignalen und schliesslich die Mobilfunk­antenne. Für Sonder- und Nutzfahrzeuge werden darüber hinaus Antennen für CB-Funk und spezielle geschützte Übertragungsarten benötigt.

Universelles Testsystem für Multifunktionsantennen

Für Fahrzeughersteller und ihre Zulieferbetriebe ist das Thema Dachantenne eine Herausforderung. Jede Antenne muss vor ihrer Auslieferung hundertprozentig getestet werden. Ein deutscher Hersteller, der diese Antennen für einen Automobilhersteller produziert, suchte daher einen Spezialisten für Prüftechnik, der vor allem mit dem enormen Frequenzumfang von AM bis Höchstfrequenz umgehen kann. Da das Handling von HF-Signalen zu den Stärken von MCD gehört, bekamen die Birkenfelder den Auftrag. Zusammen mit einem Partnerunternehmen stellten sie innerhalb von 16 Wochen ein universelles Testsystem für Multifunktionsantennen auf die Beine.

Aufwendige Testumgebung bei knappem Zeitplan

Nicht nur der Zeitplan des Projekts war sportlich, auch die technischen Anforderungen waren in vielerlei Hinsicht anspruchsvoll. Die Prüfanlage muss eine ganze Reihe unterschiedlicher Antennen testen können. Dazu braucht es einen HF-dichten Adapter, innerhalb dessen der Prüfling mit diversen Funksignalen stimuliert werden kann. Für das Aussenden der Funksignale setzen die Techniker eine speziell entwickelte Helixantenne ein. Sie dient neben einer Mobilfunkantenne als Sende- antenne für die Stimuli. Auch die Mechanik hat es in sich: der Adapter wurde horizontal verschiebbar konzipiert, die Prüfkontakte müssen die HF-Anschlüsse mit definiertem Druck kontaktieren.

Sobald die zu prüfende Antenne eingelegt ist und die Hände des Bedieners den Lichtsensorvorhang verlassen haben, bringt die Anlage den Prüfling in die richtige Position. Die Antennenanschlüsse werden pneumatisch gesteuert über spezielle Hochfrequenzkontakte kontaktiert. Das Testsystem ist universell gestaltet und kann programmgesteuert für die unterschiedlichen Prüfaufgaben eingestellt werden. Ein 2D-Barcodeleser identifiziert dazu über das Etikett den Antennentyp und löst das Laden des zugehörigen Prüfprogramms aus. Das Prüfprogramm kommuniziert mit dem Werker über den Monitor nach einem vorbestimmten Ablauf.

Die Erzeugung der Stimuli und die Analyse der verschiedenen Antennensignale besorgt ein Netzwerkanalyzer. Das Gerät überstreicht den grossen Frequenzbereich von 100 kHz bis 8,5 GHz mit einem Dynamikumfang von 122 dB. Die Stimuli werden über RF-Multiplexer und Bias-Tees an die Sendeantennen durchgeschaltet. Ein zweiter RF-Multiplexer liest über Bias-Tees die Antworten der jeweiligen Antenne ein und übergibt das HF-Signal an den Netzwerkanalyzer. Dieser liefert einen Zweitor-S-Parameter-Testsatz. Die vier S-Parameter werden zusammen mit anderen Messergebnissen per Ethernet an den TestManager von MCD übergeben.

Messdaten in Echtzeit

Der Prüfplatz liefert umfangreiche Daten, die für die Qualitätssicherung von Bedeutung sind. Dazu gehören: Kalibrationswerte, Hochfrequenzeigenschaften, Codierung der Antenne, spezielle Gehäusemerkmale, Linearität der Messkurven, Sperrkreis Eigenschaften, Ströme in den verschiedenen Arbeitsbereichen und die Spannungen der Fernspeiseweichen. Die Software übernimmt die statistischen Messwerte und untersucht sie mit der Trendanalyse auf signifikante Richtungsänderungen. Das Programm analysiert die Messwerte und generiert Statistiken und Berichte. Durch die Verwendung einer Real-Time-Database steht die Auswertung der Messdaten nach kurzer Bearbeitungszeit nahezu in Echtzeit zur Verfügung. Die Auswertung erfolgt entweder benutzergesteuert oder automatisiert. Umfangreiche Filterfunktionen erlauben verschiedene Sichten auf das Datenmaterial. Ein SQL-Interface erlaubt den direkten Zugriff auf das Datenmaterial und damit nicht standardisierte, anwenderspezifische Abfragen und Auswertungen.

Umfangreiche Auswertung der Messdaten

Zu den wichtigsten statistischen Auswertungen der Software gehören:

  • Statistik der Testergebnisse und der Testdauer
  • Fehlerstatistik (Häufigkeit/Verteilung)
  • Statistik der Messwerte (Verteilung/Varianz)
  • Analyse der Maschinen- und Prozessfähigkeit (gemäss den Kunden-Algorithmen)

Das integrierte Reportmodul unterstützt den Anwender bei der Gestaltung eigener Auswertungen, die in Projektfiles gespeichert und jederzeit bei Bedarf wieder geladen werden können.

Präzision ist Trumpf

Alle Zuleitungen am Prüfplatz, wie Kabel, HF-Relais, Messpfade werden vollautomatisch kalibriert. Für die Auswertung der Messwerte und Verwaltung der Kalibrationskurven haben die Techniker eine grafische Auswertung entwickelt. Diese umfasst die Aufnahme der Kurven, Anpassung an die Messpfade, Verwaltung der Hüllkurven sowie die Bestimmung der Ergebnisse. Durch die integrierte Scriptengine können Messungen parallel zu Steuerungsaufgaben erledigt werden. Neben den HF-Messungen tastet die Anlage den Prüfling auch mechanisch über Sensoren ab. Die komplette Prüfung einer Antenne dauert 20 Sekunden. Der Prüfplatz ist in die Fertigungslinie eingebunden und liefert die aufbereiteten Daten an deren MES-System. Fehlerhafte Prüflinge werden über eine Schlechtteilrutsche sicher entsorgt und verwaltet. 

Infoservice


MCD Elektronik GmbH
Hoheneichstrasse 52, DE-75217 Birkenfeld
Tel. 0049 7231 78 4050, Fax 0049 7231 78 405 10
info@mcd-elektronik.de, www.mcd-elektronik.de



Ausser den gängigen Funktionen wie Radioempfang werden in modernen Fahrzeugen GPS, GLONASS, verschiedene Mobilfunksysteme, TV-Empfangskanäle und WLAN-Verbindungen in den Innenraum übertragen


Prüfstand besteht aus einem Steuerrack und der Testzelle mit Wechselsatz


Die Antenne ist in den Prüfadapter eingelegt, die Kontakteinheit mit den HF-Kontaktstiften ist bereit zum Herunterfahren


Multifunktionsantennen gehören zur Standardausrüstung moderner Fahrzeuge


Der prinzipielle Aufbau des Prüfplatzes für die Multifunktionsantennen