（通信与信息系统专业论文）emi测量接收机校准系统研究.pdf

北京交通大学硕士论文摘要 摘要 e m i 测量接收机是e m c 测量领域中最重要的测试设备之一。进行传 导骚扰电压、传导骚扰功率、辐射骚扰场强等强制性认证实验都需要使 用e m i 测量接收机。 为了确认仪器工作状态和保证测量结果精度，检测实验室的检测设 备需要定期校准，这就要求校准实验室必须提供科学、有效的校准方法， 建立完善的校准系统。只有这样才自保证实际捡颡l 过程中使用豹设备在 可控工作状态下，在已知糖度范围内。 在我国，由于e m c 研究领域起步时间较晚，与国际上e m c 技术发 达国家相比，校准e m i 测最接收机的能力和经验十分有限。 本论文研究圈的是建立一套严谨、精确的e m i 测最接收机校准系统。 通过研究e m i 钡i 量接收机内部结构，掌握e m i 测量接收机工作原理，确 定评价接l | 殳机的关键性指标参数，制定各个参数的校准方法，建立校准 系统。 论文详细研究了e m i 测量接收机测量脉冲信号原理，这是干扰测量 接收机最关键技术，也是与其他各类接收机最重要的差别。最后对建立 的自动化校准系统进行测量不确定度分析，在评定过程中改善校准方法、 提高校准精度。 该套系统提商了国内校准e m i 测鬃接收机的能力，也提供了个开 放豹、可舞级的校准平台。 关键字；e m i 测量接收机校准脉冲手扰测量不确定度 北京交通太学硕士论文 摘要 a b s t r a c t e l e c 虹o m a 旺e t 量cl 撼e 矗酹铋c ef e m dt e s tr 。c e v e f 呈so n eo f 也em o s t i m p o r t a mt c s te q u i p m e n ti ne m ct e s ta r e a i ti su s e di nc o n d u c t e de m i 8 s i o n ， r 鑫d i a 钯da e l ds t f e 壬l g 重ha n dd i 8 l 掘b a n c e w 髓e 把。 t h er e p e a t a b i l i t ya i l da c c u r a c yo fe m im e 船u r e m e n ta r et w oo ft l l em o s t i m p o n a n tc r i t e r i a e a c ht c s tl a b o r a t o f yn e e dl oc a l i b r a t ei t se q u i p m e n t p e r i o d i c a l l y c a i i b r a t i o nl 曲o m o r ym u s tp r o v i d ea d v a i l c e dc a l i b r a t i n gs y s t e m b vu s i n 殳e h b c t i v ea 王1 ds c i e n t i f i cc a l i b r a t i n gi n e t h o d i no u rc o u n 拄y t h ed e m a n do fc a l 谗r 戤i n gr e c e i v e ri sd e 蠡c i o n c yb e c a u s e t h es t u d yo fe m cf i e l da i l du s i n ge m cm e o r yt o 口r a c t i c ei 8s t a r tj u s t c a l i b r a t i n 叠e m lt e s tr e c e i v e f s 曲i l 瓣a l l de x p e r i e n c ea r ev e 珂l i m i t 醴 t l l i sp a p e ri sa i mt oe s t a b l i s hac a l i b r a t i n gs y s t e mo fe m it c s tr o c e i v e r b a s e do nm o r es c i e n i 鑫c a 重l y 姐da c e 慨l ym e 墩o d 。殛ni t e m sa r er e 鼬瞳e d a s 也ek e yi n d e x e so ft h er e c e i v e ra 丘e ric a r e m l l ys t l l d 订n g 虹l ei i l s i d c s t r u c t u 揩甜l do p 氍l l i o n 辩n c p i eo f 嚣m lt e s tr e c e i v e r ，默b f 幽a t 铂e c a l i b r a t i o ni n e m o di si i l u s t r a t e d f i n a i i y ，t l l ew h 0 1 ec a i i b 硎n 寤s y s t e mi s e s 协b l i s h e db a s e do nt 量 l ea b o v ea n a l v s i s 朝1 ep 商1 c i p l eo fm e a s u r e m e n ti l n p u l s i v en o i s eo fe m it e s tr e c e i v e ri s s t u d i e dm o r o u g h l y b e c a u s et h ei n e a 咄m e n to fi m p u l s i v e1 1 0 i s ei sak e vt o e m lt e s t ni s 小em 8 i nd i 蔬r e l l c eb e 帆e ne m it e s tr e c e i v e ra 硼o t l l o rk i n 蠡 o fr e c e i v e r s a u t o m a d cc a l i b r a t i n gs o f t 、v a r ei sd e v e l o p e dt l l i sp a pe r t h et e s t m e 庙d da 珏dc a l 主b 栅o na c c 眦c ye a nb e m p r o v e db ya n a 王y z i n 颦证e m e a s u r e i n e n tu n c e r t a i m yo f t h ec a l i b r a t i o ns y s t e m 弧es y s 搬ni sa no p 雠u p g r a d e a b l ee a l i b r a t i o n 叠碰b 凇i tc a ni n l p f o v c t h ea b n 时o f c a l i b r a t i n ge m it e s tr e c e i v e ri no u r 蚴 k 野喇。埘：e m if i b tr e c e i v e ri 翔p u l s i v ed i s t u 抽a n e e c a i i b r a t i o 秘 m e a s u r e m e n tu n c e r t a i n t v 2 一 北京交通大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 酬i 测量接收机在电磁兼容领域中的作用 为了正确译价电磁噪声的强弱，必须对其遂手亍铡爨。由于危害最严 熏的是宽带噪声，而宽带噪声中脉冲噪声又占有很大的比重。因而电磁 噪声测量系统必需考虑对脉冲噪声测量的需要。 在传导骚扰毫压测量中，测量仪表是接在人工电源网络的测量端子 上，测蹙端子传导骚扰电压；在辐射发射场强测量中，测量仪表是通过 测量天线接收外部的场强，仪表是测量天线电缆的端口电压；在骚扰功 率测量申，仪表测量功率吸牧钳吸牧豹测量端墨功率。总之，在融磁骚 扰发射的测量中，电压测量仪表悬最关键的设备。但此电压测量仪表的 测量对象不是一般的正弦电压而是包括脉冲噪声在内的各种不同形状 ( 时域) 或频谱( 频域) 豹电磁噪声电压。为了提高灵敏度，最常蠲豹怒宽带 测量仪表：具有十分严格参数要求的e m i 测量接收机【”。 1 2 校准酬i 测量接收钒的现实意义 疆糟工业豹发展，生产水平的提高和w 对减员国豹要求，产品质 嫩越来越得到重视。而测量仪器是保证产品质麓的重要保证。校猴仪器 目的在于保证测试设备合理使用的同时，并能达到精度要求。 鉴于e m i 测量按i 芟机的重要槛，校准实验室提供豹校准数据不仅仅 是对仪器使用状态的一种认定，用户也能根据校准数据对测量接收机进 行修正。达到参数溯源，精度分级的要求。 北京交通大学硪士论文 第一章缝论 1 3 酬i 测量接收机校准系统的国内、国外发展现状 各个雕家对校准e m i 测量接收褫都+ 分重视。德因p t 丑；、英国n p l 、 美国n i s t 、日本d 心4 t 镣国家计量部门都投入大量资金，研究校准方法， 建立准系统。国外的校准系统具有两大特征：自动化、专一化。自动化 是指整个校准过程校猴工程师需要操作的步骤很少，不用手动设嚣仪器， 主要工作在于分析校准报告上面的校准数据，给出校准结果。专化是 指由于发达国家往往有舅己豹接收机生产厂家，本国豹厂家徒镰使用本 国生产的接收枫，因此校准系统需要服务的对象黧现专一优的现象。 在我网由于e m c 领域研究和实际应用工作开展时间不长，各个企业 对e m l 测爨接收枫授准需求还剐刚起步。中国计爨科学研究院无线电处 e m c 实验室在9 0 年代中期就建立起测量接收机的校准系统，健由于当 时资金、技术等原因，系统评定指标不完善，只能手动校准部分厂家的 典型型号测量接收枫。 本论文研究的匿的建对e m i 溅愿接收机校准系统的深入研究和全匿 改进。在我国使用的测量接收机品牌繁杂，型号各异。不同企她购买的 e m i 测量接收机差异缀大。这裁导致筏国在进行e m i 溺量接收搬校准的 时候，不可能象发达国家那样实现完全自动化和专化的程度。而是着 眼于实用性、灵活性和缀济性。通过本论文的研究和实际系统构建过程， 丹级的梭准系统可以大大提高e m i 测量接收机校臻的工作效率，提蔫校 准数据的可用性，对全国各个企业和计量部门都商巨大的社会价值。 。4 论文的研究内察 本论文首先分析珊m 测量接收机的基本原理，根据c i s p r 对测量接 北京交通大学硕士论文 第一章绪论 收讥豹要求详绚研究各个模袭的肉部维= | 句和霹能产生误差浆原因，薅定 校准参数。参考豳外的校准报告和相关理论书籍研究校准方法。然藉蜜 现校准系统，最后评定校准系统的测量不确定度。 注：本文申提到的接收机在无特别说明的情况下，一般是指e m i 测量接收机， 在部分内容中为了简略和与参考文献一致，使用接收机代替b m i 测量接收机。 北京交通大学硕士论文 第二章接收机的内部结构和】二作原理 第二章接收枧的内部结构和工作原理 2 1 典型酬i 测量接收机系统框图 图2 1 2 。2 酬l 测萋接l | 曼机工作基本原理 用e m i 测量接收机测量时，习惯上以等效于正弦电压的值来评定其 强弱。这个“等效”的意义是：在调谐到某一频率的接收机的输入端一 次馈给噪声电压，而另一次馈给等辐高频正弦电压时，在此二种情况下 的读数相同。测堂接收机测量电磁噪声原理就是建立在这样一种等效的 概念上。这样，电磁噪声的单位也就和正弦电压盼单位相同。现代陷电 磁噪声测量仪，实际上就是一台带有控准装置和满足特殊要求的测量接 收机。当然这类仪表不但能测电磁噪声，而且也可以测量正弦信号或有 用信号的电压。应该注意，由于电磁噪声具有宽的频谱与各种不同的波 形，使得一台用于电磁噪声测量的接收机与只测有用信号电压的电压表 在电路的考虑上和测量结果的理解上有很大的不同。 e m i 测量接收机实际上是一台超外差式选频电压表。骚扰波形通常 e m i 测量接收机实际上是一台超外差式选频电压表。骚扰波形通常 北京交通大学硕士论文第二章接收机的内部结构和工作原理 是由很多频率组成的，e m i 测量接收机可用来测量这些频率的电压幅值。 图2 i 是电路简化方框图。 其电路结孛每缀象半导体收音机。测量时先将测量仪调谐，对准某个 频率，= ，该频率经商频衰减器和离频放大器后进入混频器，与本地振荡 器的频率f 混频，产生很多混频信号。经过中频滤波器以后仅得到中频 五= z z 。中频信号经中频衰减器、中频放大器后，由包络检波器迸行 包络检波，滤去中频得到其低频包络信号a ( t ) 。a ( 1 ) 再进一步进行加权检 波，加权可以根据需要获得a ( o 的峰值、有效值、平均值或准峰值，这 些值经过低频放大后可推动瞧表指示。测量簸如果用校准信号发生器的 信号进行预先校准，则可以直接读数，e m i 信号的读数等效于正弦信号 晦有效值。幽予很多骚扰都是脉冲性的，所以e m i 测量接收机应该可以 测量脉冲傣号，这是它与一般电压表的不同之处。【l 】 2 3 接收枧基本参数和各个模块的作用 最早引起人们重视的电磁于扰现象是各种人为干扰对广播、逯讯的 骚扰，所以干扰测量仪的基本任务是客观、定量地评定干扰对声音的影 # i 自。在测量中，往往把有源干扰分为平滑干扰和脉冲干扰。测基时，在 接收设备输入端产生的电压或电流的最大僮与平均德之比不超过于3 4 倍的称为平滑干扰，而电压、电流最大值与平均值之比大大超过3 4 倍 的称为脉冲干扰。工业干扰大部分属于脉冲干扰，它们的特点是下一个 脉冲到来之1 ；萋，前一个脉冲已完全消失。通过大量研究确定了用准蜂值 检波对于扰信号解调最能反映脉冲于扰的特征，在此基础上提出了准峰 值测量接收机的六个基本特征。 北京交通犬学硕士论文第二章接收机的内部结构和工作艨理 频率范围 基本特性 9 1 5 0 k h zo 1 5 3 0 z3 0 1 0 0 0 m h z 6 d 8 辫宽 2 0 b h z9 k h z1 2 0 k z 梭波器充电时间常数 4 5 m slm slm s 检波器放电时间常数 5 0 0 m s1 6 0 m s5 5 0 m s 临界疆嚣指示器撬城辩闯常数1 6 0 雌s1 6 0 m sl o om s 检波器前电路的过载系数2 4 d b3 0d b4 3 5d b 检波器与指示器之间的过载系数 6 d b 1 2 d b6 d b 表2 1 之所以要对测量接收机的基本特性作如此明确规定，是因为只有统 一的测爨方法才能使结果具有可比性。也就是说，有些仪器虽然也能用 来探测于扰，但不能把测量结果直接与干扰限值相比较，标准中给出的 干扰限值正是用标准中规定的统一参数测量接收机统计得出的。 2 3 6 据带宽( 总选择性( 逯带) ) 测量同一个脉冲信号，不同的带宽会得出不同的读数，而且信号波 形失真也会随接收带宽的下降而上升。实际测量中“宽带”、“窄带”干 扰的鉴别，都要以接收机带宽为基准，这与习惯上的“宽带”信号，“窄 带”信号概念是不同的。6 d b 带宽是指在调谐频率幅度最大值处，上边 频和f 边频方向幅度减小6 d b 时所测得的带宽。 北京交通大学硕士论文第二章接收机的内部结构和工作原理 2 3 2 充电时间常数与放电时间常数 图2 2 充电时间常数( i ) 指：从恒定的正弦波电压加到检波级的输入端瞬间 起，到检波器的输出电压达到其终值的6 3 为止，其间所用的时间就是 充电时间常数。 幢 菽 组 辅 图2 3 充电时间常数按下述方法确定：将一个具有幅度恒定、频率等于中 频的正弦波信号加到检波器的输人端，此信号电平应工作在相关各级放 大电路的线性区域。将一个无惯性的指示器( 如阴极射线示波器) 接到 直流放大器电路中不影响检波器性能的测量点上，记下该仪器指示m ， 然后只在有限的时间施加上述同一电平的正弦波信号( 包络为矩形的波 北京交通火学硕士论文第：章接收机的内部结构和工作麒理 形) ，使馕转上升到o 。6 3 m ，悲信号的持续豺阆就是检波暴的充电融闯常 数。 放电时问常数( t d ) 指：从移去加在检波级输入端的恒定正弦波电 压的瞬间起，到检波器的输出电压降至其初始值的3 7 为止，其间所用 的时间就是放电时间常数。 放电时闻常数的测量方法与充电时闷常数的测量方法相似，但不是 在有疆时闰内施鸯l 信号，藤是搀施加豹揍母中断一定眩闻，使偏转捂涿 降至0 3 7 m 所需黉的时间，就是检波器的放电时间常数。 显然，在接收机中采用不同的充、放电时间常数，测量同一噪声电 压的指示值也不会相同，所以有必要统一规定t c 与t d 的数值。 2 。3 。3 指示表机械时间常数 绘指示表籀匆匪一个重复频率为o 1 玟、持续辩翔大于l s 静矩形脉冲， 调节脉冲幅度使指示表达至满度偏转，而盈过摆不大于5 。再缩短矩 形脉冲持续时间，使偏转指示指到满度的3 5 。此刻所用脉冲持续时间 即为临界阻尼机械时间常数。 当测量结果用表头指示时，为了使指示结果与人耳主观评定效果棚 致，对指示表豹机械阻尼时闯鬻数也应有掰觏定。显然，如果指示淡 阻恁辩闰太短，一个窄脉冲信号来，捂示表缀抉魏毙达到预期值，蕊系 出现“过冲”，读数偏大。而且由于表针晃动频繁，数据读取也困难。反 之，机械阻尼太大，窄脉冲作用期间表头尚未来得及达到预期值，脉冲 结果指针即随之反冲干扰时，操作者就不能指望测量接收机会有类似于 常规仪表那种稳定的数值可读。换言之，测试者操作的熟练程度将会明 显影响测量结果。 北京交通大学硕士论文 第二章接收机的内部结构和工作原理 2 3 4 过载系数 过载系数是指相应各级电路偏离理想线性l d b 时的输入电平与指示 器最大指示时的输入电平之差( d b ) 。 过载系数问题在其他接收机中也有，假在干扰测景中有其特殊性。 脉冲通过测量接收机后，脉冲持续时间t 和测量接收机通频带f 的关系 为t l f 。 对3 0 m h z 1 0 0 0 砌舷的测量接收机来说，其邋频带为1 2 0 k h z ，则 脉冲持续时间t = l ，f l 1 2 0 = o 0 0 8 3 3 ( m s ) 。 但惯性检波器的充电时间常数为l m s ，因此电容器上充电电压只达到 矿e 三：0 0 0 8 3 3 e 上式中e 为脉冲振幅，t c 为检波器充电时间常数。 可见，测量脉冲干扰时的指示值与测巢一正弦信号指示值相同时， 干扰脉冲的最大幅度比正弦最大幅度大1 2 0 倍。换言之，e m i 测量接收 机内部备级放大器幅度的特性必须比测试正弦信号肖1 2 0 倍以上的动态 范围储备，否则就会因动态范围小而使干扰脉冲在放大过程中饱和限幅， 输出读数减小，测量误差增大。提高过载能力是干扰测量仪的技术难点 之一。 2 。3 5 脉冲特性 e m l 测量接收规的脉冲特性是对上述凡个基本姆性豹综会评定，也 是检定e m i 测量接收机时的一个特有测试项目。 绝对脉冲特 生援定当指定频谱密度的脉冲艇在搬啜测量接收机上 时，测量结果必须与指定的正弦信号具有相同的响威，简称幅值响应。 - i l - 北京交通大学硕士论文 第二章接收机的内部结构和工作原理 相对脉冲特性则是规定e m i 测量接收机对不同重复频率的脉冲干扰读数 的相对变佬规律，又称黧复频率响应。翻 2 3 6 预选滤波器( p r e s e i e c t o r ) 因为实际测掇应用时需要e m i 测量接收机测最的信号频率范围很 宽。露任舞器 牛本身特隧决定，器件线性王作频率又不能很宽。为了精 确观察被测频率的信号和提高测嫩精度，需要把所关心的输入信号使用 预选滤波器滤波滤去带乡 豹频率部分，提淑有焉频率再遴一步分柝。预 选滤波器实际上就是一列工作频段不同，由低频到高频排列的带通滤波 器。童接收撬接收频率对准某一调谐频率时，裁选溺相应范围的某个滤 波器，使得带外信号不能进入接收机。 燕型的预选器频率蒗隧： 9 k h z t o2 m h z 固定 2 m h z t o 5 0 0 m h z 跟踪 5 0 0 m h z t 0 2 7 5 0 m h z 固定 表2 2 2 3 7 预选放大器( p r e a m p i f i e r ) 为了提高测量接收枫的动态范围，接收机内部可以安装一个增菔 1 0 d b 的预放大器。如果信号强度很小，可以打开预放大器提高信号的幅 度，但阂时也会提高嗓声的输入电平，因此当使用预放大器时应注意。 2 3 。8 射频衰减器( r fa t t e n u a t o r ) 有豹时候输入信号蠛发很强，如果直接输入到接收枧内部，有可能 进入混频器的非线性区域或者放大器的饱和区引起i 哽| f 量失真；如果信号 j 0 京交通大学硕士论文 第二章接牧祝的内部结构和工作原理 更强，将有可能烧毁前端电路。为了调整整机的动态范阑需要使用射频 衰减器减小输入信号的幅度。 2 3 9 射频放大器( r fa i l i p i l f i e r ) 如果拥上 = ； 放大器豹1 0 d b 增益，输入信号的幅度仍然不足，射频放 大器将进一步增强信号，提高测量动态蕊围。 注：由于每个器传的动态范围都是有限的，对于小输入信号需要放大，大输入信号 需要衰减，已调整信号电平，增加整机的动态范围。 2 3 o 本辛几振荡器( l o e a l o s c lii a t o r ) 本机振荡器为接收机提供基本的频率标准信号。对于超外差接收机 来说，本振信号的精度十分重要，如果仪器使用在精度簧求嵩的场合， 需要配备商稳掇体振荡器选仕。 2 3 1 1 混频器( c o n v e r t e r ) 为了把低频信号和高频信号线性频谱搬移到中频附近，就需要使用 混频器。输入信号与本振信号混频，经过中频滤波器滤波就得到中频信 号【弱。 2 3 1 2 中频滤波器( 1 ff li t e r ) 中频滤波器实酥上就是一个带遥滤波器。由于梭波器的工作线性范 围有限，要想提高测量精度，必须绘检波电路加载合适频率的信号。因 此使用中频滤波器滤出有用信号，把带外信号抑制调，减小无用信号对 检波电路的影响。 北京交通大学硕士论文第二章接收机的内部结构和工作原理 2 3 1 3 中频放大器、中频衰减器 作用很像射频部分，主要目的是进一步调整信号幅度，以使被测信 号进入检波电路的线性区。 2 3 1 4 中频输出( i fo u t ) 一台接收机测量精度受到中频信号的制约。某些情况下需要使用频 率计监视中频信号的准确度。这个时候接收机必须能提供中频信号输出 通道。( 并不是每个厂家都提供中频信号输出功能。) 2 3 1 5 检波加权电路( d e t e c t o r ) 中频输出信号是有用信号调制中频信号，必须解调出中频信号包络 曲线。不同检波方式检波器解调包络信号使用的运算方法不同，可以显 示不同类型的信息，其中准峰值检波器是e m i 测量接收机特有的检波器。 2 3 16 低频放大器 从检波器输出的低频信号需要有足够的能量才能推动电表摆动显 示，因此信号能量较小时，需要低频放大器调整信号电平。 2 3 17 电表州 信号从低频放大器输出后直接推动电表指示。随着数字技术的发展， 采用数字方式显示测量结果已经成为趋势。但是电表作为测量仪表的一 部分仍然保留。很多有经验的测试工程师习惯使用电表判断数值的变化 趋势。 北京交通大学硕士论文第二章接收机的内部结构和工作原理 2 4 未来接收机发展方向 随糟数字信号处理技术的发展，e m i 测量接收机随着数字化技术也 随之快速发展。部分离级测量接收规已实现中频数字化，这样可以大大 提高中频分析、检波等测量环节的精度。如果取样精确，将使中频以后 部分的误差仅为计算误差。 随精数字信号处理技术的进一步发展，接收机将实现射频数字化。 这样模拟器件只出现在潺频器蓠级，将在幼态范围、测量时间、澳薰能 力、测基精度等方面大大提高。 北京交通大学硕士论文 第三章评价接收机性能的关键性指标 第三章评价接收枧性熊的关键性指标 3 。 c l s p r 对酬l 测萋接收鞔的要求嘲 3 。1 1 镰入阻拣 测最接收机的输入电路应采用非平衡式。其输入阻抗的额定值为5 0 o ，虽当射频衰减为o d b 时，其电雉驻波比( v s w r ) 不得超过2 o ；当 射频衰减等于或大于1 0 鹋时，v s w r 不得超过1 2 。 注：在9 k h z 3 0 m h z 频率范围内的对称输入阻抗当进行对称测量并采用平衡输八变 换器时，应优先选用6 0 0 q 的输入阻抗。该输入阻抗可由相关的对称型的人工电源 网络提供( 必须与测量接收机匹配) ，也可以由测量接收机提供。 3 。2 纂本特惶 频率范围 基本特性 9 1 5 0 ；龃zo 。1 5 3 0 m h z3 0 1 o m h z 6 d b 带宽 2 0 0 h z9 k h z1 2 0 k h z 检波器充电时间常数 4 5 m slm slm s 检波器放电时闻常数 5 0 0 m s1 6 0m s5 5 0 m s 临界阻尼指示器机械时间常数 1 6 0 m s1 6 0 m s1 0 0 m s 检波器前电路麴过载系数 2 4 d b3 0 如4 3 。5d b 检波器与指示器之间的过载系数 6 d b1 2 d b6 d b 表3 1 注：1 、机械时间常数的定义，假设捐乖器是一种线性设备，就是说相等的电流会 产生相等的偏转增量。假如电流和偏转之间存在其 也_ 的转换关系，但只要满足拳荣 要求，这种指示器亦可使用。在电子仪器中，机械对闻常数可使用延时电路来模拟。 - 1 6 北京交通大学硕士论文 第兰章评价接收机性能的关键性指标 2 、电气和权械簿嗣常数都没给出允差，测蚤接收机的实际值是由满足脉冲峨 应的要求采确定的。 3 1 3 正弦波电愿精度 当旌加5 0q 源阻抗的正弦波信号时，正弦波电压的测量精度应优于 2 d b 。 3 4 脉冲晌应 幅度关系( 绝对校准) 测量接收机程所有调谐频率上对基准试验脉冲的响应应与调谐频率 上对未调制正弦波信号的响应相等，误差不得超过1 5 d b 。脉冲发生器 和正弦波信号发生嚣的源阻抗均为5 0q 。正弦波信号的电动势均方搬傣 为2 m v ( 6 6 d b 塾v ) ，基准试验赫滓戆特憔觅裘 准峰值测量接收机基准试验脉冲的特性 频率范围脉冲强度“v s均匀频谱最小上限m h z重复频率h z 9 1 5 0 k h z 1 3 5 0 + 1 5 2 5 0 1 5 3 0 m h zo - 3 1 6 3 0 1 0 0 3 0 3 0 0 m h zo 0 4 43 0 01 0 0 3 0 0 o ( 嬲狂z o 。0 4 4l o o ol 表3 。2 随重复频率的变化( 相对校准) 测量接收机对熏复脉冲的响应应做到；当测量接收机的指示保持不 变时，幅度与羹复频率之间的关系如图 北京交通大学硕士论文 第三章评价接收机性能的关键髅指标 _ 羹捧羹獬瓣 图3 1 脉冲响艘曲线( a 频段) 图3 2 脉冲波形( a 频段) e 1 a h a 7 3 。2 ，4 n v 誊赫薹r 驰蕃 0 9 ：26 i ：3 0 1 8 - 北京交通大学硕士论文第_ 兰章评价接收机性能的关键性指标 l o 蚶s 鼍耐慌糖 脚l 蠢女 籼 图3 3 脉冲响应睦线( b 频段) 图3 4 脉冲波形( b 频段) - 1 9 葶善鲁臀鬟首斟豫蒜苗薯 北京交通大学硕士论文 第三章评价接收机性能的关键性指标 。$ 蠹 r 篝。量 # _ 即 l 矗_ i 。一 i l - - 、 嘲w 一糙铲掰 女酾豁 f o 滢飘垃上誊 ，一眦妇蚋 鬻 i = i ；， 墓嚣槁郦恶爹 +1 誓i 辨誓l 瓷i 、 v ， _ - 萄“。叠、| ； 、 。：1 露警! i l j ? l | | | | ：|：司 l - 2 0 - 北京交通太学硕士论文 第三三章评价接收机性能的关键摊指标 重复频率 标寇频段一定对，脉冲的相对等效i 电平d b h z 9 1 5 0 l m zo 1 5 3 0 m h z3 0 3 0 0 m h z3 0 0 1 0 0 0 m h z l o o o见注6* 4 5 1 08 0 1 o_ 8 o l - 0 1 0 04 0 1 oo ( 基准)o ( 基准)0 ( 基准) 6 0 3 0 1 o 2 5 o ( 基准) 2 0+ 6 5 1 o+ 9 o 1 o+ 9 o 1 o 1 0+ 4 。o l 。o+ l o o 1 5+ 1 4 o 1 5+ 1 4 奄1 。5 5 + 7 5 1 5 2+ 1 3 o 2 o十2 0 5 2 0+ 2 6 0 2 0+ 2 6 o 2 0 + 1+ 1 7 o 土2 o+ 2 2 5 2 o+ 2 8 5 2 0 + 2 8 5 2 o 孤立脉冲+ 1 9 o 2 o十2 3 5 2 0+ 3 1 5 2 0+ 3 1 5 2 0 + 3 。1 。5 选择惶 表3 3 总选择性( 通带) 测量接收机的总选择性曲线应介于图3 8 3 1 0 所示的极限值之间。 它是由测量接收机产生相同指示时输入的正弦波电压幅度随频率变化的 曲线来描述的。 北京交通大学硕士论文第三章评价接收机性能的关键性指标 醣 | ：_ | | | ； j i ；l i d j 、 | | w 擅庸蛳朔卑错甓权 + 盯 。 图3 8 总选择性( 通带) 的极限值( a 波段) 譬麻q t 喇| 曲十尊t t t k 龇。 图3 9 总选择性( 通带) 的极限值( b 波段) 4 埘 州柚8 一l 柚b 2 2 雹麓馨蔫掣埠斯毒甜_ 毒一摹警萋电蓥鼍 北京交通人学硕士论文第三章评价接收机性能的关键性指标 - 忡- * 幡生tc 如 图3 1 0 总选择性( 通带) 的极限值( c 波段和d 波段) 3 1 6 中频抑制比 当测量接收机的指示保持不变时，输入的中频正弦波电压与调谐频 率的f 弦波电压之比不得小于4 0 d b 。 当采用多个中频的情况下，每个中频都应满足要求。 3 1 7 镜频抑制比 当测量接收机的指示保持不变时，输入镜像频率的正弦波电压与调 谐频率的正弦波电压之比不得小于4 0 d b 当采用多个中频的情况下，每个中频都应满足要求。 3 1 8 其他乱真响应 当测量接收机的指示保持不变时，除了上述两条中规定的频率外， 其他频率的正弦波输入电压与调谐频率的正弦波电压之比不得小于 北京交通大学硕士论文 第互章评价接收机性能的关键性指梅 4 0 d b 。下式中绘出了有可能出现其他乱真信号响应的频率：上( 暖，z ) 和瓴) 正 式中：n ，m 和k 整数。 五本桃振荡频率； ，中频； 五调谐频率。 注：在采用多个中频的情况下，频率 和z 分别是每个本机振荡频率和所采 用的中频。此外，在测量接收机不施加任何输入信号的情况下，也会出现乱真响摩， 例如，在本机振荡嚣的谐波频率与一个中频频率不同的情况下就会出现乱真响应。 因此本标题下的要求不适用于后者，这尊乱真响应所产生的响应将在下条中叙述。 3 ，1 9 募调效应的羝值 当进行下述试验时，测量接收机的响应不应受互调效应的影响。 试验按下图所示布曼。脉冲发生器所产生盼脉冲频谱在低于秘等予 表3 4 频率时应基本上是均匀的，而在表应至少降低1 0 d b ，在试验频率 点，带阻滤波器至少应衰减4 0 d b ，相对于滤波器最大衰减的6 d b 带宽 b 6 斑介于4 之间 准峰值测量接收机互调试验的带宽特性 频率范围 ( 1 ) k h z( 2 ) k h z ( 3 ) m h z( 4 ) m h z 9 1 5 0 k h z o 44 o 1 5 0 1 3 o 5 3 0 m h z 2 0 2 0 0 3 0 6 0 3 0 3 0 0 m h z5 0 0 2 0 0 0 3 0 06 0 0 3 0 0 1 0 0 0 z 5 0 0 6 0 0 01 0 0 02 0 0 0 袭3 4 北京交遂大学硕士论文第三三章评价接收机性能的关键性指标 i ，哮 一岫q 鱼净 鹋晦“一赫雌：_ 翻3 1 1 互调效应试验框图 将正弦波信号发生器直接岛测量接收机相连接，调接正弦波发生器 箨裂一方便的读数。用脉冲信号发生器替代正弦波发生器，并调整到相 同的电平。该脉冲重复频率在a 频段为2 5 h z ，在其他频段为1 0 0 h z 。 按照上述的试验方法，用脉冲信号发生器代替正弦波信号发生器时， 滤波嚣须引入豹衰减不得低予3 6 哇b 。 3 1 1 0 酬i 测量接收机内噪声和机内连续波乱真信号的限值 醚枫噪声 测量接收机的背景噪声所引入的误差不得超过1 d b 。 注：对于含有中频衰减器的测量接收机，当按照下述步骤试验时，如恭 符合下述要求，就可认为满足本要求。在测量接收机的输入端加一正弦 信号，其大小调节到某一有效值，使测量接收机指示器得到一偏转指示 e ，在中频级引入1 0 d b 衰减。提高输入信号电平，使指示器恢复到原来 的编转指示e 。诧辩，输入信号电平增值应农l o l 堪b 之闯。 连续波乱真信号 当采用多个中频时，测量接收机对于任意输入信号，由于乱真响应 北京交通大学硕士论文 第兰章评价接收机性能的关键性指标 存在所弓 入的测量误差不得超过l d b 。对于禽有中频衰减器的测量接收 机，廉按上条描述的蒡5 样进行试验，如果符合要求，雯习认为已满罡要求。 但中频衰减器只能在最后一个混频级之后才能出现。 3 。1 屏蔽效能 屏蔽效能是对测量接收机农电磁环境中性能不降低的前提下工作能 力的薰度，这一要求适用于所有的测量接收枫。 测量接收机的羼蔽应做到：在3 v ，m 的电磁环境中，在9 k h z 1 0 0 0 m k 频率范围内任一频率点上，制造厂所规定的指示范围的最大值和最小值 所产生的误差不得大于l d b 。试验按下述方法进行： 将信号发生器放置于屏蔽塞外，将输入信号用一根屏蔽良好的( 半 刚性) 2 m 长电缆通过屏蔽壁的馈通接头加到屏蔽室内的接收机上，输入 信号的电平应分别处于专造厂规定的最大健联最小僮。测量接收枫所蠢 其他弼轴终端应端接特性阻抗。 试验时，应按测量接收机正常使用时最简单的布置( 包括诸如耳机 等选件) ，虽接上必不可少的弓l 线( 如电源线帮输入电缆) 。弓l 线长度及 其布鬻应与典型使用情况相致。 测量接收机附近的环境场强腹用场强监测仪来测量。 测量接收机在蠢3 v 抽电磁场嗣去除该强度的电磁场这弼耪情提下， 其指示变化不得超过l d b 。 3 1 1 2 用于连接不连续干扰分析仪的输出装豢 当测量不连续干扰时，测量接收机在所有频段都必须肖两个输出端， 其中一个是中频输出，另一个魁准峰值检波器的输出。这两个输出端的 北京交道大学顶士论文第三章评价接收枫性能的关键性指标 负载都不应影响指示器。 3 2 校准方法的理论解释 3 2 1 输入阻抗 图3 。1 2e m 溺蘩接收祝典型系统框图 ll d 图3 1 3 对于e m i 测量接收机输入阻抗的要求，同端口电压驻波系数规定。 网络的输入驻波比，定义为网络输出参考燕2 接匹配负载时网络输 入参考面1 上的驻波比，记做pa 因为网络输入端电压发射系数的模列 等于散射参量旧，l ，所以 鼻 萤 北袁交通大学硕士论文 第互章谨价接收梳性能躺关键性指标 p = 制 散射参量【s 】是微波网络参量最基本参量，可以由下式得到 ( 蹦撒乏 氍淼篙) j 。丑i 口：os 1 1 参数就是2 端匹配时，端口1 的反射系数 口。 s ：= 生k = os 2 2 参数就是1 端匹配对，端口2 的反射系数； 口。 s ；：= 堕k = os 1 2 参数就是l 端匹配时，端雎2 的传输系数 口 屯。= 蔓i 吼= os 2 l 参数就是2 端匹配时，端口1 的传输系数。 “l 因为几乎绝大多数的测量系统都是5 0q 系统。根据传输线理论在被 测信号频率较随时必须考虑阻抗匹配问题。因此测量系统中每个部分应 尽量保证频域阻抗为5 0 0 。e m i 测量接收机的频域阻抗要有明确的要求。 如果一台测量接收机输入等效频域电阻不等于5 0q ，输入信号在输 入端口将产生反射。如果输入端口反射过大，我们无法确定输入信号有 效输入到接枝机内部的幅度、相位。那么它测量的任何信号都是没有意 义豹。 测量接收机的输入电路应采用j 平鸳式。英输入阻抗瓣额定健为5 0 q ，且当射频衰减为o d b 时，箕电压驻波比( v s w r ) 不得超过2 o ；当 2 8 北京交通大学硕士论文第三章评价接收机性能的关键性指标 射频衰减等于或大子1 0 趣日孝，v s w r 不得超过1 2 。 接收机输入端口产生反射有两个主要原因： 1 、从输入端口看过去接收机整体的等效阻抗。当等效阻抗不等于5 0q 时，根据传输线淼理将会产生反身重。 2 、接收机输入n 型端口与电缆m 型端口连接处，由于连接不紧密，油 腻，等原因导致在端口逑接处产生反射。 校准电缆的时候，把t 的影响和电缆端口的影响醴经考虑到阚络分 橱仪的存储空闽内部了，直接测量s 2 2 参数就可以得到接收枧端口的反射 系数。再根据公式 p = 制 就可以得到接收机端口驻波系数。 3 2 2 混频器 混频器是频谱线性搬移电路，是一个六端口网络。它有疆个输入电 压，输入信号吼和本地振荡信号叱，其工作频率分别为正和兀；输出信 号为鲇，称为中频信号，其频率是正和 的差频或和频，称为中频z ， 一= 五正( 同时也可采用谐波的麓频或和频) 。由此可见，混频器在频 域上起着减( 加) 法器的作用。 在超外差接收枫中，混频器将已调信号( 其载频可在波段中变化， 如h f 波段2 3 0 m h z ，v h f 波段3 0 9 0 m h z 等) 变为频率固定的中频 信号。混频器的输入信号“。、本地振荡信号叱都是高频信号，中频信号 也建已调波，除了中心频率与输入信号不同外，由于是频谱的线性搬移， ，q 北京交通大学硕士论文第三蕈评价接收机槛能的关键性指标 其频谱结构与输入信号钳。的频谱结果完全楣嘲。表现在波形上，中频输 出信母与输入信号的包络形状褶同，只是填充频率不同( 内部波形疏密 程度不同) 。下图表示了这一变换过程。 翻3 1 4 这也就是说，理想的混频器( 只有和频或差频的混频) 能将输入已l 调信号不失真地变换为孛频信母。 中频力与五、无的关系有几种情况；当混频器输出取差频时，有工 2 工一五或一= 兀一z ；取和频时有五一正+ 五。当六 正时，称为向上变频，输出高中频。虽 然高中频比此时输入的高频信号的频率还要商，仍将其称为中频。 漫频是频谱的线性搬移过程。由兹弱的分柝已知，完成频率的线性 搬移功能的关键怒爱获得两个输入信号的乘积，能找到这个乘积项，就 可完成所需的线性搬移功能。设输入到混频器中的输入已调信号虬和本 振电歪屹分羽为 “。= 虬c o s q c o s 比f 掰= 吼c o s f 0 北京交通火学砸士论文第三章评价接收机性能的关键性指标 钍。甜= t u lc o s q f c o s k f c o s m t = 丢玑巩c 。s q 和。s ( 比+ 弦+ c o s ( 比一屹) 铂 若中频石一五一工，上式经带透滤波嚣取出所霞迭带，哥褥中频电篚为 “，= uc o s n r c o s f 。由此可得完成混频功能的原理框图。 静一多一匦逐迸登一 0 翻3 。1 5 由于镜频等乱真信号的影响，因为必须对接收机的中频、镜频和其 他乱真信墨作出规定。 3 2 3 频率晌应 接收槐的频率响寝是反陕接收撬整体性能的指标。对予一台丑m l 测 量接收机来说，其主要目的就是测撬某个频率下干扰信号的大小( 电平 值) ，接收机内部几乎所有的部件都会影响接收机的频率响威结果。信号 从输入口输入 射频衰减器 谶频发大器 混频器( 不褥频率的信 号经历的混频器个数墩不相同) 一 中频滤波器 中频衰减器一 中频 放大器 龟络检波器( 包括4 种检波器) 一 加权 低频放大器 显 示部分。经历上述各个部分以后，接收机才能最终显示接收到的信号的 大小，虽然每个模块都要分别校准，但是各个模块整体工作的情况必须 经过整体评价。校准接收机频率晌废指标的嚣的就是，在把每个参数的 影响设定到可控范围情况下，评价攘收机整体测试信号的性能。 北京交通大学硕士论文端三章评价接收机性能的关键性指标 被测信号分为两类，一种是窄带信号，典型信号为正弦信号：一种 是宽带信号，典塑信号为波形已知的矩形脉冲信号。为了评价接收机接 收信号的性能，就必须把以上两种信号的己知典型信号输入到接收机输 入端，观察接收机的响应是否能满足设计指标的要求。 在频率桶疲参数部分，仅仅考察接收机对正弦波信号的响应。矩彤 脉冲信号在脉冲响应部分下考察。 不同频率下信号源输出电平幅度、接收机r f 衰减器r b w 和参考电 平设置都采用相同设置，可以消除这些项的产生的误差。 当施加5 0q 源阻抗的难弦波信号时，正弦波电压的测詹精度成优予 2 d b 。 3 2 毒检波器 标准的e m i 测量接收机是选频装置，它的通带选择得足够窄，使通 带内的干扰信号频谱密度实际上是不变的。 为了测量e m i 信号的备种幅值特性，需要有不同的检波器。目前使 用的e m i 测量接收机检波器有峰值、准峰值和平均值检波器，其基本电 路形式都是一样的，如图： 图3 1 6 北京交通大学硕士论文第三章评价接收机性能的关键性指标 峰值检波器的特点是充电时间常数很小，即使是很很窄的单个脉冲 也能很快充到稳定峰值。中频信号消失之艨，由于惫路的放电时闻常数 很大，检波输出电压可在很长一段时间保持在峰值上。雷达中就是利用 这； 申峰