Tests von Komponenten, Antennen und Batterien für den militärischen Bereich

Warum wird die Widerstandsfähigkeit gegenüber koexistierenden Signalen und Störsendungen für die Entwicklung von sicheren Funkgeräten immer wichtiger?

Sichere Funkgeräte werden in überbelegten (beispielsweise Strafverfolgungsorgane in einem Stadtgebiet) oder sogar stark umkämpften Umfeldern (beispielsweise Militär in einem Einsatzszenario) betrieben. Um die Entwürfe für sichere Funkgeräte in Bezug auf diese Bedrohungen zu analysieren und zu optimieren, werden Koexistenztests durchgeführt, um Leistungseinbußen bei der Kommunikation aufgrund von spezifischen Störsignalen, die von anderen Übertragungen verursacht werden, zu verhindern.

Dies ist insbesondere bei Funkgeräten für Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben wichtig, da diese in dicht belegten und ausgelasteten Spektren betrieben werden, in denen sichere Wellenformen zusammen mit kommerziellen Wellenformen wie Hörfunk, WiFi, Bluetooth und LTE koexistieren müssen. Für diese Freiraumtests kommen Messgeräte zum Einsatz, um digitale oder analoge Störsignale zu erzeugen und um zu verifizieren, wie der Empfänger auf dieses verzerrte Signal reagiert.

Früher spielte bei den analogen Funkgeräten von Militär und Strafverfolgungsbehörden das Design von Antennen eine wichtige, aber nicht entscheidende Rolle, da sie meist überdimensioniert waren. Neue Funkgeräte-Designs, Wellenformen und digitale Kommunikationstechniken mit geringeren Abmessungen erfordern neue, modernere Antennen, die beispielsweise als MIMO bekannt sind und für deren ausgeklügeltes Design äußerst umfangreiche Testprozeduren durchgeführt werden müssen. Für diese Art von Tests sind spezielle Antennenkammern, ein exakt auf den Prüfling zugeschnittener Messaufbau und eine realistische Emulation der späteren Betriebsumgebung der Funkgeräte nötig.

Auf der Platine eines softwaredefinierten Funkgeräts findet man viele Komponenten: Taktgeber, Verstärker, Filter, Konverter, Speicher, Datenbusse etc. All diese Komponenten müssen ausgewählt und integriert werden, um sicherzustellen, dass die Leistungs- und Signalintegrität innerhalb akzeptabler Grenzen liegt. Unter anderem werden Tests in Bezug auf das Übersprechen zwischen aktiven und passiven Komponenten, die Verifizierung des Systemtakts oder die PLL-SerDes-Performance durchgeführt. Dazu kommen Messgeräte wie Oszilloskope, Vektornetzwerkanalysatoren, Phasenrauschmessplätze und spannungsgesteuerte Oszillatoren zum Einsatz.

Um die Leistungsfähigkeit eines sicheren Funkgeräts, beispielsweise eines Handheld-Funkgeräts für das Militär, zu evaluieren, müssen Entwickler den Leistungspegel der Batterie, die Leistungsaufnahme des Funksystems und den Status des Energieverwaltungssystems in einzelnen Testfällen kennen. Mit der Durchführung dieser Tests will man bestimmen, wie die Leistung von der Batterie verwaltet und an das System abgegeben wird.

Der beste Ansatz ist, die Batterie mit unterschiedlichen Startbedingungen zu emulieren, Performance-Tests zu automatisieren und nachzuweisen, wie die Leistung im Vergleich zum spezifizierten oder erwarteten Szenario verbraucht wird. Optimalerweise schließt man daraufhin Zellemulatorgeräte (wie R&S®NGM200) an die Stromquelle des Prüflings an. Diese Geräte können das tatsächliche Entladeverhalten der Batterie für bis zu zwei Zellen simulieren. Darüber hinaus lassen sich mehrere Geräte parallel und in Serie schalten, um die gewünschte Anzahl an Zellen zu emulieren.

Schlussendlich kann man die Fernsteuersoftware für externe Geräte verwenden, um Testfälle automatisch auszuführen und so das Batteriemanagementsystem mit Szenarien zu fordern, in denen es eine gute Performance aufzeigen muss.