频普仪在电磁干扰测量中的应用

频普仪在电磁干扰测量中的应用[摘要]随着电子技术的高速发展，电磁干扰（EMI）也就无处不在了。它不仅对电子系统和设备的正常工作有很大影响，也给人们日常生活带来许多不便。为了消除EMI的影响，要了解电磁干扰特性，从而消除电磁干扰。现在采用频谱分析仪为主要设备来测试EMI，可以准确简单方便地测量出各个EMI特性参数。[关键词]电磁干扰频谱分析仪测量一、引言21世纪随着电子技术的高速发展,世界进入了信息时代.无线电设备层出不穷,电磁干扰（EMI）无处不在。电磁干扰不仅对电子系统和设备的正常工作有很大影响，也给人们日常生活带来许多不便：如新建居民小区安装的电子防盗报警系统，该系统开关电源产生的电磁干扰使附近居民无法收听收音机等等。因而我们要重视电磁干扰造成的环境污染，研究电磁干扰,分析预测干扰。测试EMI主要设备是EMI接收机，同时也可以用频谱仪。与EMI接受机相比，频谱分析仪的性价比更高,它是电磁干扰的测试、诊断和故障检修中用途最广的一种工具。频谱分析仪是一种将电压幅度随频率变化的规律显示出来的仪器。它一般多采用扫频外差式来扫描信号源，得到外差信号进行频域动态分析并产生频谱曲线的。它可以精确测量各个频率上的干扰强度，并直接显示出信号的各个频谱分量。根据这个频谱，就能够知道被测设备是否有超过标准规定的干扰发射，或产生干扰的信号频率是多少。二、正确使用频谱分析仪用频谱仪测量电磁干扰首要的一步是正确使用频谱分析仪。其中包含正确设置频谱分析仪的输入衰减器、分辨带宽、视频带宽、扫频宽度、扫描时间、检波方式等主要参数。使用频谱分析仪时首先注意的是加到频谱分析仪上的输入信号电平，不得超过最大允许输入电平，否则就会烧坏混频器或衰减器，因此要正确设置输入衰减器。有的频谱仪内部带有衰减器，没有的可以在仪器外接入一个RF衰减器。设置输入衰减器实际上是选择最佳的混频器输入电平，让混频器工作在不产生失真的最佳状态。在实际工作中，不断增加输入衰减，直到信号或失真电平不再发生变化时，再稍微增加衰减器，此时的输入衰减器为最佳。当输入衰减器增加时，并不会使得信号电平下降，只会使得仪器中的的噪声电平被放大。因此为了得到较好的信噪比，要尽可能减少输入衰减。所以在测量微弱信号时，必须把输入衰减器设为0dB。分辨带宽是中频带宽的反映，需要综合考虑。通常为了能够增强对频率较近的信号的区分能力，和对微弱信号的检测能力，希望分辨带宽越窄越好。由于一般电路中存在热噪声，这些噪声会将微弱信号淹没，让仪器无法观察到微弱信号。而噪声的幅度与仪器的中频带宽成正比，带宽越宽，则噪声越大。因此降低分辨率带宽也就是降低频谱仪的噪声，也就可以提高频谱仪的灵敏度。但是分辨带宽也不能太窄，否则宽带信号则不能完全检测出来，出现测量误差。当然分辨带宽也不能太宽，因为那样的话会使频率选择太宽，部分主要的电路信号会被包含进去，测量的干扰信号结果就不准确了。通常通过慢慢展宽分辨带宽的方法，来确定最后的分辨带宽。若测量信号的带宽大于频谱仪的中频带宽，由于分辨带宽是由中频带宽决定的，则当分辨带宽增加时，由于通过中频放大器的信号总能量增加，显示幅度会有所增加。我们则取信号幅度不再增加时的分辨带宽就可以了。若测量信号的带宽小于通频带宽，如对于单根谱线的信号，则不管分辨带宽怎样变化，显示信号的幅度都不会发生变化。信号带宽超过中频带宽的信号称为宽带信号，信号带宽小于中频带宽的信号称为窄带信号。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。视频带宽VBM是中频检波器后的低频滤波器（称为视频滤波器）的带宽。视频滤波器可以对噪声起平滑作用，易于在噪声中检测微弱信号。扫频宽度Span是根据被观测的信号频谱宽度和信道间隔来选择。如分析一个正弦调幅波，则扫频宽度则应大于2倍的调制信号频率；若要观测有无二次谐波的调制边带，则应大于4倍的调制信号频率。Span越小，扫描一次的时间越短，频谱上读出的各点的精度越高。因此，在可能的情况下，尽量使用较小的频率范围。频谱仪的扫描时间是它完成一次频谱分析的时间，频谱仪的扫描速度是频谱宽度与扫描时间的比。扫描时间与扫描频率范围是相匹配的。当扫频宽度Span和分辨率带宽RBW选定后，如果扫描时间过短，会使中频滤波回路不能充分响应，测量到的信号幅度比实际的信号幅度要小。不过在现代频谱分析仪中，通常有自动连动按键，可以根据所选定的扫频宽度和分辨带宽自动选择扫描时间。检波方式一般分为有效值（RMS）检波、均值（AV）检波、取样检波、最大值检波。RMS检波是将交流信号转换为与其均方根值成正比的直流信号，因此它代表信号的实际功率，可以用来测量信号的实际功率。AV检波是将交流信号转换为与其均值成正比的直流信号，但在对数算法上会对高幅度信号有较大的压缩。取样检波是将交流信号转换为与其取样值成正比的直流信号，它总是在定义的时间点上选取一个取样值，这种检波方式适合对噪声信号进行功率测量。均值检波是将信号的最大值或最小值转换为直流信号的值。它适合捕捉淹没于噪声中的微弱的正弦波信号，对噪声可以产生抑制作用。三、基本测量方法在电磁干扰测试中，通过对各种EMI特种参数的测量，找出干扰信号源，从而寻求解决的办法。根据信号的频率来确定干扰源是最简单的方法，因为在信号的所有特征中，频率特征是最稳定的，因此，只要知道了干扰信号的频率，就能够推测出干扰是哪个部位产生的。用频谱分析仪做这种测量是十分简单的。由于频谱分析仪的中频带宽可以很窄，能够将与干扰信号频率不同的信号滤除掉，精确地测量出干扰信号频率，从而判断产生干扰信号的电路。判断干扰信号的带宽在EMI测试中也非常重要，在了解信号时也经常要用到其他的带宽来确定放射信号的频率是否接近，是可分辨的窄带信号还是宽带信号，由此也可大致判断发生干扰的是哪部分电路。例如，在一个宽带源的发射中可能存在一个单个高强度信号，如果能够判断这个高强度信号是窄带信号，则它不可能是从宽带发射源产生的。干扰源可能是电源中的振荡器，或工作不稳定的电路，或谐振电路。当在仪器的通频带中只有一根谱线时，就可以断定这个信号是窄带信号。根据傅立叶变换，单根的谱线所对应的信号是周期信号。因此，当遇到单根谱线时，就要考虑干扰源是不是在电路中的周期信号电路上。当然在EMI测试中，仅仅一个频谱分析仪还是不够的。由于RF信号中经常包含谐波、交调、和其他杂散信号,因此为了提高对RF信号的选择性，通常会在频谱分析仪前端添加一个预选器。另外一般定义下的频谱仪的分辨率带宽RBW是幅频特性的3dB带宽，而依据EMI标准，带宽一般均为幅频特性的6dB带宽。所以要更加准确的进行EMI测试还需添加一个6dB带宽的中频滤波器，这样才能更加准确的测试EMI。四、结束语通过以上方法，充分利用频谱分析仪，针对不同的EMI问题，正确合理地使用频谱分析仪，来测试EMI特性参数，可以达到发现预测电磁干扰目的，从而解决EMI问题。参考文献：[1]刘易勇，孙树栋，周开基，高天德，范晓宇。基于频谱仪的电磁干扰预测试系统研究。舰船电子工程，2004.8[2]吕洪国，高葆新，等。电磁干扰测量技术，1988[3]刘东红，频谱分析仪参数设置对测量结果的影响。中国无线电管理，2003.10