電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)第四章

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

2、習(xí)慣上以等效于正弦電壓的值評(píng)定其強(qiáng)弱。即：在調(diào)諧到某一頻率的接收機(jī)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(shí)，在此二種情況下的讀數(shù)相同。測(cè)量接收機(jī)測(cè)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(cè)量?jī)x，實(shí)際上就是一臺(tái)帶有校準(zhǔn)裝置和滿足特殊要求的測(cè)量接收機(jī)與測(cè)量天線的組合。,2024/3/16,5,測(cè)量接收機(jī)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(cè)量接收機(jī)檢波器前主要線路結(jié)構(gòu),2024/3/16,10,準(zhǔn)峰值測(cè)量接收機(jī)的基本特性,2024/3/16,11,準(zhǔn)峰值測(cè)量接收機(jī)基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)脈沖的特性,2024/3/16,12,絕對(duì)脈沖特性(0.03~1000MHz)與相對(duì)脈沖特性,

4、2024/3/16,13,脈沖特性,帶寬： 決定了能夠達(dá)到檢波器的噪聲包絡(luò)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(yīng)曲線中點(diǎn)某一規(guī)定電平處, 測(cè)量接收機(jī)總選標(biāo)性曲線的寬度(Bn) 國標(biāo)規(guī)定以6dB處帶寬為準(zhǔn)(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(duì)于兩個(gè)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(jī)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(duì)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(shí),中頻 輸出包絡(luò)的峰值 G0 -- 該電路中心頻率增益對(duì)于臨界耦合調(diào)諧變壓器：,2024/3/16,20,3. 檢波器的時(shí)間常數(shù),,充電: Cr 放電: CR,2024/3/16,21,人耳對(duì)聲音噪聲的反應(yīng),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(qiáng)度隨fPR而增加,2024/3/16,22,充放電時(shí)間常數(shù)的確定,2024/3/16,23,準(zhǔn)峰值檢波器的時(shí)間常數(shù),2024/3/16,24,3A. 電表的機(jī)械時(shí)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(jī)械時(shí)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(yùn)動(dòng)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(duì)于數(shù)碼顯示，要接入二階低通濾波器,2024/3/16,27,準(zhǔn)峰值測(cè)量接收機(jī)指示器的時(shí)間常數(shù)(ms),2024/3/16,28,4.過 載 系 數(shù),反映測(cè)量接收機(jī)線性級(jí)的線性。,2024/3/16,29,過載系數(shù)的必要性(例),脈沖到達(dá)檢波器的寬度τ: 對(duì)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(shí)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(duì)過載特性的規(guī)定,2024/3/16,34,5.平均值測(cè)量接收機(jī),*平均值測(cè)量接收機(jī)被設(shè)計(jì)成指示檢波器前級(jí)信號(hào)包絡(luò)的平均值。*使用平均值檢波器測(cè)量窄帶信號(hào)(如各種無線電業(yè)務(wù)的信號(hào))可以不反應(yīng)與調(diào)

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

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

12、弦波電壓的測(cè)量精確度應(yīng)優(yōu)于±2dB。,,2024/3/16,39,5.平均值測(cè)量接收機(jī)絕對(duì)脈沖特性,*對(duì)基準(zhǔn)試驗(yàn)脈沖的響應(yīng)應(yīng)與調(diào)諧頻率上對(duì)未調(diào)制正弦波信號(hào)的響應(yīng)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(hào)的電動(dòng)勢(shì)均方根值為2mV(66dBμv)。*基準(zhǔn)試驗(yàn)脈沖的強(qiáng)度為1.4/fPR mVs A頻段 B頻段

13、 C/D頻段脈沖重復(fù)頻率 25Hz 500Hz 5000Hz 脈沖強(qiáng)度 56μVs 2.8μVs 0.28μVs,,2024/3/16,40,5.平均值測(cè)量接收機(jī)相對(duì)脈沖特性,*當(dāng)測(cè)量接收機(jī)的指示保持不變時(shí)，輸入幅度與重復(fù)頻率之間的關(guān)系應(yīng)符合下式。 幅度

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

15、帶寬,*由于均方根值對(duì)于任何類型的寬帶噪聲響應(yīng)均與其帶寬的平方根成正比，所以不必規(guī)定測(cè)量必需采用的帶寬，只需將測(cè)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(cè)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(cè)量接收機(jī)帶寬,*此前所述的對(duì)帶寬的要求(無論是準(zhǔn)峰值、平均值、均方根值接收機(jī))，均指測(cè)量寬帶電磁噪聲的情況，即認(rèn)為在測(cè)量帶寬內(nèi)電磁噪聲的頻譜是平的。 *如果測(cè)量的對(duì)

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

17、值檢波器對(duì)測(cè)量帶寬不規(guī)定要求，所以前述對(duì)準(zhǔn)峰值接收機(jī)要求的選擇性曲線僅是在形狀適用于均方根值接收機(jī)。,,2024/3/16,45,6.均方根值測(cè)量接收機(jī)過載系數(shù),*檢波器前電路對(duì)重復(fù)頻率為的脈沖，其過載系數(shù)應(yīng)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(fù)頻率很低時(shí)，不可能為避免均方根值測(cè)量接收機(jī)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(cè)量接收機(jī)對(duì)正弦電壓的精確度,當(dāng)施加50Ω源阻抗的正弦波信號(hào)時(shí)，正弦波電壓的測(cè)量精確度應(yīng)優(yōu)于±2dB。,,2024/3/16,47,6.均方根值測(cè)量接收機(jī)絕對(duì)脈沖特性,*對(duì)基準(zhǔn)試驗(yàn)脈沖的響應(yīng)應(yīng)與調(diào)諧頻率上對(duì)未調(diào)制正弦波信號(hào)的響應(yīng)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(hào)的電動(dòng)勢(shì)均方根值為2mV(66dBμv)。*基準(zhǔn)試驗(yàn)脈沖的強(qiáng)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(zhǔn)峰值均方根值測(cè)量接收機(jī)的脈沖響應(yīng)的相關(guān)性,2024/3/16,49,6.均方根值測(cè)量接收機(jī)相對(duì)脈沖特性,當(dāng)表頭指示保持不變時(shí)，輸入幅度與重復(fù)頻率之間的關(guān)系對(duì)均方根值檢波器應(yīng)

20、符合下式的關(guān)系?！　　　?　　 幅度,2024/3/16,50,測(cè)量接收機(jī)小結(jié),A. 指標(biāo)要求是多方面的，嚴(yán)格的，指標(biāo)聯(lián)系著脈沖響應(yīng)。B. 不同檢波的測(cè)量接收機(jī)之間的相關(guān)性是復(fù)雜與嚴(yán)格的。C. 如不能正確理解本章所述各項(xiàng)要求，則不能對(duì)測(cè)量結(jié)果有明確認(rèn)識(shí)。,電磁兼容測(cè)量接收機(jī) 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(biāo)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(yīng)。*選購頻譜分析儀時(shí)，對(duì)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(dāng)工作在最低頻率時(shí)，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(shí)儀器的靈敏度會(huì)大受影響。,,,2024/3/16,56,2.頻譜分析儀的主要指標(biāo)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(gè)可供操作者選擇的分辨率帶寬。*前級(jí)產(chǎn)生的熱噪聲會(huì)通過中頻濾波器并經(jīng)過檢波反應(yīng)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(biāo)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(duì)弱信號(hào)的鑒別力和在低信/噪比下測(cè)量的

24、可重復(fù)性。*但它與分辨率無關(guān)，也不改變儀器的靈敏度。操作時(shí)，要求VBW≤RBW。,,,2024/3/16,58,2.頻譜分析儀的主要指標(biāo)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(biāo)剩余調(diào)頻,*當(dāng)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(shí)，若顯示屏的掃描寬度設(shè)置也比較小的話，有時(shí)我們可以發(fā)現(xiàn)顯示的譜線在頻率軸上可能有些抖動(dòng)。*一方面是信號(hào)本身頻率在抖動(dòng)。這是正常現(xiàn)象

25、，也是使用頻譜分析應(yīng)該獲得的測(cè)量結(jié)果。*另一種情況，被測(cè)信號(hào)可能十分穩(wěn)定，但由于 (本機(jī)振蕩)頻率不穩(wěn)定而導(dǎo)致的不穩(wěn)，致使顯示的譜線抖動(dòng)，這是我們不希望出現(xiàn)的。*例：設(shè)頻譜分析儀的中頻頻率=70MHz，分辨率帶寬為10Hz，信號(hào)=1GHz，則本機(jī)振蕩頻率930MHz，若其頻率抖動(dòng)為10-8，則的抖動(dòng)絕對(duì)值為Hz=9.3Hz。,,,2024/3/16,60,2.頻譜分析儀的主要指標(biāo)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(jí)（

26、輸入衰減器，前置放大器與射頻濾波器），類似于測(cè)量接收機(jī)的高頻級(jí)。這樣做有幾個(gè)目的：*改善頻譜分析儀的靈敏度；*有效地改善寄生響應(yīng)的指標(biāo)“預(yù)選”功能；*有利于保護(hù)混頻器。,,,2024/3/16,61,2.頻譜分析儀的主要指標(biāo)動(dòng)態(tài)范圍,*動(dòng)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(cè)量的最高電平與最低電平之差。*因?yàn)樵谏漕l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(jí)產(chǎn)生

27、的熱噪聲都會(huì)受中頻濾波器的限制，因而分辨率帶寬會(huì)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(shí)顯示的平均噪聲電平為 -{117-2f(GHz)}dBm。工作頻率升高，本機(jī)噪聲加大。*當(dāng)被測(cè)信號(hào)電平與顯示的平均噪聲電平相等時(shí)，在顯示屏上信號(hào)將以近似3dB的突起顯示在平均噪聲之上。我們認(rèn)為這是頻譜分析儀可以測(cè)量

28、的最低電平。,,,2024/3/16,62,2.頻譜分析儀的主要指標(biāo)動(dòng)態(tài)范圍,*對(duì)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(jí)的信號(hào)電平，并且也不影響本機(jī)噪聲的大小。從而可以提高測(cè)量的信/噪比(請(qǐng)注意，改變中頻衰減器的值，不會(huì)改變信/噪比)。但應(yīng)注意：

29、當(dāng)射頻衰減器減至0dB時(shí)，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(shè)置了一些警告標(biāo)示或較復(fù)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(jī)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(dá)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(dāng)掃描過快，濾波器不能及時(shí)響應(yīng)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(dāng)VBW>RBW時(shí)： Ts≥*當(dāng)VBW≤RBW時(shí)： 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(hào)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(duì)整個(gè)測(cè)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(hào)進(jìn)入儀器。最好先進(jìn)行一次全頻段掃描，大致觀察一下最強(qiáng)的信號(hào)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