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最新EMC电磁兼容测试测量设备的选择 —EMI接收机

-2018-07-04 -

在国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义为:系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作,同时不会对其他系统和设备造成干扰。EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部分,所谓EMI电磁干扰,乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声;而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

分为自然的和人为的两种。自然干扰源主要包括大气中发生的各种现象,如雷电、风雪、暴雨、冰雹、沙暴等产生的噪声。自然干扰源还包括来自太阳和外层空间的宇宙噪声,如太阳噪声、星际噪声、银河噪声等。人为干扰源是多种多样的,如各种信号发射机、振荡器、电动机、开关、继电器、氖灯、荧光灯、发动机点火系统、电铃、电热器、电弧焊接机、高速逻辑电路、门电路、可控硅逆变器、气体整流器、电晕放电、各种工业、科学和医用高频设备、城市噪声、电气铁道引起的噪声以及由核爆炸产生的核电磁脉冲等。

接收机与频谱分析仪的差异

——EMC测量设备的选择

  在EMC测试设备选型时,常遇到这样的问题:EMI接收机与频谱仪到底有何不同,为何EMI测试要选用接收机?本文依据CISPR16-1(GB/T6113)和GJB152,对于接收机的测试原理进行剖析,分析接收机与频谱测试设备的选择提供参考-符合标准的接收机是EMC合格评定测试的唯一选择。

1、接收机和频谱分析仪的原理差异

  频谱分析仪是当前频谱分析的主要工具,尤其是扫频外差式频谱分析仪是当今频谱仪的主流,应用扫频测量技术,通过扫频信号源得到外差信号进行频域动态分析。

  接收机是进行EMC测试的主要工具,以点频法为基础,应用本振调谐的原理测试相应频点的电平值。接收机的扫描模式应当是以步进点频调谐的方式得到的。

1.1 基本原理图

  根据工作原理,频谱分析仪和接收机可分为模拟式和数字式两大类。外差式分析是当前使用最为广泛的接收和分析方法。下面就外差式频谱分析仪与接收机之间的主要差别作一分析。

  从原理图上看,频谱仪与接收机类似,但是频谱仪与接收机在以下几方面差别较大:前端预选器;本振信号扫描;中频滤波器;杂散信号和精度。


1.2 输入RF信号的前端处理

  接收机与频谱仪在输入端对信号进行的处理是不同的。

  频谱仪的信号输入端通常有一组较为简单的低通滤波器,而接收机要采用对宽带信号有较强的抗扰能力的预选器。通常包括一组固定带通滤波器和一组跟踪滤波器,完成对信号的预选。

  由于RF信号的谐波、交调和其它杂散信号的影响,造成频谱仪和接收机测试误差。相对于频谱仪而言,接收机需要更高的精度,这要求在接收机的前端比普通频谱仪多出一个预选器,提高选择性。

  接收机的选择性在GB/T6113(CISPR16)中有明确规定。

1.3 本振信号的调节

  现在的EMC测量,人们不止要求能手动调谐搜索频率点,也需要快速直观观察EUT的频率电平特性。这就是要求本振信号既能测试规定的频率点,也能够在一定频率范围扫描。

  频谱仪是通过扫频信号源实现扫频测量的。通常通过斜波或锯齿波信号控制扫频信号源,在预设的频率跨度内扫描,获得期望的混频输出信号。

  接收机的频率扫描是步进的,离散的,是离散的点频测试。接收机按照操作者预先设定的频率间隔,通过处理器的控制,在每一个频率点进行电平测量,显示的测试结果曲线实际是单个点频测试的的结果。

1.4 中频滤波器

  频谱仪和接收机的中频滤波器的带宽是不同的。

  通常定义频谱仪分辨率带宽是幅频特性的3dB带宽,而接收机的中频带宽是幅频特性的6dB带宽。当频谱仪与接收机设定相同级别的带宽时,它们对信号的实际测试值是不同的。具体的表现如下图: 

 

频谱仪RBW滤波器 接收机IFBW滤波器 

  从频谱仪和接收机中频滤波器的幅频特性可以看出,当频谱仪3dB带宽B3与接收机6dB带宽B6值设为一样时,实际通过两种滤波器的信号幅频特性是不一样的。依据EMC标准,无论是民用还是军用标准,带宽均应为6dB。

1.5 检波器

  依据EMC标准,要求测试接收机带有峰值、准峰值和平均值检波器,通用频谱分析仪一般带有峰值和平均值检波器,没有准峰值检波器,而EMC标准中限值通常包括准峰值限值。

1.6 精度

  从接收机对信号的处理方式以及EMC测试要求看,接收机要比频谱仪有更高的精度,更低的乱真响应。

2 接收机与频谱分析仪在EMC测试应用的差异 

  在目前的市场上,我们可以见到一些通过频谱分析仪改造而来的接收机,如果应用它们进行测试,必须符合相应的标准。对于民用EMC测试,测量设备标准依据为CISPR16-1(GB/T6113)。对于军用标准测试,测量设备的标准依据是GJB152(MIL-STD462)。

  根据上一章原理分析,我们可以总结出下面一个简单的公式:

  通用频谱仪+预选器+6dB中频滤波器,三种检波器+点频测试功能+高精度信号处理=接收机

在公式左边各项并非简单罗列,每项都有特殊要求,同时根据设计原理,在使用中必须依据仪器生产商的说明进行操作,才能达到相应要求。

2.1 预选器

  频段的选择必须依据生产商的说明,如果扫描跨度设置不合适,预选器中的固定滤波器和跟随滤波器就无法正常工作。

2.2 点频测试和检波器

  在依据EMC标准进行测试时,许多情况下需要对某些固定的频率点进行实时测试。例如,许多测试工程师在进行辐射干扰测试时,依据标准要求,需要选择合适的频率点,进行转台的转动和天线的升降,实时快速观察和记录该点的电平值。在这种情况下,具有点频测试功能的接收机能够方便准确地完成,而通用频谱分析仪无法准确实时测试单一频点的电平变化,EMI测试用频谱分析仪必须有增加的功能,能够在扫描跨度(SPAN)为零时,快速准确的进行测试,不止是峰值显示,同时要有准峰值和平均值。

  依据标准CISPR16-1,对峰值、准峰值和平均值检波器作脉冲响应测试时,接收机可以对单一频率进行点频监测,判断其是否符合标准,而通用频谱仪完成这种测量是很困难的。脉冲响应测量是判断接收机合适与否的一个重要指标,不符合标准的仅能作为预测试设备。

3 结论

  依据本文对频谱分析仪和接收机所作的原理分析,针对EMC测试设计的接收机是适合判定和认证测试的唯一选择。许多预测试仪器,如频谱分析仪内置6dB中频带宽、准峰值和平均值检波器,或频谱分析仪外加预选器,都无法完全达到接收机的要求,只可以用于工厂预测试。