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电磁干扰与电磁兼容的测量和判断
- 2021-06-02 -

        电磁干扰与电磁兼容性的测量与判断方法

        当您的产品因电磁干扰的发射强度超过电磁兼容标准而无法出厂时,或当系统因电路模块间的电磁干扰而无法正常工作时,我们必须解决电磁干扰问题。要解决电磁干扰问题,首先要能“看”电磁干扰,了解电磁干扰的幅度和来源。介绍了电磁干扰源的测量和判断方法。

        1.测量仪器

        当涉及测量电信号时,电气工程师们首先想到的可能是示波器。示波器是一种显示电压幅值随时间变化规律的仪器,它相当于电气工程师的眼睛,使您能看到电路中电流和电压的变化规律,从而掌握电路的工作状态。但示波器并不是电磁干扰测量和诊断的理想工具。那是因为

        A.所有电磁兼容标准中的电磁干扰均在频域中定义,示波器显示时域波形。因此,不能直接将试验结果与标准进行比较。为了将测试结果与标准进行比较,必须将时域波形转换为频域频谱。

        B.与电路的工作信号相比,电磁干扰往往较小,电磁干扰频率往往高于信号。当一些低振幅高频信号叠加在大幅度低频信号上时,就不可能用示波器进行测量。

        C.示波器灵敏度在mv级,但天线接收到的电磁干扰幅度通常在V级,因此示波器不能满足灵敏度要求。

        频谱分析仪是测量电磁干扰的最合适的仪器。频谱分析仪是一种显示电压幅值随频率变化规律的仪器,其显示的波形称为频谱。频谱分析仪克服了示波器在测量电磁干扰方面的不足,能够准确测量各频率的干扰强度。

        在电磁干扰分析中,频谱分析仪比示波器更为有用。频谱分析仪可直接显示信号的各频谱分量。

        1.1频谱分析仪原理

        频谱分析仪是一种能够在一定频率范围内进行扫描和接收的接收机。

        频谱分析仪采用频率扫描超外差法。混频器将天线接收到的信号与由本地振荡器产生的信号混合。当混合频率等于中频时,AZ信号可以通过中频放大器,并放大进行峰值检测。检测到的信号由视频放大器放大显示。由于lo电路的振荡频率随时间的变化而变化,频谱分析仪接收到的频率在不同的时间段不同。当随时间扫描本振子的频率时,屏幕上显示不同频率下被测信号的振幅,并通过记录不同频率下信号的振幅来获得被测信号的频谱。

        根据该频谱,我们可以知道被测设备是否有超出标准的干扰发射,或者干扰信号的频率是多少。

        1.2频谱分析仪的使用

        为了获得正确的测量结果,必须正确操作频谱分析仪。本节简要介绍了频谱分析仪的使用。正确使用频谱分析仪的关键是正确设置频谱分析仪的参数。阐述了频谱分析仪主要参数的意义及设置方法。

        频率扫描范围:

        规定了频谱分析仪扫描频率的上下限。通过调整扫描频率范围,可以仔细观察到感兴趣的频率。扫描频率范围越宽,扫描时间越长,光谱上各点的测量精度越低。因此,应尽可能使用较小的频率范围。设置此参数时,可通过设置扫描的起始频率和结束频率来确定,例如:起始频率=1MHz,停止频率=11mhz。也可以通过设置扫描中心频率和频率范围来确定,例如:中心频率=6mhz,量程=10MHz。两个设置的结果相同。

        中频分辨率带宽:

        规定了频谱分析仪的中频带宽,它决定了仪器的选择性和扫描时间。通过调节分辨率带宽可以达到两个目的。一是提高仪器的选择性,以区分两个频率非常接近的信号。另一个目的是提高仪器的灵敏度。由于任何电路都存在热噪声,这些噪声会淹没微弱信号,使仪器无法观察到微弱信号。噪声的振幅与仪器的带宽成正比。带宽越宽,噪声越大。因此,降低仪器的分辨率带宽可以降低仪器本身的噪声,从而增强微弱信号的检测能力。

        分辨率带宽一般表示为3dB带宽。当分辨率带宽改变时,屏幕上显示的信号幅度可能会改变。如果被测信号的带宽大于通带的带宽,则由于通过中频放大器的信号的总能量的增加,显示幅度将随着带宽的增加而增加。如果被测信号的带宽小于直接频率的带宽,例如对于单个谱线的信号,则无论分辨率带宽如何变化,显示信号的幅度都不会改变。带宽超过中频带宽的信号称为宽带信号,带宽小于中频带宽的信号称为窄带信号。根据信号是宽带还是窄带,可以有效地定位干扰源。

        扫描时间:

        仪器接收到的信号从扫描频率范围的低端扫描到高端所用的时间称为扫描时间。扫描时间与扫描频率范围相匹配。如果扫描时间太短,则测量的信号幅度小于实际信号幅度。

        视频带宽:

        视频带宽的作用与中频带宽相同,可以降低仪器本身的带内噪声,提高仪器对微弱信号的检测能力。

        2.用频谱分析仪分析干扰源

        2.1根据干扰信号的频率确定干扰源

        在解决电磁干扰问题时,一个重要的问题就是确定干扰源。只有准确定位干扰源,才能提出解决干扰的措施。根据信号的频率来确定干扰源是一种简单的方法,因为在信号的所有特性中,频率特性都是稳定的,电路设计人员往往知道电路各部分的信号频率。因此,只要知道干扰信号的频率,就可以推断出产生了哪部分干扰。

        对于电磁干扰信号,其幅值往往远小于正常工作信号,用示波器测量干扰信号的频率比较困难。特别是当较小的干扰信号叠加在较大的工作信号上时,示波器无法与干扰信号同步,因此无法得到准确的干扰信号频率。

        用频谱分析仪很容易进行测量。由于频谱分析仪中频带宽窄,可以从干扰信号中滤除不同频率的信号,准确测量干扰信号的频率,进而判断干扰信号的电路。

        2.2根据干扰信号的带宽确定干扰源

        判断干扰信号的带宽也是判断干扰源的有效方法。例如,在宽带源的传输中可能存在单个高强度信号。如果VPS能够判断高强度信号是窄带信号,那么它就不能从宽带源产生。干扰源可能是电源中的振荡器、不稳定电路或谐振电路。当仪器通带内只有一条谱线时,可以断定该信号为窄带信号。

        根据傅里叶变换,对应于一条谱线的信号是周期信号。因此,当我们遇到单一的谱线时,我们应该把重点放在周期信号电路上。

        

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