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        最新EMC電磁兼容測試測量設備的選擇 —EMI接收機

        -2018-07-04-

        在國際電工委員會標準IEC對電磁兼容的定義為:系統或設備在所處的電磁環境中能正常工作,同時不會對其他系統和設備造成干擾。EMC包括EMI(電磁干擾)及EMS(電磁耐受性)兩部分,所謂EMI電磁干擾,乃為機器本身在執行應有功能的過程中所產生不利于其它系統的電磁噪聲;而EMS乃指機器在執行應有功能的過程中不受周圍電磁環境影響的能力。

        分為自然的和人為的兩種。自然干擾源主要包括大氣中發生的各種現象,如雷電、風雪、暴雨、冰雹、沙暴等產生的噪聲。自然干擾源還包括來自太陽和外層空間的宇宙噪聲,如太陽噪聲、星際噪聲、銀河噪聲等。人為干擾源是多種多樣的,如各種信號發射機、振蕩器、電動機、開關、繼電器、氖燈、熒光燈、發動機點火系統、電鈴、電熱器、電弧焊接機、高速邏輯電路、門電路、可控硅逆變器、氣體整流器、電暈放電、各種工業、科學和醫用高頻設備、城市噪聲、電氣鐵道引起的噪聲以及由核爆炸產生的核電磁脈沖等。

        接收機與頻譜分析儀的差異

        ——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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