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电磁兼容EMI接收机与频谱分析仪的差异

北京科环世纪电磁兼容技术有限责任公司  发布人:科环世纪 浏览次数:4772

        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。

 

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