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UWB Testing

Was ist eigentlich UWB? Ultra-Wide Band ist eine Technologie, bei deren Anwendung die Sendeleistung dank extrem kurzer Sendeimpulse im Zeitbereich, auf einen großen Frequenzbereich verteilt wird. Einerseits werden dadurch die Leistungspegel derart gemindert, dass UWB-Signale andere schmalbandige Übertragungsverfahren nicht stören können. Andererseits sind UWB-Geräte gegenüber mehreren gleichzeitig vorhandenen schmalbandigen Signalen sehr robust: Schmalbandige Störer können aufgrund der großen Bandbreite des UWB-Signals im Frequenzbereich leicht ausgefiltert werden. Dank kurzer Impulse im Zeitbereich mit einer hohen Wiederholrate wird eine hohe Datenrate erreicht. UWB-Geräte werden in der Regel auf Entfernungen bis zu 40 m eingesetzt.

All das verschafft UWB deutliche Sicherheitsvorteile gegenüber bisherigen schmalbandigen Technologien. Um etwa das 100 kHz breite Signal eines Autoschlüssels mit einer Trägerfrequenz von 433 MHz zu kopieren, reicht ein einfaches Funk-Relay (eine Aktentasche mit Ausrüstung für ein paar Tausend Euro). UWB-Signale zu kopieren und danach zu reproduzieren ist hingegen ungleich aufwendiger, nicht nur wegen der Eigenschaften des UWB-Signals, sondern auch wegen des Antennen-Arrays am Auto selbst, womit sich eine genaue Position des Autoschlüssels bestimmen lässt.

UWB-Technologie kommt in immer mehr Branchen zum Einsatz. Hier sind ein paar Beispiele:

  • präzise Lokalisierung und Verfolgung: Tag-/Anchor-Systeme in der Logistik oder Unterhaltungselektronik, Mobiltelefone (Apple, Samsung, Huawei), Autoindustrie (Autoschlüssel)
  • digitale Funkübertragung mit sehr hoher Datenrate auf kurze Strecken
  • Radare im Zivil- (Ground Penetrating Radars, Through-Wall Imaging Systems) und im Militärbereich (Synthetic Aperture Radars)

Normen:

Europäische Union (ETSI):

Standard: ETSI EN 302 065 (Part 1, 2 ,3 4, 5).

Part 1: Requirements for Generic UWB applications
Part 2: Requirements for UWB location tracking
Part 3: Requirements for UWB devices for ground based vehicular applications
Part 4: Material Sensing devices using UWB technology below 10,6 GHz
Part 5: Devices using UWB technology onboard aircraft

Die korrekte Einordnung der entsprechenden Normen für das jeweilige Gerät ist entscheidend, da sich die Anforderungen je nach Norm stark unterscheiden können.

 

USA (FCC):

Standard: CFR 47 Part 15 F (Ultra-Wideband Operation), KDB 393764 D01.

Die meisten Geräte, die auf dem Markt zugelassen werden, fallen unter Part 15.517 (Indoor Devices) und 15.519 (Hand-Held Devices). Es ist sehr wichtig die Zugehörigkeit vom Anfang an richtig zu bestimmen, da die Anforderungen an Geräte sich dadurch wesentlich unterscheiden. Einer der Parameter hier ist ein entsprechender Nachweis, dass ein Indoor Device wirklich nur innerhalb von Gebäuden und nicht draußen benutzt wird (u. a. AC- oder LAN-Kabel-Anschluss, kein Batteriebetrieb usw.).

 

Canada (ISED):

Standard: ISED RSS-220.

Es ist ein verbreiteter Irrtum, dass die UWB-Frequenzbereiche für FCC und IC gleich sind. Wenn FCC ein UWB Signal mit maximale E.I.R.P. -41.3 dBm im Frequenzbereich 3.1 GHz – 10.6 GHz zulässt, gelten für IC die gleichen Limits nur für den Frequenzbereich 4.75 GHz – 10.6 GHz. Da dies bei der Entwicklung oft nicht berücksichtigt wird, können später teure Nachbesserungsmaßnahmen (Firmware, Rezertifierung) entstehen.   

 

Japan (MIC):

Standard: ARIB STD-T91

Die Übertragungsbandbreite beträgt bei -10 dB mindestens 450 MHz.

 

UWB-Messungen sind mit zahlreichen Herausforderungen verbunden. Man braucht moderne Spektrumanalysatoren mit Messbandbreiten bis zu 50 MHz, rauscharme Verstärker mit hoher Verstärkung und gleichzeitig niedrigstem Eigenrauschen sowie eine Reihe von hochpräzisen Hornantennen, die in den schmalen Frequenzbereichen funktionieren. Aber der Schlüssel zum Erfolg ist Personal mit genug Kompetenz und Erfahrung in diesem Bereich. Darüber verfügt die IB-Lenhardt AG. Für UWB-Messungen stehen uns ein Rohde & Schwarz FSW50 Spektrumanalysator, verschiedene rauscharme Verstärker von B&Z (die besten zur Zeit verfügbaren Modelle), eine Reihe von Hornantennen von Pasternack und Flann sowie Ingenieure zur Verfügung, die schon Dutzende UWB-Prüfprojekte erfolgreich absolviert haben.

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