——EMC測量設備的選擇
在EMC測試設備選型時(shí),常遇到這樣的問(wèn)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(jìn)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(shù),通過(guò)掃頻信號源得到外差信號進(jìn)行頻域動(dòng)態(tài)分析。
接收機是進(jìn)行EMC測試的主要工具,以點(diǎn)頻法為基礎,應用本振調諧的原理測試相應頻點(diǎn)的電平值。接收機的掃描模式應當是以步進(jìn)點(diǎn)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(lèi)。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(lèi)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(jìn)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(jiǎn)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(gè)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(dòng)調諧搜索頻率點(diǎn),也需要快速直觀(guān)觀(guān)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(diǎn),也能夠在一定頻率范圍掃描。
頻譜儀是通過(guò)掃頻信號源實(shí)現掃頻測量的。通常通過(guò)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(jìn)的,離散的,是離散的點(diǎn)頻測試。接收機按照操作者預先設定的頻率間隔,通過(guò)處理器的控制,在每一個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行電平測量,顯示的測試結果曲線(xiàn)實(shí)際是單個(gè)點(diǎn)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(shí),它們對信號的實(shí)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(shí),實(shí)際通過(guò)兩種濾波器的信號幅頻特性是不一樣的。依據EMC標準,無(wú)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(méi)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(chǎng)上,我們可以見(jiàn)到一些通過(guò)頻譜分析儀改造而來(lái)的接收機,如果應用它們進(jìn)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(gè)簡(jiǎn)單的公式:
通用頻譜儀+預選器+6dB中頻濾波器,三種檢波器+點(diǎn)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(jiǎn)單羅列,每項都有特殊要求,同時(shí)根據設計原理,在使用中必須依據儀器生產(chǎn)商的說(shuō)明進(jìn)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(chǎn)商的說(shuō)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(wú)法正常工作。
2.2 點(diǎn)頻測試和檢波器
在依據EMC標準進(jìn)行測試時(shí),許多情況下需要對某些固定的頻率點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)測試。例如,許多測試工程師在進(jìn)行輻射干擾測試時(shí),依據標準要求,需要選擇合適的頻率點(diǎn),進(jìn)行轉臺的轉動(dòng)和天線(xiàn)的升降,實(shí)時(shí)快速觀(guān)察和記錄該點(diǎn)的電平值。在這種情況下,具有點(diǎn)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(wú)法準確實(shí)時(shí)測試單一頻點(diǎn)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(shí),快速準確的進(jìn)行測試,不止是峰值顯示,同時(shí)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(shí),接收機可以對單一頻率進(jìn)行點(diǎn)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(gè)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(wú)法完全達到接收機的要求,只可以用于工廠(chǎng)預測試。