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如何利用频谱分析仪测量电磁干扰

2015年09月02日

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        电磁干扰是人们早就发现的电磁现象,它几乎和电磁效应的现象同时被发现,可以说电磁干扰一直电子产品设计中的难题之一。要想解决电磁干扰就需要从根本上了解电磁干扰幅度和发生源。本文要介绍如何利用频谱分析仪测量电磁干扰。

  谈到测量电信号,电气工程师首先想到可能就是示波器。示波器是一种将电压幅度随时间变化规律显示出来仪器,它相当于电气工程师眼睛,使你能够看到线路中电流和电压变化规律,从而掌握电路工作状态。但是示波器并不是电磁干扰测量与诊断理想工具。这是因为:

  A.所有电磁兼容标准中电磁干扰极限值都是在频域中定义,而示波器显示出时域波形。因此测试得到结果无法直接与标准比较。为了将测试结果与标准相比较,必须将时域波形变换为频域频谱。

  B.电磁干扰相对于电路工作信号往往都是较小,并且电磁干扰频率往往比信号高,而当一些幅度较低高频信号叠加在一个幅度较大低频信号时,用示波器是无法进行测量。

  C.示波器灵敏度在mV级,而由天线接收到电磁干扰幅度通常为V级,因此示波器不能满足灵敏度要求。

  测量电磁干扰更合适仪器是频谱分析仪。频谱分析仪是一种将电压幅度随频率变化规律显示出来仪器,它显示波形称为频谱。频谱分析仪克服了示波器在测量电磁干扰中缺点,它能够精确测量各个频率上干扰强度。

  对于电磁干扰问题分析而言,频谱分析仪是比示波器更有用仪器。而用频谱分析仪可以直接显示出信号各个频谱分量。

  1、频谱分析仪原理

  频谱分析仪是一台在一定频率范围内扫描接收接收机,它原理图如图1所示。

 

  图1 频谱分析仪原理框图

  频谱分析仪采用频率扫描超外差工作方式。混频器将天线上接收到信号与本振产生信号混频,当混频频率等于中频时,这个信号可以通过中频放大器,被放大后,进行峰值检波。检波后信号被视频放大器进行放大,然后显示出来。由于本振电路振荡频率随着时间变化,因此频谱分析仪在不同时间接收频率是不同。当本振振荡器频率随着时间进行扫描时,屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上幅度,将不同频率上信号幅度记录下来,就得到了被测信号频谱。

  根据这个频谱,就能够知道被测设备是否有超过标准规定干扰发射,或产生干扰信号频率是多少。

  2、频谱分析仪使用方法

  要获得正确测量结果,必须正确地操作频谱分析仪。本节简单介绍频谱分析仪使用方法。正确使用频谱分析仪关键是正确设置频谱分析仪各个参数。下面解释频谱分析仪中主要参数意义和设置方法。

  扫描时间:

  仪器接收信号从扫描频率范围最低端扫描到最高端所使用时间叫做扫描时间。扫描时间与扫描频率范围是相匹配。如果扫描时间过短,测量到信号幅度比实际信号幅度要小。

  频率扫描范围:

  规定了频谱分析仪扫描频率上限和下限。通过调整扫描频率范围,可以对感兴趣频率进行细致观察。扫描频率范围越宽,则扫描一遍所需要时间越长,频谱上各点测量精度越低,因此,在可能情况下,尽量使用较小频率范围。在设置这个参数时,可以通过设置扫描开始频率和终止频率来确定,例如:start frequency = 1MHz, stop frequency = 11MHz。也可以通过设置扫描中心频率和频率范围来确定,例如:center frequency = 6MHz, span = 10MHz。这两种设置结果是一样。

  中频分辨带宽:

  规定了频谱分析仪中频带宽,这项指标决定了仪器选择性和扫描时间。调整分辨带宽可以达到两个目,一个是提高仪器选择性,以便对频率相距很近两个信号进行区别。另一个目是提高仪器灵敏度。因为任何电路都有热噪声,这些噪声会将微弱信号淹没,而使仪器无法观察微弱信号。噪声幅度与仪器通频带宽成正比,带宽越宽,则噪声越大。因此减小仪器分辨带宽可以减小仪器本身噪声,从而增强对微弱信号检测能力。

  分辨带宽一般以3dB带宽来表示。当分辨带宽变化时,屏幕上显示信号幅度可能会发变化。若测量信号带宽大于通频带带宽,则当带宽增加时,由于通过中频放大器信号总能量增加,显示幅度会有所增加。若测量信号带宽小于通频带宽,如对于单根谱线信号,则不管分辨带宽怎样变化,显示信号幅度都不会发生变化。 信号带宽超过中频带宽信号称为宽带信号,信号带宽小于中频带宽信号称为窄带信号。根据信号是宽带信号还是窄带信号能够有效地定位干扰源。


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