Forum: HF, Funk und Felder Antennenleistung begrenzen


von Louis ~. (lueis)


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Hi,

ich habe ein ZigBee-System, das nach ATEX(Explosionsschutz) zertifiziert 
werden soll. (2.4GHz)

Antennen für diesem Ex-Bereich sind extrem teuer. Sie gewährleisten 
eigentlich nur, dass eine Sendeleisung von 2W nicht überschritten wird. 
Da mein ZigBee System maximal mit 10mW sendet, würde ich ein 
überschreiten der Sendeleistung im Fehlerfall gern mit einer 
Begrenzer-Schaltung verhindern. Gibt es dafür Standartd-Schaltungen?

Wie hier beschreieben 
http://www.chemietechnik.de/texte/anzeigen/106346/Sicherheit-Umwelt/Anlagensicherheit/Keine-Explosion-durch-Funken/PHOENIX-CONTACT-Deutschland-GmbH 
sollte dies möglich sein

"
Ein besseres Konzept ist die Verwendung einer Barriere in der 
Hochfrequenz-Antennenleitung. Damit wird das Austreten eines Zündfunkens 
über die Antennenleitung auch im Fehlerfall verhindert. Der Vorteil: An 
die Barriere können passive Standardantennen und 
Antennenverlängerungskabel angeschlossen werden, die als sichere 
elektrische Betriebsmittel gelten. Dadurch lassen sich viel 
preisgünstigere Antennen nutzen und in der optimalen Position in der 
Anlage installieren."

Derzeit habe ich eine Testantenne dran(u.fl-connector), das 
Empfangsmodul besitzt eine "interne Antenne(PCB?)"

Gruß lueis

von npn (Gast)


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Louis ~~~~ schrieb:
> Da mein ZigBee System maximal mit 10mW sendet, würde ich ein
> überschreiten der Sendeleistung im Fehlerfall gern mit einer
> Begrenzer-Schaltung verhindern.

Das mußt du nochmal genau erklären. Du willst sicherstellen, daß dein 
Zigbee, welches eine Ausgangsleistung von 10mW hat, im Fehlerfalle auf 
2W begrenzt wird?

Wenn ich das so gemeint sein sollte, brauchst du gar nichts zu machen. 
Das Zigbee kann auch im Fehlerfalle keine 2W an den Ausgang bringen, 
weil es die dafür erforderliche Sendeendstufe gar nicht hat. Und mit 
10mW kannst du auch keinen Zündfunken erzeugen.
Wenn das ganze dann noch in einem druckbeaufschlagten isolierten Gehäuse 
sitzt, bist du auf jeden Fall auf der sicheren Seite. Aber selbst ohne 
dieses Gehäuse kann nichts passieren. Im verlinkten Artikel ist ja auch 
erwähnt, daß eine Funkenbildung erst oberhalb einer Sendeleistung von 6W 
möglich ist. Und auch das nur im Fehlerfalle.

von Schreiber (Gast)


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Louis ~~~~ schrieb:
> das
> Empfangsmodul besitzt eine "interne Antenne(PCB?)"

kein Problem. Die erfüllt die Anforderungen, weil sie mit im Gehäuse 
steckt

Louis ~~~~ schrieb:
> Antennen für diesem Ex-Bereich sind extrem teuer. Sie gewährleisten
> eigentlich nur, dass eine Sendeleisung von 2W nicht überschritten wird.

mal genauer Lesen. Die Antennen begrenzen die EIRP nicht.

Louis ~~~~ schrieb:
> Da mein ZigBee System maximal mit 10mW sendet, würde ich ein
> überschreiten der Sendeleistung im Fehlerfall gern mit einer
> Begrenzer-Schaltung verhindern. Gibt es dafür Standartd-Schaltungen?

woher soll die Sendeleistung kommen? Wenn die Endstufe im ZigBee-Modul 
nur 10mW Ausgangsleistung hat, dass kann die auch im Fehlerfall keine 2W 
abgeben

Louis ~~~~ schrieb:
> Ein besseres Konzept ist die Verwendung einer Barriere in der
> Hochfrequenz-Antennenleitung. Damit wird das Austreten eines Zündfunkens
> über die Antennenleitung auch im Fehlerfall verhindert.

Die Barriere wird vermutlich ein durchschlagfester Kondensator (einige 
pF sollten bei der Frequenz ausreichend sein) und ein hochohmiger 
Widerstand (gegen elektrostatische Aufladung) gegen Masse sein.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Es gibt "Limiter" als Schutz z.B. für den Eingang eines 
Spektrumanalyzers.
http://217.34.103.131/products/Limiters.shtml
Früher hatten Radarantennen ein "Nullode" am Empfängereingang.
http://de.wikipedia.org/wiki/Nullode

: Bearbeitet durch User
von npn (Gast)


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Christoph Kessler (db1uq) schrieb:
> Es gibt "Limiter" als Schutz z.B. für den Eingang eines
> Spektrumanalyzers.
> http://217.34.103.131/products/Limiters.shtml
> Früher hatten Radarantennen ein "Nullode" am Empfängereingang.

Dort hat es ja auch seinen Sinn. Da vermeiden sie eine teure Reparatur 
mit anschließendem Neuabgleich.
Aber bei einem Senderchen von 10mW, weil man Angst hat, daß da mehr als 
2W rauskommen?

von Harald W. (wilhelms)


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npn schrieb:

> Aber bei einem Senderchen von 10mW, weil man Angst hat, daß da mehr als
> 2W rauskommen?

Bei sog. "Ex-Geräten" kommt man mit gesundem Menschenverstand, der
einige recht unwahrscheinliche Szenarien ausschliesst, nicht weiter.
Dort gibt es eben eindeutige Vorschriften und wenn man die nicht
einhält, gibts eben keine Zulassung. Die genehmigende Stelle wird
sich da auch auf keine Diskussion einlassen. Deshalb ist es für den
"Normalelektroniker" auch schwierig, da Tipps zu geben, wenn man mit
der "Ex-Scene" bislang keine Berührung hatte.
Gruss
Harald

von npn (Gast)


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Harald Wilhelms schrieb:
> Dort gibt es eben eindeutige Vorschriften

Deswegen wäre es  gut, wenn sich Louis nochmal melden würde und die
Anforderungen der ATEX nennen würde. Dann kann man auch gezielter Tipps 
geben, wie diese Anforderungen dann zu erfüllen sind.

Eingangs sprach er eben von seiner Sorge, daß im Fehlerfalle die 2W 
überschritten werden. Ich nahm an, daß das eine entsprechende Forderung 
war. Deswegen auch meine Antworten :-)

von Louis ~. (lueis)


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Sorry, dass ich jetzt erst antworte.

Es ist wohl tatsächlich so, dass die Antenne an sich eingensicher (Ex 
e)sein muss (also die Antenne keine Explosion zurfolge haben kann) und 
die Sendeleistung auf max. 2W begrenzt ist.
Mit dem iSolate500 gibt es dafür sogar extra eine entkoppelte Lösungen.

Wegen der Eigensicherheit überlege ich, ob die Antenne nicht sowieso in 
das geschützte Gehäuse eingebaut wird. Da in dem gehäuse auch eine 
Vergussmasse benötigt wird, würde ich gern wissen, inwiefern das meine 
Sendeleistung beeinträchtigt. Gibt es dafür Materialparameter? Wonach 
muss ich da ausschau halten/nachfragen? oder geht das generell nicht?


Ist es Hardware-Technische für ein Sendemodul(XBee) überhaupt möglich, 
mehr als einen bestimmten Leisuntgswert zu senden? Ich denke, soeine 
Begründung würde der Zertifizierungsstelle auch genügen. (ggf kann ich 
auch die von der Batterie entnommende Leistung begrenzen. Evtl reicht 
auch das).

Für Interessenten noch das hier: 
http://www.stahl.de/fileadmin/Dateien/ex-zeitschrift/2012/de/Funkanwendungen_PDF.pdf
besonders der Absatz "Vereinfachte Fehlerfallbetrachtung gemäß der neuen 
Ausgabe von IEC 60079-0"

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Louis ~~~~ schrieb:

> Da in dem gehäuse auch eine
> Vergussmasse benötigt wird, würde ich gern wissen, inwiefern das meine
> Sendeleistung beeinträchtigt.

Die Sendeleistung nicht, aber die Antennenparameter schon.

> Gibt es dafür Materialparameter? Wonach
> muss ich da ausschau halten/nachfragen?

epsilon_r

Das verkürzt dir deine Antenne zusätzlich, sie bekommt also eine
völlig andere Resonanz.  Irgendwas „von der Stange“ wirst du da
kaum finden.

> Ist es Hardware-Technische für ein Sendemodul(XBee) überhaupt möglich,
> mehr als einen bestimmten Leisuntgswert zu senden?

Als Hochfrequenz gewiss nicht.  Zwar ist der im Datenblatt
angegebene Wert erstmal irgendwo ein Kompromiss zwischen der
erzeugten Leistung (von der man im Allgemeinen möglichst viel haben
will) und den entstehenden Verzerrungen (die ein gewisses Maß nicht
übersteigen dürfen), aber auch als Maximum ist da technisch das
200fache einfach mal nicht drin.  Das geben die Transistoren der
PA nicht her.

Was natürlich im Fehlerfall passieren kann, ist ein Durchschlag
innerhalb des Bauteils, sodass am HF-Ausgang plötzlich die
Betriebsspannung anliegt.  Da ist es dann eine Frage deiner
Gleichspannungsversorgung, inwiefern ein an dieser Stelle jetzt
entstehender Kurzschluss eine Explosionsgefährdung hervorruft.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Was mich wundert, ist dass auf die Strahlungsleistung (EIRP) bezogen 
wird. Das ist doch eine hochgerechnete Größe, die nirgends tatsächlich 
auftritt. Die höchste Leistungskonzentration ist irgendwo am 
Einspeisepunkt, ab dort divergiert die Leistung, egal welche Bündelung 
die Antenne hat.

Aber bei solchen Qualitäts- und Schutzvorschriften darf man den normalen 
Verstand wohl nicht einschalten, da geht es streng nach dem Buchstaben 
der Vorschrift. Wenn die eingehalten ist ("abgehakt") dann ist alles ok.

So ein Sendeempfänger hat die explosionsgefährlichsten Stellen nicht am 
Senderausgang, sondern in Stromversorgung (z.B. Funken im Netzschalter) 
und eventuell am Lautsprecherausgang, wenn man den extern anstecken 
kann.

Denkbar wäre, dass die Sendeendstufe schwingt und dadurch die 10mW 
überschritten werden. Die 2 Watt wird der Transistor aber nicht lange 
abgeben.

Es gibt vielleicht geeignetere Antennenformen (und Senderausgänge), die 
keine Gleichspannung oder niederfrequente Wechselspannung aus dem 
geschlossenen Gehäuse herauslassen, die sind auch bei Blitzeinschlag 
besser dran, wie z.B. Sperrtopfantennen im 2m- oder 70cm-Band. Offene 
Dipole könnten eher irgendwie Funken abgeben.

von Louis ~. (lueis)


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Für das, was ich hier sichern will, besteht ie Gefahr einer 
Funkenentstehung nur, falls im Raum ein "Stab" oder etwas ähnliches ist, 
das ungewollt als Antenne dienen kann.
Die "Eingensicherung" des Systems, also dann in dem System kein Funke 
entstehen kann, gewährleiste ich anders.

Ich glaube, ich lese mich noch ein bisschen in die Norm ein. Eine 
Kurzschlussicherung muss warscheinlich sowieso durch einen Widerstand 
gewährleistet sein. Dieser würde den Strom begrenzen. Falls ich dann bei 
3V einfach eine Sicherung auf 600mA lege, bzw mit einem Widerstand die 
600mA begrenzen würde, würde die maximale Leistung ja sowieso unter 2W 
liegen. Da Energiespeichernde Elemente auch nur begrenzt(eigl. gar 
nicht) vorhanden sein  dürfen, erledigt sich das Problem eventuell sogar 
von selbst.

Danke
Gruß
lueis

von Louis ~. (lueis)


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Nochmal in der Norm nachgelesen (DIN EN 60079-0 Kapitel 6.6), steht da:

"Anmerkung 3: Die Werte [Ausgangsstrahlleistung 3.5W, Zündinduktionszeit 
80µs, Ausgangsstrahlungsenergie 250µJ] sind für den Normalbetrieb 
anwendbar, vorausgesetzt, dass der Anwender der Geräte keine Möglichkeit 
hat, am Gerät höhere Werte einzustellen. Es ist nicht notwendig, einen 
möglichen Anstieg durch Fehler zu betrachten, weil ein großer 
Sicherheitsfaktor eingearbeitet wurde und die Wahrscheinlichkeit hoch 
ist, dass Hochfrequenzverstärker im Fehlerfall eines signifikanten 
Anstiegs der Ausgangsleistung plötzlich ausfallen."

daraus lese ich, dass im Fehlerfall sowieso davon ausgegangen wird, dass 
der Verstärker kaputt geht und deswegen der Fehlerfall irrelevant ist :) 
Ich habe einen Funken Menschlichkeit in den Behörden gefunden ;)

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