電磁環(huán)境監(jiān)測與評價第四章

1、電磁兼容測量接收機 與頻譜分析儀,深圳拓科銳科技有限公司韋 風,電磁兼容測量接收機 與頻譜分析儀,第一節(jié)測量接收機,2024/3/16,3,測量接收機是窄帶儀表 傳感器,特殊的測量接收機 外差式 用正弦信號定標,,,,,,,,,2024/3/16,4,1.準峰值測量接收機的整機特性,*用測量接收機測量電磁噪聲，

2、習慣上以等效于正弦電壓的值評定其強弱。即：在調(diào)諧到某一頻率的接收機的輸入端一次饋給噪聲電壓，而另一次饋給等輻高頻正弦電壓時，在此二種情況下的讀數(shù)相同。測量接收機測量電磁噪聲原理就是建立在這樣一種等效的概念上。*現(xiàn)代的輻射電磁噪聲測量儀，實際上就是一臺帶有校準裝置和滿足特殊要求的測量接收機與測量天線的組合?，?2024/3/16,5,測量接收機的三大組成部分,2024/3/16,6,線性放大電路: ●放大 ●

3、選頻---通頻帶,2024/3/16,7,幅度檢波電路：將中頻噪聲電壓檢波成直流 或緩慢變化的電流。,2024/3/16,8,指示電表：顯示檢波器解調(diào)的結(jié)果,2024/3/16,9,測量接收機檢波器前主要線路結(jié)構(gòu),2024/3/16,10,準峰值測量接收機的基本特性,2024/3/16,11,準峰值測量接收機基準實驗脈沖的特性,2024/3/16,12,絕對脈沖特性(0.03~1000MHz)與相對脈沖特性,

4、2024/3/16,13,脈沖特性,帶寬： 決定了能夠達到檢波器的噪聲包絡形狀過載系數(shù)：尖銳脈沖頂部是否線性通過TC，Td： 最后指示與A/fPR間關(guān)系TM： 低fPR的指示,2024/3/16,14,2.通 頻 帶,帶寬: 低于響應曲線中點某一規(guī)定電平處, 測量接收機總選標性曲線的寬度(Bn) 國標規(guī)定以6dB處帶寬為準(n=6),2024/3/16,15,總選擇性

5、(通帶)的極限值(30～1000MHz)頻段,2024/3/16,16,3dB 帶寬,對于兩個臨界耦合的調(diào)諧變壓器構(gòu)成的 選擇性曲線：,2024/3/16,17,功率帶寬/等效隨機噪聲帶寬 Brn,式中： F(f) -- 選擇性特性 F0 -- F(f)的最大值(單峰曲線)對臨界耦合雙調(diào)諧回路：,2024/3/16,18,,2024/3/16,19,脈沖帶寬Bimp,式

6、中：A(t)max -- 輸入端加Aτ脈沖時,中頻 輸出包絡的峰值 G0 -- 該電路中心頻率增益對于臨界耦合調(diào)諧變壓器：,2024/3/16,20,3. 檢波器的時間常數(shù),,充電: Cr 放電: CR,2024/3/16,21,人耳對聲音噪聲的反應,1. 能接受的最小脈沖寬度 0.5～1ms2. 脈沖終止后,需經(jīng)過160～200ms才感覺消失3. 感覺的噪聲

7、強度隨fPR而增加,2024/3/16,22,充放電時間常數(shù)的確定,2024/3/16,23,準峰值檢波器的時間常數(shù),2024/3/16,24,3A. 電表的機械時間常數(shù)電表的三種阻尼特性,2024/3/16,25,臨界阻尼指示器的機械時間常數(shù)TM,式中：TL--去除全部阻尼之后的自由振蕩周期,2024/3/16,26,臨界阻尼指示器的運動方程,式中：α-- 偏轉(zhuǎn)指示 i -- 流經(jīng)指示器的電流

8、 k -- 常數(shù)對于數(shù)碼顯示，要接入二階低通濾波器,2024/3/16,27,準峰值測量接收機指示器的時間常數(shù)(ms),2024/3/16,28,4.過 載 系 數(shù),反映測量接收機線性級的線性。,2024/3/16,29,過載系數(shù)的必要性(例),脈沖到達檢波器的寬度τ: 對于0.03～1GHz頻段 B=120kHz則τ=8.3μs,2024/3/16,30,,τ=8.3μs，檢波器充電時間： Tc=1m

9、s則電容上的充電電壓: 而 (要求的線性范圍,約42dB),2024/3/16,31,檢波前的過載系數(shù),2024/3/16,32,檢波后的過載系數(shù),2024/3/16,33,對過載特性的規(guī)定,2024/3/16,34,5.平均值測量接收機,*平均值測量接收機被設計成指示檢波器前級信號包絡的平均值。*使用平均值檢波器測量窄帶信號(如各種無線電業(yè)務的信號)可以不反應與調(diào)

10、制或噪聲有關(guān)的一些信息，因而是測量無線電業(yè)務信號的電波傳播特性常用的檢波方式。,,2024/3/16,35,5.平均值測量接收機帶寬,,,,,2024/3/16,36,5.平均值測量接收機選擇性,*當使用優(yōu)選帶寬進行測量時，其選擇性曲線應與準峰值測量接收機的完全相同。*當使用表中列出的非優(yōu)選帶寬工作時，其選樣性曲線的形狀與準峰值接收機的一致，但具體數(shù)據(jù)則需根據(jù)采用的帶寬進行修整。,,2024/3/16,37,5.平均值測量接收機

11、過載系數(shù),*檢波前電路對脈沖重復頻率為Hz的過載系數(shù)應為*當重復頻率很低時，不可能為避免測量接收機的非線性工作提供足夠的過載系數(shù)。無論接收機作何用途，不出現(xiàn)過載情況的最低脈沖重復頻率至少應滿足：A頻段， ≤25Hz； B頻段， ≤500Hz； C/D頻段，≤5000Hz。,2024/3/16,38,5.平均值測量接收機對正弦波電壓的精確度,當施加50Ω源阻抗的正弦波信號時，正

12、弦波電壓的測量精確度應優(yōu)于±2dB。,,2024/3/16,39,5.平均值測量接收機絕對脈沖特性,*對基準試驗脈沖的響應應與調(diào)諧頻率上對未調(diào)制正弦波信號的響應相等，誤差不得超過±1.5dB。*發(fā)生器的源阻抗均為50Ω。*正弦信號的電動勢均方根值為2mV(66dBμv)。*基準試驗脈沖的強度為1.4/fPR mVs A頻段 B頻段

13、 C/D頻段脈沖重復頻率 25Hz 500Hz 5000Hz 脈沖強度 56μVs 2.8μVs 0.28μVs,,2024/3/16,40,5.平均值測量接收機相對脈沖特性,*當測量接收機的指示保持不變時，輸入幅度與重復頻率之間的關(guān)系應符合下式。 幅度

14、 *在下列重復頻率范圍內(nèi)其相對脈沖特性的誤差應在+3～-1dB范圍之內(nèi)。該重復頻率的低限是保證測量接收機不過載，而高限為B3/2。,2024/3/16,41,6.均方根值測量接收機,均方根值與信號的功率有相關(guān)性。因而在電磁輻射環(huán)境的測量中，嚴格地說凡涉及保護人體健康的內(nèi)容，都應該用帶有均方根值檢波器的測量接收機。,,2024/3/16,42,6.均方根值測量接收機

15、帶寬,*由于均方根值對于任何類型的寬帶噪聲響應均與其帶寬的平方根成正比，所以不必規(guī)定測量必需采用的帶寬，只需將測量結(jié)果以“1kHz帶寬”歸一化后給出即可。*歸一化的方法是將測量所得的值除以“功率帶寬(kHz)的平方根”即可。,,2024/3/16,43,6.均方根值測量接收機帶寬,*此前所述的對帶寬的要求(無論是準峰值、平均值、均方根值接收機)，均指測量寬帶電磁噪聲的情況，即認為在測量帶寬內(nèi)電磁噪聲的頻譜是平的。 *如果測量的對

16、象是窄帶信號(即信號的全部頻譜均落在測量接收機的通帶之內(nèi))，則測量的結(jié)果將與帶寬無關(guān)。*極端情況，如測量對象為一等幅正弦波，則其在頻域只有一條譜線，此時，即使用很窄的帶寬也可以完整無損地將該信號接收下來。在此情況下，如增加接收機的帶寬，只會使本機噪聲(本機噪聲是接收機的前級熱噪聲，是典型的寬帶信號)增加，降低接收機的信/噪比。使接收機接收小信號的能力下降。,,2024/3/16,44,6.均方根值測量接收機選擇性,由于上述的均方根

17、值檢波器對測量帶寬不規(guī)定要求，所以前述對準峰值接收機要求的選擇性曲線僅是在形狀適用于均方根值接收機。,,2024/3/16,45,6.均方根值測量接收機過載系數(shù),*檢波器前電路對重復頻率為的脈沖，其過載系數(shù)應為1.27(B3／fPR )1／2 (B3與fPR 的單位均為Hz)。 *一般而言，在脈沖重復頻率很低時，不可能為避免均方根值測量接收機的非線性提供足夠的過載系數(shù)。這一情況與平均值檢波器類似。,,2024/3/16

18、,46,6.均方根值測量接收機對正弦電壓的精確度,當施加50Ω源阻抗的正弦波信號時，正弦波電壓的測量精確度應優(yōu)于±2dB。,,2024/3/16,47,6.均方根值測量接收機絕對脈沖特性,*對基準試驗脈沖的響應應與調(diào)諧頻率上對未調(diào)制正弦波信號的響應相等，誤差不得超過±1.5dB。*發(fā)生器的源阻抗均為50Ω。*正弦信號的電動勢均方根值為2mV(66dBμv)。*基準試驗脈沖的強度(IS)為 A頻段(9

19、～150kHz)： fPR =25Hz， IS=278(B3)-1/2μVs B/C/D頻段(0.15～1000MHz)： fPR =100Hz， IS=139(B3)-1/2μVs。,,2024/3/16,48,準峰值均方根值測量接收機的脈沖響應的相關(guān)性,2024/3/16,49,6.均方根值測量接收機相對脈沖特性,當表頭指示保持不變時，輸入幅度與重復頻率之間的關(guān)系對均方根值檢波器應

20、符合下式的關(guān)系?！　　　?　　 幅度,2024/3/16,50,測量接收機小結(jié),A. 指標要求是多方面的，嚴格的，指標聯(lián)系著脈沖響應。B. 不同檢波的測量接收機之間的相關(guān)性是復雜與嚴格的。C. 如不能正確理解本章所述各項要求，則不能對測量結(jié)果有明確認識。,電磁兼容測量接收機 與頻譜分析儀,第二節(jié)射頻頻譜分析儀,2024/3/16,52,1.頻譜分析原理利用頻率掃描方式,,,2024/3/16,5

21、3,1.頻譜分析原理利用頻率掃描(外差式),,2024/3/16,54,1.頻譜分析原理兩類頻譜分析方法的比較,,,2024/3/16,55,2.頻譜分析儀的主要指標工作頻率,*全屏掃描全部工作頻率的方法，最好少用，這一方面是由于不可能獲得高的分辨率，另一方面也容易產(chǎn)生寄生響應。*選購頻譜分析儀時，對其工作頻率的選擇： 高頻端，不必盲目追求工作頻率盡量高。 低頻端，當工作在最低頻率時，本振頻率十分接近中頻，本振

22、的邊帶噪聲有可能落入中頻選擇性曲線之內(nèi)，從而在顯示屏上出現(xiàn)較高電平的噪聲，所以此時儀器的靈敏度會大受影響。,,,2024/3/16,56,2.頻譜分析儀的主要指標濾波器及其帶寬,*中頻濾波器是決定頻譜分析儀的頻率分辨能力的。其 帶寬決定分辨率帶寬(Resolution Bandwidth—RBW)。通常具有多個可供操作者選擇的分辨率帶寬。*前級產(chǎn)生的熱噪聲會通過中頻濾波器并經(jīng)過檢波反應在 顯示屏上。而熱噪聲是典型的寬帶噪

23、聲，所以中頻濾波器的通帶寬度直接影響著顯示屏上的噪聲顯示。若分辨率帶寬增加10倍，顯示的平均噪聲電平將增加10dB。*決定分辨率的濾波器的參數(shù)除帶寬外，還有形狀因數(shù)。,,,2024/3/16,57,2.頻譜分析儀的主要指標濾波器及其帶寬,*視頻濾波器是在檢波器與顯示屏之間的低通濾波器，其通帶從0Hz開始。在儀器面板上其帶寬稱為視頻帶寬。*該濾波器是用以平滑檢波以后的噪聲起伏，可以改善在顯示屏上對弱信號的鑒別力和在低信/噪比下測量的

24、可重復性。*但它與分辨率無關(guān)，也不改變儀器的靈敏度。操作時，要求VBW≤RBW。,,,2024/3/16,58,2.頻譜分析儀的主要指標濾波器及其帶寬,視頻濾波器的噪聲“平均”功能。,,2024/3/16,59,2.頻譜分析儀的主要指標剩余調(diào)頻,*當頻譜分析儀工作在很高的頻率，并采用很窄的分辨率帶寬時，若顯示屏的掃描寬度設置也比較小的話，有時我們可以發(fā)現(xiàn)顯示的譜線在頻率軸上可能有些抖動。*一方面是信號本身頻率在抖動。這是正?，F(xiàn)象

25、，也是使用頻譜分析應該獲得的測量結(jié)果。*另一種情況，被測信號可能十分穩(wěn)定，但由于 (本機振蕩)頻率不穩(wěn)定而導致的不穩(wěn)，致使顯示的譜線抖動，這是我們不希望出現(xiàn)的。*例：設頻譜分析儀的中頻頻率=70MHz，分辨率帶寬為10Hz，信號=1GHz，則本機振蕩頻率930MHz，若其頻率抖動為10-8，則的抖動絕對值為Hz=9.3Hz。,,,2024/3/16,60,2.頻譜分析儀的主要指標關(guān)于前置放大器,一些頻譜分析儀在混頻器前增加了前級（

26、輸入衰減器，前置放大器與射頻濾波器），類似于測量接收機的高頻級。這樣做有幾個目的：*改善頻譜分析儀的靈敏度；*有效地改善寄生響應的指標“預選”功能；*有利于保護混頻器。,,,2024/3/16,61,2.頻譜分析儀的主要指標動態(tài)范圍,*動態(tài)范圍并非指顯示屏顯示的最高與最小電平之差。而是頻譜分析儀可以測量的最高電平與最低電平之差。*因為在射頻衰減器之前無電子器件，射頻衰減器與顯示的平均噪聲電平無關(guān)。*中頻濾波器之前各級產(chǎn)生

27、的熱噪聲都會受中頻濾波器的限制，因而分辨率帶寬會影響顯示的平均噪聲。*例如：某頻譜分析儀工作頻率1MHz～3.2GHz，射頻衰減器0dB，前置放大器關(guān)斷(by-pass)條件下，分辨率帶寬1kHz，視頻帶寬10Hz時顯示的平均噪聲電平為 -{117-2f(GHz)}dBm。工作頻率升高，本機噪聲加大。*當被測信號電平與顯示的平均噪聲電平相等時，在顯示屏上信號將以近似3dB的突起顯示在平均噪聲之上。我們認為這是頻譜分析儀可以測量

28、的最低電平。,,,2024/3/16,62,2.頻譜分析儀的主要指標動態(tài)范圍,*對于大多數(shù)頻譜分析儀“1dB壓縮電平”的典型值為0～-10dBm。*輸入端不產(chǎn)生1dB壓縮的最大可輸入電平為：,第一混頻器的“1dB壓縮電平”+射頻衰減器衰減,2024/3/16,63,a.減小射頻衰減器，這樣可以提高輸入至后級的信號電平，并且也不影響本機噪聲的大小。從而可以提高測量的信/噪比(請注意，改變中頻衰減器的值，不會改變信/噪比)。但應注意：

29、當射頻衰減器減至0dB時，將帶來一系列壞的影響。如儀器的輸入電壓駐波比變壞，以及容易燒毀混頻二極管等。所以有的頻譜分析儀設置了一些警告標示或較復雜的操作，使操作人員不致輕易將射頻衰減量減至0dB。b.減小分辨率帶寬，可以有效地減小本機噪聲。c.充分利用視頻濾波器去平滑(Smooth)顯示的噪聲，辦法是減窄視頻帶寬(VBW)，例如可取VBW≤(0.1～0.01RBW)。,4.頻譜儀的使用(1)達到最高靈敏度的措施,2024/3/16

30、,64,4.頻譜儀的使用(2)分辨率帶寬與掃描速度的關(guān)系,當掃描過快，濾波器不能及時響應條件下，出現(xiàn)的后果是中心頻率向高頻側(cè)偏移以及幅度下降,2024/3/16,65,4.頻譜儀的使用(2)分辨率帶寬與掃描速度的關(guān)系,*當VBW>RBW時： Ts≥*當VBW≤RBW時： Ts≥,K——系數(shù)，隨濾波器的形狀

31、因數(shù)而異： K <1 數(shù)字信號處理濾波器； K≥2.5 同步調(diào)諧模擬濾波器; 10≤K≤20 平頂濾波器。,2024/3/16,66,*經(jīng)常將射頻衰減器保留一定的衰減量，例如10dB，這對整個測量均有好處，前已述及。*注意在顯示屏顯示的頻率范圍之外，是否有大信號進入儀器。最好先進行一次全頻段掃描，大致觀察一下最強的信號電平，然后再集中掃描感興趣的頻段。*頻譜分析儀的輸入端口