Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

.... "warum knattert mein Radio, wenn ich mit dem Handy telefoniere?"

Wohl fast jeder kennt die lästigen Geräusche, die aus dem Radio tönen, wenn man daneben mit einem Handy telefoniert oder die Nachbarin mit einer alten Rührmaschine die Sahne quirlt. Dies sind akustische Nebenerscheinungen eines umfangreichen technischen Themenkomplexes, den man in der Fachwelt Elektromagnetische Verträglichkeit nennt und der in seiner Vielfalt von unerfreulichen Effekten schon ganze Heerscharen von Ingenieuren zur Verzweiflung getrieben hat.

Unter elektromagnetischer Verträglichkeit versteht man zum einen die Eigenschaft eines elektrischen Gerätes, nicht durch eigene Aussendungen andere Geräte zu stören, zum anderen aber auch die Fähigkeit, trotz der Anwesenheit fremder Störsignale zufriedenstellen zu funktionieren.
Auf dieser Seite wird darüber eine kleine Zusammenfassung gegeben, wobei der Schwerpunkt auf der Störsicherheit von Geräten im Frequenzbereich des Mobilfunks liegt.

Elektromagnetische Aussendung (EMA)
Elektromagnetische Beeinflussbarkeit (EMB, Störsicherheit)
Konsequenzen aus der begrenzten Störsicherheit
Der Zusammenhang zwischen EMV und biologischen Wirkungen

 

Elektromagnetische Aussendung (EMA)

Darunter sind alle unerwünschte Aussendungen von Anlagen zu verstehen, welche nicht deren Funktion entsprechen und somit Störaussendungen sind. Dafür gibt es umfangreiche internationale und nationale, anlagentypabhängige Mindestforderungen; um diese zu erfüllen werden elektrische Geräte aller Art "entstört" oder abgeschirmt.
Werden diese Forderungen nicht oder nur mangelhaft erreicht, können andere Geräte, welche sonst einwandfrei funktionieren, durch sie gestört werden. Ein schon seit langem bekanntes Beispiel sind schlecht entstörte Haushaltsgeräte wie Staubsauger, welche benachbarte Radioempfänger knistern lassen.
Das Ausgangssignal von Sendeanlagen ist von diesen "Störaussendungs"-Forderungen ausgenommen, da deren Abstrahlung (einer bestimmten Frequenz) ja Sinn und Aufgabe des Gerätes ist. Für solche Ausgangssignale gelten jeweils produktspezifische Anforderungen, welche in anderer Weise als die der Störaussendungen definiert sind.

Bei Geräten der Informationselektronik für die Heimanwendung (z. B. PC's) sind die Anforderungen an die maximale Störaussendungen in dem europäischen Standard EN55022 (Class B) festgelegt. Nach diesem dürfen diese im Frequenzbereich von 30 - 230 MHz bei der elektr. Feldstärke den Wert von 40 dBµV/m und bei 230 - 1000 MHz den Wert 47 dBµV/m nicht überschreiten (jeweils im Abstand von 3 m). Dies entspricht einer elektr. Feldstärke von 0,1 mV/m bzw. 0,224 mV/m.

 

Elektromagnetische Beeinflussbarkeit (EMB)

Darunter ist die Fähigkeit eines Gerätes zu verstehen, trotz von außen zugeführter Störsignale zufriedenstellend zu funktionieren (Störsicherheit). Solche Störsignale können z. B. elektromagnetische Felder von einer benachbarten Sendeanlage sein oder über Anschlußleitungen wie das Netzkabel zugeführt werden.
Auch diese damit zusammenhängenden Anforderungen werden durch entsprechende konstruktive Maßnahmen, wie etwa Abschirmung oder Selektivität von Empfängereingangsstufen erreicht.
Ist die Störsicherheit zu gering, dann können bei dem Gerät Effekte auftreten, welche unerwünschter Natur sind. Noch harmlos sind lästige Nebengeräusche von Radios, unangenehmer dagegen pfeifende Hörgeräte oder blockierende Wegfahrsperren von Autos. Regelrecht gefährlich sind Funktionsstörungen von medizinischen Geräten und vereinzelt sind sogar schon tieffliegende Flugzeuge durch von Rundfunksendern gestörte Bordelektronik abgestürzt.
Die grundlegende technische Ursache dafür ist darin zu sehen, daß die gestörten Geräte über interne Komponenten, Anschlußleitungen oder Antennen externe elektromagnetische Felder oder Signale als Störsignal aufnehmen und in einer nicht vorgesehenen Weise auswerten.

Da es nicht möglich ist, in der Umgebung von Sendeanlagen die von ihnen erzeugten elektromagnetischen Felder auf einen beliebig tiefen, für alle anderen Geräte ohne jedem Aufwand störungsfreien Wert abzusenken, wurden für diese "anderen" Geräte im Lauf der Jahre wachsende Mindestforderungen für deren Störsicherheit gestellt.
Früher wurden dabei nur die möglichen Störungen durch vergleichsweise weit entfernte Rundfunksender bedacht, doch heute kommen durch die zunehmende Verbreitung von unterschiedlichsten Sendeanlagen (wie etwa Handys) immer mehr Forderungen in Bezug auf Stärke und Frequenz der zu "ertragenden" Störungen hinzu.
All diese dadurch erforderlichen Maßnahmen sind meist mit zusätzlichen Kosten bei Entwicklung und Fertigung der Geräte verbunden, so daß der Fortschritt der Normierung ein ständiges Tauziehen zwischen den unterschiedlichen Interessengruppen der Hersteller und normierenden Stellen ist, wobei leider nicht immer die technisch sinnvollste Lösung genommen wird.
Entsprechend je nach Gerätetyp (und dessen Preisklasse) unterschiedlich sind dadurch auch die aktuellen Anforderungen, welche für eine Auswahl in der folgenden Tabelle für den Frequenzbereich des zellularen Mobilfunks (ca. 900 - 2000 MHz) zusammenfassend dargestellt sind:

Gerätetyp (Auswahl)
Verträgliche Mindest-Störfeldstärke
Normen
Unterhaltungselektronik
3 V/m
EN 55020, VDE 0872 Teil 20
Haushalts-Elektrogeräte
3 V/m
EN 55014-2, VDE 0875 Teil 14-2
Geräte der Informationselektronik
3 V/m
EN 55022/55024
Medizinische Geräte
3 V/m
10 V/m bei 800 - 2000 Mhz für lebenserhaltende Systeme
EN 60601-1-2, VDE 0750 Teil 1-2
Industrieelektronik
10 V/m
EN 50082-2, VDE 0839 Teil 82-2 (Fachgrundnorm)
Fahrzeugelektronik
Bis 100 V/m
Verschiedene
Flugzeugelektronik
Bis 600 V/m, je nach Art der Anlage
Militärelektronik
Bis 5670 V/m Spitzenwert (USA)

Verträgliche Mindest-Störfeldstärken unterschiedlicher elektrischer Anlagen im Frequenzbereich 900 - 2000 MHz

Die in der Tabelle angegebenen Werte sind Mindestforderungen, welche neu auf den Markt kommende Geräte erfüllen müssen. Dies bedeutet, daß sie im Einzelfall weitaus besser sein können, was allerdings auch ein Kostenfaktor ist. Nicht jeder Hersteller wird ohne Grund besonderen Aufwand treiben, um besser als die vorgeschriebenen Anforderungen zu sein. Es gibt im Gegenteil sogar widerrechtliche Fälle, wo diese Mindestforderungen nur bei besonderen "Prüfprototypen" erreicht wurden und die Seriengeräte schlechter sind. Verschiedene Institutionen wie die Bundesnetzagentur (die frühere RegTP) oder das ZVEI führen am Markt stichprobenhafte Nachprüfungen durch, wobei es besonders bei Billig-Importen hohe Beanstandungsquoten gibt.
Hinzu kommt, daß manche diese Mindestforderungen in der heutigen Form erst in der letzten Zeit entstanden sind und früher beispielsweise geringere Frequenzbereiche umfassten. Deshalb können ältere Geräte für bestimmte Frequenzen anfälliger als neue sein, da bei ihrem Erscheinen noch keine diesbezügliche Mindestforderung bestanden hat.

 

Konsequenzen aus der begrenzten Störsicherheit

Was bedeuten nun die oben aufgeführten Mindestforderungen? Ein Radioempfänger etwa muß nach dem für ihn gültigen Standard nur bei Störsignalen unterhalb von 3 V/m zufriedenstellend funktionieren, darüber darf er seinen Dienst versagen oder unangenehme Geräusche von sich geben.
In der Realität wird er ein zu hohes Störsignal in einer für ihn typischen Weise umsetzen, also gleichrichten und im Takt dessen Modulation entsprechend pfeifen oder knattern, so wie beim GSM-Mobilfunk mit 217 Hz.

Bei welchen Abständen zu verbreiteten Sendeanlagen werden diese geforderten Störfeldstärken nun erreicht?

 
3 V/m
10 V/m

100 V/m

Anmerkung
Dect-Station
etwa 1,5 m
etwa 40 cm
unter 1 cm
Basisstation oder Mobilgerät
GSM-Handy
etwa 3 m
etwa 1 m
unter 1 cm
Bei max. Sendeleistung (2 Watt bei 900 MHz)
GSM-Basisstation
etwa 40 m
etwa 12 m
etwa 1 m
Sendeleistung 10 Watt, im Freien und in Hauptstrahlrichtung, Antennengewinn 17 dBi

Abstände gängiger Mobilfunkanlagen zur Erreichung von verschiedenen Störfeldstärken

Anhand dieser Tabelle wird verständlich, warum z. B. viele Radioempfänger, PC-Lautsprecher oder Anrufbeantworter neben einer DECT-Station oder GSM-Handy dessen Betrieb akustisch untermalen. Ein aufwändiger konstruiertes Gerät mit höherer Störsicherheit, etwa aus dem Flugzeug- oder gar Militärbereich würde sich dagegen in keiner Weise davon beeindrucken lassen.

 

Der Zusammenhang zwischen EMV und biologischen Wirkungen

Bei Vergleich der Grenzwerte für elektromagnetische Felder wird oft gefragt, warum technische Geräte denn wohl "sorgsamer" behandelt werden sollen wie der Mensch. Gerne werden dabei Beispiele aus der Tierwelt gebracht, wo zum Beispiel Vögel aufgrund des schwachen Erdmagnetfeldes ihren Weg finden und damit die Empfindlichkeit biologischer Systeme genügend unter Beweis stellen.
Dieser Argumentation stehen jedoch folgende Positionen gegenüber:

Aus diesen Gründen ist ein Vergleich von Störsicherheitsgrenzwerten für Geräte mit Personenschutzgrenzwerten (wie der 26. BImSchV) unsinnig.

 

Mehr Information:

Informationsseite über EMV von der Bundesnetzagentur
Auf dieser Seite bietet die Bundesnetzagentur einige Informationspapiere an.
EMC-Seite auf der Homepage der IEC
Geräuschbeispiele von Sendern mit periodisch gepulster Strahlung
Verschiedene hörbar gemachte Stör-Geräusche von GSM-Handys und Basisstationen, Dect-Anlagen sowie Radarsystemen
Elektromagnetische Felder und deren Verträglichkeit (EMV)
Ein Vorlesungsscript von Prof. Gustrau an der FH Dortmund (Ausgabe 2009, WS 2008/2009, pdf, 3.4MB)
EMV-Lexikon
Diese Sammlung auf der Homepage der Deutschen Gesellschaft für EMV-Technologie e.V. enthält und konkretisiert weit über 800 gebräuchliche Bezeichnungen und Abkürzungen aus der Begriffswelt der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV).

 

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Zuletzt geändert: 19.12.10