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如何利用頻譜分析儀測量電磁干擾
2015-09-02
談到測量電信號(hào)，電氣工程師首先想到可能就是示波器。示波器是一種將電壓幅度隨時(shí)間變化規(guī)律顯示出來儀器，它相當(dāng)于電氣工程師眼睛，使你能夠看到線路中電流和電壓變化規(guī)律，從而掌握電路工作狀態(tài)。但是示波器并不是電磁干擾測量與診斷理想工具。這是因?yàn)椋?/p>
A.所有電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中電磁干擾極限值都是在頻域中定義，而示波器顯示出時(shí)域波形。因此測試得到結(jié)果無法直接與標(biāo)準(zhǔn)比較。為了將測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)相比較，必須將時(shí)域波形變換為頻域頻譜。
B.電磁干擾相對(duì)于電路工作信號(hào)往往都是較小，并且電磁干擾頻率往往比信號(hào)高，而當(dāng)一些幅度較低高頻信號(hào)疊加在一個(gè)幅度較大低頻信號(hào)時(shí)，用示波器是無法進(jìn)行測量。
C.示波器靈敏度在mV級(jí)，而由天線接收到電磁干擾幅度通常為V級(jí)，因此示波器不能滿足靈敏度要求。
測量電磁干擾更合適儀器是頻譜分析儀。頻譜分析儀是一種將電壓幅度隨頻率變化規(guī)律顯示出來儀器，它顯示波形稱為頻譜。頻譜分析儀克服了示波器在測量電磁干擾中缺點(diǎn)，它能夠精確測量各個(gè)頻率上干擾強(qiáng)度。
對(duì)于電磁干擾問題分析而言，頻譜分析儀是比示波器更有用儀器。而用頻譜分析儀可以直接顯示出信號(hào)各個(gè)頻譜分量。
1、頻譜分析儀原理
頻譜分析儀是一臺(tái)在一定頻率范圍內(nèi)掃描接收接收機(jī)，它原理圖如圖1所示。
圖1 頻譜分析儀原理框圖
頻譜分析儀采用頻率掃描超外差工作方式?；祛l器將天線上接收到信號(hào)與本振產(chǎn)生信號(hào)混頻，當(dāng)混頻頻率等于中頻時(shí)，這個(gè)信號(hào)可以通過中頻放大器，被放大后，進(jìn)行峰值檢波。檢波后信號(hào)被視頻放大器進(jìn)行放大，然后顯示出來。由于本振電路振蕩頻率隨著時(shí)間變化，因此頻譜分析儀在不同時(shí)間接收頻率是不同。當(dāng)本振振蕩器頻率隨著時(shí)間進(jìn)行掃描時(shí)，屏幕上就顯示出了被測信號(hào)在不同頻率上幅度，將不同頻率上信號(hào)幅度記錄下來，就得到了被測信號(hào)頻譜。
根據(jù)這個(gè)頻譜，就能夠知道被測設(shè)備是否有超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定干擾發(fā)射，或產(chǎn)生干擾信號(hào)頻率是多少。
2、頻譜分析儀使用方法
要獲得正確測量結(jié)果，必須正確地操作頻譜分析儀。本節(jié)簡單介紹頻譜分析儀使用方法。正確使用頻譜分析儀關(guān)鍵是正確設(shè)置頻譜分析儀各個(gè)參數(shù)。下面解釋頻譜分析儀中主要參數(shù)意義和設(shè)置方法。
掃描時(shí)間：
儀器接收信號(hào)從掃描頻率范圍最低端掃描到最高端所使用時(shí)間叫做掃描時(shí)間。掃描時(shí)間與掃描頻率范圍是相匹配。如果掃描時(shí)間過短，測量到信號(hào)幅度比實(shí)際信號(hào)幅度要小。
頻率掃描范圍：
規(guī)定了頻譜分析儀掃描頻率上限和下限。通過調(diào)整掃描頻率范圍，可以對(duì)感興趣頻率進(jìn)行細(xì)致觀察。掃描頻率范圍越寬，則掃描一遍所需要時(shí)間越長，頻譜上各點(diǎn)測量精度越低，因此，在可能情況下，盡量使用較小頻率范圍。在設(shè)置這個(gè)參數(shù)時(shí)，可以通過設(shè)置掃描開始頻率和終止頻率來確定，例如：start frequency = 1MHz, stop frequency = 11MHz。也可以通過設(shè)置掃描中心頻率和頻率范圍來確定，例如：center frequency = 6MHz, span = 10MHz。這兩種設(shè)置結(jié)果是一樣。
中頻分辨帶寬：
規(guī)定了頻譜分析儀中頻帶寬，這項(xiàng)指標(biāo)決定了儀器選擇性和掃描時(shí)間。調(diào)整分辨帶寬可以達(dá)到兩個(gè)目，一個(gè)是提高儀器選擇性，以便對(duì)頻率相距很近兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行區(qū)別。另一個(gè)目是提高儀器靈敏度。因?yàn)槿魏坞娐范加袩嵩肼?，這些噪聲會(huì)將微弱信號(hào)淹沒，而使儀器無法觀察微弱信號(hào)。噪聲幅度與儀器通頻帶寬成正比，帶寬越寬，則噪聲越大。因此減小儀器分辨帶寬可以減小儀器本身噪聲，從而增強(qiáng)對(duì)微弱信號(hào)檢測能力。
分辨帶寬一般以3dB帶寬來表示。當(dāng)分辨帶寬變化時(shí)，屏幕上顯示信號(hào)幅度可能會(huì)發(fā)變化。若測量信號(hào)帶寬大于通頻帶帶寬，則當(dāng)帶寬增加時(shí)，由于通過中頻放大器信號(hào)總能量增加，顯示幅度會(huì)有所增加。若測量信號(hào)帶寬小于通頻帶寬，如對(duì)于單根譜線信號(hào)，則不管分辨帶寬怎樣變化，顯示信號(hào)幅度都不會(huì)發(fā)生變化。 信號(hào)帶寬超過中頻帶寬信號(hào)稱為寬帶信號(hào)，信號(hào)帶寬小于中頻帶寬信號(hào)稱為窄帶信號(hào)。根據(jù)信號(hào)是寬帶信號(hào)還是窄帶信號(hào)能夠有效地定位干擾源。
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