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    電磁兼容EMI接收機與頻譜分析儀的差異

    更新時間:2024-02-27      點擊次數:112

    EMC測量設備的選擇
      在EMC測試設備選型時,常遇到這樣的問題:EMI接收機與頻譜儀到底有何不同,為何EMI測試要選用接收機?本文依據CISPR16-1(GB/T6113)和GJB152,對于接收機的測試原理進行剖析,分析接收機與頻譜測試設備的選擇提供參考-符合標準的接收機是EMC合格評定測試的唯()一選擇。

    1、接收機和頻譜分析儀的原理差異

      頻譜分析儀是當前頻譜分析的主要工具,尤其是掃頻外差式頻譜分析儀是當今頻譜儀的主流,應用掃頻測量技術,通過掃頻信號源得到外差信號進行頻域動態分析。
      接收機是進行EMC測試的主要工具,以點頻法為基礎,應用本振調諧的原理測試相應頻點的電平值。接收機的掃描模式應當是以步進點頻調諧的方式得到的。

    1.1 基本原理圖
      根據工作原理,頻譜分析儀和接收機可分為模擬式和數字式兩大類。外差式分析是當前使用最為廣泛的接收和分析方法。下面就外差式頻譜分析儀與接收機之間的主要差別作一分析。
      從原理圖上看,頻譜儀與接收機類似,但是頻譜儀與接收機在以下幾方面差別較大:前端預選器;本振信號掃描;中頻濾波器;雜散信號和精度。
    1.2 輸入RF信號的前端處理
      接收機與頻譜儀在輸入端對信號進行的處理是不同的。
      頻譜儀的信號輸入端通常有一組較為簡單的低通濾波器,而接收機要采用對寬帶信號有較強的抗擾能力的預選器。通常包括一組固定帶通濾波器和一組跟蹤濾波器,完成對信號的預選。
      由于RF信號的諧波、交調和其它雜散信號的影響,造成頻譜儀和接收機測試誤差。相對于頻譜儀而言,接收機需要更高的精度,這要求在接收機的前端比普通頻譜儀多出一個預選器,提高選擇性。
      接收機的選擇性在GB/T6113(CISPR16)中有明確規定。

    1.3 本振信號的調節
      現在的EMC測量,人們不止要求能手動調諧搜索頻率點,也需要快速直觀觀察EUT的頻率電平特性。這就是要求本振信號既能測試規定的頻率點,也能夠在一定頻率范圍掃描。
      頻譜儀是通過掃頻信號源實現掃頻測量的。通常通過斜波或鋸齒波信號控制掃頻信號源,在預設的頻率跨度內掃描,獲得期望的混頻輸出信號。
      接收機的頻率掃描是步進的,離散的,是離散的點頻測試。接收機按照操作者預先設定的頻率間隔,通過處理器的控制,在每一個頻率點進行電平測量,顯示的測試結果曲線實際是單個點頻測試的的結果。

    1.4 中頻濾波器
      頻譜儀和接收機的中頻濾波器的帶寬是不同的。
      通常定義頻譜儀分辨率帶寬是幅頻特性的3dB帶寬,而接收機的中頻帶寬是幅頻特性的6dB帶寬。當頻譜儀與接收機設定相同級別的帶寬時,它們對信號的實際測試值是不同的。具體的表現如下圖:

    頻譜儀RBW濾波器 接收機IFBW濾波器
      從頻譜儀和接收機中頻濾波器的幅頻特性可以看出,當頻譜儀3dB帶寬B3與接收機6dB帶寬B6值設為一樣時,實際通過兩種濾波器的信號幅頻特性是不一樣的。依據EMC標準,無論是民用還是軍()用標準,帶寬均應為6dB。

    1.5 檢波器
      依據EMC標準,要求測試接收機帶有峰值、準峰值和平均值檢波器,通用頻譜分析儀一般帶有峰值和平均值檢波器,沒有準峰值檢波器,而EMC標準中限值通常包括準峰值限值。

    1.6 精度
      從接收機對信號的處理方式以及EMC測試要求看,接收機要比頻譜儀有更高的精度,更低的亂真響應。

    2接收機與頻譜分析儀在EMC測試應用的差異 

      在目前的市場上,我們可以見到一些通過頻譜分析儀改造而來的接收機,如果應用它們進行測試,必須符合相應的標準。對于民用EMC測試,測量設備標準依據為CISPR16-1(GB/T6113)。對于軍()用標準測試,測量設備的標準依據是GJB152(MIL-STD462)。
      根據上一章原理分析,我們可以總結出下面一個簡單的公式:
      通用頻譜儀+預選器+6dB中頻濾波器,三種檢波器+點頻測試功能+高精度信號處理=接收機
    在公式左邊各項并非簡單羅列,每項都有特殊要求,同時根據設計原理,在使用中必須依據儀器生產商的說明進行操作,才能達到相應要求。

    2.1 預選器
      頻段的選擇必須依據生產商的說明,如果掃描跨度設置不合適,預選器中的固定濾波器和跟隨濾波器就無法正常工作。

    2.2 點頻測試和檢波器
      在依據EMC標準進行測試時,許多情況下需要對某些固定的頻率點進行實時測試。例如,許多測試工程師在進行輻射干擾測試時,依據標準要求,需要選擇合適的頻率點,進行轉臺的轉動和天線的升降,實時快速觀察和記錄該點的電平值。在這種情況下,具有點頻測試功能的接收機能夠方便準確地完成,而通用頻譜分析儀無法準確實時測試單一頻點的電平變化,EMI測試用頻譜分析儀必須有增加的功能,能夠在掃描跨度(SPAN)為零時,快速準確的進行測試,不止是峰值顯示,同時要有準峰值和平均值。
      依據標準CISPR16-1,對峰值、準峰值和平均值檢波器作脈沖響應測試時,接收機可以對單一頻率進行點頻監測,判斷其是否符合標準,而通用頻譜儀完成這種測量是很困難的。脈沖響應測量是判斷接收機合適與否的一個重要指標,不符合標準的僅能作為預測試設備。

    3 結論
      依據本文對頻譜分析儀和接收機所作的原理分析,針對EMC測試設計的接收機是適合判定和認證測試的唯()一選擇。許多預測試儀器,如頻譜分析儀內置6dB中頻帶寬、準峰值和平均值檢波器,或頻譜分析儀外加預選器,都無法完()全達到接收機的要求,只可以用于工廠預測試。

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