HF-Funkmodul verursacht NF-Magnetfelder

[Marcel H. (eeekeee)]

Hallo zusammen,

ich entwickle ein System, welches mittels eines Fluxgate-Magnetometers 
das Erdmagnetfeld misst und die Messdaten über Funk an einen PC 
überträgt. Hierzu kommuniziert das System per UART und einem 
433MHz-Funkmodem (fertig gekauft) mit einem zweiten per USB an den PC 
angeschlossenen Funkmodul.

Sobald ich Daten über Funk übertrage, kommt es zu Störungen in meinen 
Magnetfeldmessdaten, die ich mir einfach nicht erklären kann. Mein 
System überträgt in unregelmäßigen Abständen von 10 bis 100 ms Daten und 
genau in dem gleichen Rhytmus treten auch die Störungen auf.

Anbei ist ein Screenshot der über 2 Sekunden gemessenen 
Magnetfeldmessdaten (die Y-Skala sind Nanotesla) und der Stromaufnahme 
des Funkmoduls (die beiden Messungen sind leider nicht synchron 
zueinander).

Als ich die pulsierende Stromaufnahme gesehen habe, war ich mir erst 
sicher, dass die Kabelverbindung zum Funkmodul störenden Magnetfelder 
verursacht, und wollte dagegen schon ein Filter bauen. Meine 
weitergehenden Untersuchungen haben aber genau dagegen gesprochen: Wenn 
ich die Antenne des Funkmoduls abschraube, bleibt die Stromaufnahme 
gleich, aber die Störungen gehen fast komplett weg.

Kann es sein, dass die Funkwellen selbst zu solchen Störungen führen? 
Mir erscheint es unerklärlich, wie ein 433-MHz-Signal sich auf die 
Magnetfeldsensorik mit einer Bandbreite von 20 Hz auswirken könnte.

Viele Grüße,

Marcel

[Bernhard S. (gmb)]

Marcel H. schrieb:
> Kann es sein, dass die Funkwellen selbst zu solchen Störungen führen?

Klar. Da reicht ja eine Diode oder eine Diodenstrecke in einem 
Transistor, die das Hochfrequenzsignal gleichrichtet und diese 
Gleichspannung/Gleichstrom stört deine Messung. In unmittelbarer Nähe zu 
einem Sender ist das plausibel.

[Egon D. (Gast)]

Marcel H. schrieb:

> Mir erscheint es unerklärlich, wie ein 433-MHz-Signal
> sich auf die Magnetfeldsensorik mit einer Bandbreite
> von 20 Hz auswirken könnte.

Nicht auf die Sensorik -- sondern auf die auswertende
Elektronik.

[Michael B. (loetmichel)]

Egon D. schrieb:
> Nicht auf die Sensorik -- sondern auf die auswertende
> Elektronik.

Wäre auch mein erster Verdacht. HF streut in die Messverstärker, wird an 
irgendeiener Diodenstrecke demoduliert und verfälscht die Messwerte.

[Marcel H. (eeekeee)]

Vielen vielen Dank an euch! Ihr lagt völlig richtig: Ich habe den 
Magnetfeldsensor abgeklemmt und die Störung ist immer noch da!

In Sachen HF muss ich wohl noch so einiges dazulernen, auf die Idee, 
dass ein Signal unabsichtlich gleichgerichtet werden kann wäre ich nie 
im Leben gekommen.

Ich werden den Analogteil meiner Elektronik mit einer Abschirmung 
versehen und hoffe, dass sich das Problem damit löst.

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Die so hohe Hochfrequenz muss ja erst garnicht in den 
Niederfrequenzeingang gelangen, dazu recht vielleicht schon ein 
Kondensator am Eingang oder besser ein LCL-T-Glied wie das hier
https://www.reichelt.de/emi-filter-serie-dss6-bedrahtet-470pf-dss6-nc52a-471-p107625.html?&trstct=pos_3
Datenblatt 
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B400/DSS6N_MUR_EN.pdf

[Egon D. (Gast)]

Marcel H. schrieb:

> Vielen vielen Dank an euch! Ihr lagt völlig richtig:
> Ich habe den Magnetfeldsensor abgeklemmt und die
> Störung ist immer noch da!

Hmmm... ich merke gerade, dass mein voriger Beitrag
missverständlich ist.

Der Magnetfeldsensor kann am unerwünschten "Empfang"
der Störung ohne weiteres beteiligt sein -- nur wirkt
er halt nicht als Magnetfeldsensor , sondern schlicht
und ergreifend als Antenne. Das funktioniert leider
auch mit Thermistoren, pH-Sonden oder beliebigen anderen
Sensoren, die ein elektrisches Signal liefern.

[Marcel H. (eeekeee)]

> Die so hohe Hochfrequenz muss ja erst garnicht in den
> Niederfrequenzeingang gelangen, dazu recht vielleicht schon ein
> Kondensator am Eingang oder besser ein LCL-T-Glied wie das hier

Bislang besteht die Eingangsbeschaltung aus einem diskret aufgebauten 
RC-Tiefpass, aber bei 433 MHz wird der sich angesichts der 
Resonanzfrequenzen der Kerkos wohl kaum noch wie ein Tiefpass verhalten. 
Von daher vielen Dank für den Tipp mit dem LCL-T-Glied. Würdest du ihn 
eher vor oder nach den vorhandenen RC-Tiefpass setzen?

In meinem Fall ist das Eingangssignal zudem differentiell. Nimmt man in 
dem Fall einfach zwei von den LCL-T-Gliedern oder gibt es für 
differentielle Signale noch einmal spezielle Filterschaltungen?

[Wolfgang (Gast)]

Marcel H. schrieb:
> Kann es sein, dass die Funkwellen selbst zu solchen Störungen führen?

Es kann sogar sein, dass der Stromfluss direkt zu einem Magnetfeld 
führt.
Hast du bei deinem Aufbau drauf geachtet, dass die Stromschleifen 
möglichst keine Fläche haben und die stromführenden Kabel verdrillt 
sind?

[Uwe M. (uwe_mettmann)]

Hallo Marcel,

ich würde einen ganz anderen Weg der Problemlösung gegen. Ich würde den 
Abstand, in den das Funkmodul sendet, vergrößern und während des Sendens 
die Daten des Sensors einfach nicht erfassen. Diese Lösung sollte doch 
kein Problem sein, weil sicherlich keine schnellen Änderungen des 
Erdmagnetfelds zu erwarten sind und somit eine schnelle Datenerfassung 
nicht notwendig ist.

Dazu muss dein System den Sendetakt vorgeben und nicht das Funkmodul im 
PC, denn das darf auch nur dann senden, wenn gerade keine Sensordaten 
erfasst werden.

Die Störungen soweit zu filtern, dass sie die untere Messschwelle nicht 
beeinflussen, wird sehr schwierig, daher halte ich meinen Vorschlag für 
zielführender.

Das ändert aber nichts daran, dass du dein Gerät trotzdem gegen 
hochfrequente Einstrahlungen unempfindlicher machen solltest, denn es 
gibt ja noch andere HF-Quellen, die die Messungen beeinflussen können.

Dazu schlage ich vor, dein Gerät (zumindest den Teil, indem die 
Messelektronik für den Sensor ist) in ein Metallgehäuse einzubauen und 
alle rausführenden Leitungen entweder gut geschirmt auszuführen oder 
über gefilterte Steckverbindungen anzuschließen.

Die Firma Würth Elektronik bietet solche gefilterten Steckverbindungen 
an.

Selber eine andere Lösung zur Unterdrückung von HF-Einstrahlungen zu 
erarbeiten ist aufwendig und kann sehr viel Zeit in Anspruch nehmen, 
gerade, wenn man mit solchen Dingen noch wenig Erfahrung hat.


Gruß

Uwe