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如何利用频谱分析仪测量电磁干扰

 

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**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*低端扫描到***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:centerfrequency = 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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