测量接收机与频谱分析仪的区别.ppt

电磁兼容测量接收机与频谱分析仪 深圳拓科锐科技有限公司韦风 电磁兼容测量接收机与频谱分析仪 第一节测量接收机 2020 3 16 3 测量接收机是窄带仪表传感器 特殊的测量接收机外差式用正弦信号定标 2020 3 16 4 1 准峰值测量接收机的整机特性 用测量接收机测量电磁噪声 习惯上以等效于正弦电压的值评定其强弱 即 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 测量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 现代的辐射电磁噪声测量仪 实际上就是一台带有校准装置和满足特殊要求的测量接收机与测量天线的组合 2020 3 16 5 测量接收机的三大组成部分 2020 3 16 6 线性放大电路 放大 选频 通频带 2020 3 16 7 幅度检波电路 将中频噪声电压检波成直流或缓慢变化的电流 2020 3 16 8 指示电表 显示检波器解调的结果 2020 3 16 9 测量接收机检波器前主要线路结构 2020 3 16 10 准峰值测量接收机的基本特性 2020 3 16 11 准峰值测量接收机基准实验脉冲的特性 2020 3 16 12 绝对脉冲特性 0 03 1000MHz 与相对脉冲特性 2020 3 16 13 脉冲特性 带宽 决定了能够达到检波器的噪声包络形状过载系数 尖锐脉冲顶部是否线性通过TC Td 最后指示与A fPR间关系TM 低fPR的指示 2020 3 16 14 2 通频带 带宽 低于响应曲线中点某一规定电平处 测量接收机总选标性曲线的宽度 Bn 国标规定以6dB处带宽为准 n 6 2020 3 16 15 总选择性 通带 的极限值 30 1000MHz 频段 2020 3 16 16 3dB带宽 对于两个临界耦合的调谐变压器构成的选择性曲线 2020 3 16 17 功率带宽 等效随机噪声带宽Brn 式中 F f 选择性特性F0 F f 的最大值 单峰曲线 对临界耦合双调谐回路 2020 3 16 18 2020 3 16 19 脉冲带宽Bimp 式中 A t max 输入端加A 脉冲时 中频输出包络的峰值G0 该电路中心频率增益对于临界耦合调谐变压器 2020 3 16 20 3 检波器的时间常数 充电 Cr放电 CR 2020 3 16 21 人耳对声音噪声的反应 1 能接受的最小脉冲宽度0 5 1ms2 脉冲终止后 需经过160 200ms才感觉消失3 感觉的噪声强度随fPR而增加 2020 3 16 22 充放电时间常数的确定 2020 3 16 23 准峰值检波器的时间常数 2020 3 16 24 3A 电表的机械时间常数电表的三种阻尼特性 2020 3 16 25 临界阻尼指示器的机械时间常数TM 式中 TL 去除全部阻尼之后的自由振荡周期 2020 3 16 26 临界阻尼指示器的运动方程 式中 偏转指示i 流经指示器的电流k 常数对于数码显示 要接入二阶低通滤波器 2020 3 16 27 准峰值测量接收机指示器的时间常数 ms 2020 3 16 28 4 过载系数 反映测量接收机线性级的线性 2020 3 16 29 过载系数的必要性 例 脉冲到达检波器的宽度 对于0 03 1GHz频段B 120kHz则 8 3 s 2020 3 16 30 8 3 s 检波器充电时间 Tc 1ms则电容上的充电电压 而 要求的线性范围 约42dB 2020 3 16 31 检波前的过载系数 2020 3 16 32 检波后的过载系数 2020 3 16 33 对过载特性的规定 2020 3 16 34 5 平均值测量接收机 平均值测量接收机被设计成指示检波器前级信号包络的平均值 使用平均值检波器测量窄带信号 如各种无线电业务的信号 可以不反应与调制或噪声有关的一些信息 因而是测量无线电业务信号的电波传播特性常用的检波方式 2020 3 16 35 5 平均值测量接收机带宽 2020 3 16 36 可编辑 2020 3 16 37 5 平均值测量接收机选择性 当使用优选带宽进行测量时 其选择性曲线应与准峰值测量接收机的完全相同 当使用表中列出的非优选带宽工作时 其选样性曲线的形状与准峰值接收机的一致 但具体数据则需根据采用的带宽进行修整 2020 3 16 38 5 平均值测量接收机过载系数 检波前电路对脉冲重复频率为Hz的过载系数应为 当重复频率很低时 不可能为避免测量接收机的非线性工作提供足够的过载系数 无论接收机作何用途 不出现过载情况的最低脉冲重复频率至少应满足 A频段 25Hz B频段 500Hz C D频段 5000Hz 2020 3 16 39 5 平均值测量接收机对正弦波电压的精确度 当施加50 源阻抗的正弦波信号时 正弦波电压的测量精确度应优于 2dB 2020 3 16 40 5 平均值测量接收机绝对脉冲特性 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 5dB 发生器的源阻抗均为50 正弦信号的电动势均方根值为2mV 66dB v 基准试验脉冲的强度为1 4 fPRmVsA频段B频段C D频段脉冲重复频率25Hz500Hz5000Hz脉冲强度56 Vs2 8 Vs0 28 Vs 2020 3 16 41 5 平均值测量接收机相对脉冲特性 当测量接收机的指示保持不变时 输入幅度与重复频率之间的关系应符合下式 幅度 在下列重复频率范围内其相对脉冲特性的误差应在 3 1dB范围之内 该重复频率的低限是保证测量接收机不过载 而高限为B3 2 2020 3 16 42 6 均方根值测量接收机 均方根值与信号的功率有相关性 因而在电磁辐射环境的测量中 严格地说凡涉及保护人体健康的内容 都应该用带有均方根值检波器的测量接收机 2020 3 16 43 6 均方根值测量接收机带宽 由于均方根值对于任何类型的宽带噪声响应均与其带宽的平方根成正比 所以不必规定测量必需采用的带宽 只需将测量结果以 1kHz带宽 归一化后给出即可 归一化的方法是将测量所得的值除以 功率带宽 kHz 的平方根 即可 2020 3 16 44 6 均方根值测量接收机带宽 此前所述的对带宽的要求 无论是准峰值 平均值 均方根值接收机 均指测量宽带电磁噪声的情况 即认为在测量带宽内电磁噪声的频谱是平的 如果测量的对象是窄带信号 即信号的全部频谱均落在测量接收机的通带之内 则测量的结果将与带宽无关 极端情况 如测量对象为一等幅正弦波 则其在频域只有一条谱线 此时 即使用很窄的带宽也可以完整无损地将该信号接收下来 在此情况下 如增加接收机的带宽 只会使本机噪声 本机噪声是接收机的前级热噪声 是典型的宽带信号 增加 降低接收机的信 噪比 使接收机接收小信号的能力下降 2020 3 16 45 6 均方根值测量接收机选择性 由于上述的均方根值检波器对测量带宽不规定要求 所以前述对准峰值接收机要求的选择性曲线仅是在形状适用于均方根值接收机 2020 3 16 46 6 均方根值测量接收机过载系数 检波器前电路对重复频率为的脉冲 其过载系数应为1 27 B3 fPR 1 2 B3与fPR的单位均为Hz 一般而言 在脉冲重复频率很低时 不可能为避免均方根值测量接收机的非线性提供足够的过载系数 这一情况与平均值检波器类似 2020 3 16 47 6 均方根值测量接收机对正弦电压的精确度 当施加50 源阻抗的正弦波信号时 正弦波电压的测量精确度应优于 2dB 2020 3 16 48 6 均方根值测量接收机绝对脉冲特性 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 5dB 发生器的源阻抗均为50 正弦信号的电动势均方根值为2mV 66dB v 基准试验脉冲的强度 IS 为A频段 9 150kHz fPR 25Hz IS 278 B3 1 2 VsB C D频段 0 15 1000MHz fPR 100Hz IS 139 B3 1 2 Vs 2020 3 16 49 准峰值均方根值测量接收机的脉冲响应的相关性 2020 3 16 50 6 均方根值测量接收机相对脉冲特性 当表头指示保持不变时 输入幅度与重复频率之间的关系对均方根值检波器应符合下式的关系 幅度 2020 3 16 51 测量接收机小结 A 指标要求是多方面的 严格的 指标联系着脉冲响应 B 不同检波的测量接收机之间的相关性是复杂与严格的 C 如不能正确理解本章所述各项要求 则不能对测量结果有明确认识 电磁兼容测量接收机与频谱分析仪 第二节射频频谱分析仪 2020 3 16 53 1 频谱分析原理利用频率扫描方式 2020 3 16 54 1 频谱分析原理利用频率扫描 外差式 2020 3 16 55 1 频谱分析原理两类频谱分析方法的比较 2020 3 16 56 2 频谱分析仪的主要指标工作频率 全屏扫描全部工作频率的方法 最好少用 这一方面是由于不可能获得高的分辨率 另一方面也容易产生寄生响应 选购频谱分析仪时 对其工作频率的选择 高频端 不必盲目追求工作频率尽量高 低频端 当工作在最低频率时 本振频率十分接近中频 本振的边带噪声有可能落入中频选择性曲线之内 从而在显示屏上出现较高电平的噪声 所以此时仪器的灵敏度会大受影响 2020 3 16 57 2 频谱分析仪的主要指标滤波器及其带宽 中频滤波器是决定频谱分析仪的频率分辨能力的 其带宽决定分辨率带宽 ResolutionBandwidth RBW 通常具有多个可供操作者选择的分辨率带宽 前级产生的热噪声会通过中频滤波器并经过检波反应在显示屏上 而热噪声是典型的宽带噪声 所以中频滤波器的通带宽度直接影响着显示屏上的噪声显示 若分辨率带宽增加10倍 显示的平均噪声电平将增加10dB 决定分辨率的滤波器的参数除带宽外 还有形状因数 2020 3 16 58 2 频谱分析仪的主要指标滤波器及其带宽 视频滤波器是在检波器与显示屏之间的低通滤波器 其通带从0Hz开始 在仪器面板上其带宽称为视频带宽 该滤波器是用以平滑检波以后的噪声起伏 可以改善在显示屏上对弱信号的鉴别力和在低信 噪比下测量的可重复性 但它与分辨率无关 也不改变仪器的灵敏度 操作时 要求VBW RBW 2020 3 16 59 2 频谱分析仪的主要指标滤波器及其带宽 视频滤波器的噪声 平均 功能 2020 3 16 60 2 频谱分析仪的主要指标剩余调频 当频谱分析仪工作在很高的频率 并采用很窄的分辨率带宽时 若显示屏的扫描宽度设置也比较小的话 有时我们可以发现显示的谱线在频率轴上可能有些抖动 一方面是信号本身频率在抖动 这是正常现象 也是使用频谱分析应该获得的测量结果 另一种情况 被测信号可能十分稳定 但由于 本机振荡 频率不稳定而导致的不稳 致使显示的谱线抖动 这是我们不希望出现的 例 设频谱分析仪的中频频率 70MHz 分辨率带宽为10Hz 信号 1GHz 则本机振荡频率930MHz 若其频率抖动为10 8 则的抖动绝对值为Hz 9 3Hz 2020 3 16 61 2 频谱分析仪的主要指标关于前置放大器 一些频谱分析仪在混频器前增加了前级 输入衰减器 前置放大器与射频滤波器 类似于测量接收机的高频级 这样做有几个目的 改善频谱分析仪的灵敏度 有效地改善寄生响应的指标 预选 功能 有利于保护混频器 2020 3 16 62 2 频谱分析仪的主要指标动态范围 动态范围并非指显示屏显示的最高与最小电平之差 而是频谱分析仪可以测量的最高电平与最低电平之差 因为在射频衰减器之前无电子器件 射频衰减器与显示的平均噪声电平无关 中频滤波器之前各级产生的热噪声都会受中频滤波器的限制 因而分辨率带宽会影响显示的平均噪声 例如 某频谱分析仪工作频率1MHz 3 2GHz 射频衰减器0dB 前置放大器关断 by pass 条件下 分辨率带宽1kHz 视频带宽10Hz时显示的平均噪声电平为 117 2f GHz dBm 工作频率升高 本机噪声加大 当被测信号电平与显示的平均噪声电平相等时 在显示屏上信号将以近似3dB的突起显示在平均噪声之上 我们认为这是频谱分析仪可以测量的最低电平 2020 3 16 63 2 频谱分析仪的主要指标动态范围 对于大多数频谱分析仪 1dB压缩电平 的典型值为0 10dBm 输入端不产生1dB压缩的最大可输入电平为 第一混频器的 1dB压缩电平 射频衰减器衰减 2020 3 16 64 a 减小射频衰减器 这样可以提高输入至后级的信号电平 并且也不影响本机噪声的大小 从而可以提高测量的信 噪比 请注意 改变中频衰减器的值 不会改变信 噪比 但应注意 当射频衰减器减至0dB时 将带来一系列坏的影响 如仪器的输入电压驻波比变坏 以及容易烧毁混频二极管等 所以有的频谱分析仪设置了一些警告标示或较复杂的操作 使操作人员不致轻易将射频衰减量减至0dB b 减小分辨率带宽 可以有效地减小本机噪声 c 充分利用视频滤波器去平滑 Smooth 显示的噪声 办法是减窄视频带宽 VBW 例如可取VBW 0 1 0 01RBW 4 频谱仪的使用 1 达到最高灵敏度的措施 2020 3 16 65 4 频谱仪的使用 2 分辨率带宽与扫描速度的关系 当扫描过快 滤波器不能及时响应条件下 出现的后果是中心频率向高频侧偏移以及幅度下降 2020 3 16 66 4 频谱仪的使用 2 分辨率带宽与扫描速度的关系 当VBW RBW时 Ts 当VBW RBW时 Ts K 系数 随滤波器的形状因数而异 K 1数字信号处理滤波器 K 2 5同步调谐模拟滤波器 10 K 20平顶滤波器 20