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電磁干擾與電磁兼容的測量和判斷方法

-2021-02-28-

電磁干擾與電磁兼容的測量和判斷方法


當你的產品由于電磁干擾發射強度超過電磁兼容標準規定而不能出廠時,或當由于電路模塊之間的電磁干擾,系統不能正常工作時,我們就要解決電磁干擾的問題。要解決電磁干擾問題,首先要能夠“看”到電磁干擾,了解電磁干擾的幅度和發生源。本文要介紹有關電磁干擾測量和判斷干擾發生源的的方法。




1.測量儀器


談到測量電信號,電氣工程師首先想到的可能就是示波器。示波器是一種將電壓幅度隨時間變化的規律顯示出來的儀器,它相當于電氣工程師的眼睛,使你能夠看到線路中電流和電壓的變化規律,從而掌握電路的工作狀態。但是示波器并不是電磁干擾測量與診斷的理想工具。這是因為


A. 所有電磁兼容標準中的電磁干擾都是在頻域中定義的,而示波器顯示出的時域波形。因此測試得到的結果無法直接與標準比較。為了將測試結果與標準相比較,必須將時域波形變換為頻域頻譜。


B. 電磁干擾相對于電路的工作信號往往都是較小的,并且電磁干擾的頻率往往比信號高,而當一些幅度較低的高頻信號疊加在一個幅度較大的低頻信號時,用示波器是無法進行測量 :。


C. 示波器的靈敏度在mV級,而由天線接收到的電磁干擾的幅度通常為V級,因此示波器不能滿足靈敏度的要求。


測量電磁干擾更合適的儀器是頻譜分析儀。頻譜分析儀是一種將電壓幅度隨頻率變化的規律顯示出來的儀器,它顯示的波形稱為頻譜。頻譜分析儀克服了示波器在測量電磁干擾中的缺點,它能夠精確測量各個頻率上的干擾強度。


對于電磁干擾問題的分析而言,頻譜分析儀是比示波器更有用的儀器。而用頻譜分析儀可以直接顯示出信號的各個頻譜分量。


1.1 頻譜分析儀的原理


頻譜分析儀是一臺在一定頻率范圍內掃描接收的接收機。


頻譜分析儀采用頻率掃描超外差的工作方式?;祛l器將天線上接收到的信號與本振產生的信號混頻,當混頻的頻率等于中頻時,AZ這個信號可以通過中頻放大器,被放大后,進行峰值檢波。檢波后的信號被視頻放大器進行放大,然后顯示出來。由于本振電路的振蕩頻率隨著時間變化,因此頻譜分析儀在不同的時間接收的頻率是不同的。當本振振蕩器的頻率隨著時間進行掃描時,屏幕上就顯示出了被測信號在不同頻率上的幅度,將不同頻率上信號的幅度記錄下來,就得到了被測信號的頻譜。


根據這個頻譜,就能夠知道被測設備是否有超過標準規定的干擾發射,或產生干擾的信號頻率是多少。


1.2  頻譜分析儀的使用方法


要獲得正確的測量結果,必須正確地操作頻譜分析儀。本節簡單介紹頻譜分析儀的使用方法。正確使用頻譜分析儀的關鍵是正確設置頻譜分析儀的各個參數。下面解釋頻譜分析儀中主要參數的意義和設置方法。


頻率掃描范圍:


規定了頻譜分析儀掃描頻率的上限和下限。通過調整掃描頻率范圍,可以對感興趣的頻率進行細致的觀察。掃描頻率范圍越寬,則掃描一遍所需要時間越長,頻譜上各點的測量精度越低,因此,在可能的情況下,盡量使用較小的頻率范圍。在設置這個參數時,可以通過設置掃描開始頻率和終止頻率來確定,例如:start frequency = 1MHz, stop frequency = 11MHz。也可以通過設置掃描中心頻率和頻率范圍來確定,例如:center frequency = 6MHz, span = 10MHz。這兩種設置的結果是一樣的。


中頻分辨帶寬:


規定了頻譜分析儀的中頻帶寬,這項指標決定了儀器的選擇性和掃描時間。調整分辨帶寬可以達到兩個目的,一個是提高儀器的選擇性,以便對頻率相距很近的兩個信號進行區別。另一個目的是提高儀器的靈敏度。因為任何電路都有熱噪聲,這些噪聲會將微弱信號淹沒,而使儀器無法觀察微弱信號。噪聲的幅度與儀器的通頻帶寬成正比,帶寬越寬,則噪聲越大。因此減小儀器的分辨帶寬可以減小儀器本身的噪聲,從而增強對微弱信號的檢測能力。

分辨帶寬一般以3dB帶寬來表示。當分辨帶寬變化時,屏幕上顯示的信號幅度可能會發變化。若測量信號的帶寬大于通頻帶帶寬,則當帶寬增加時,由于通過中頻放大器的信號總能量增加,顯示幅度會有所增加。若測量信號的帶寬小于通頻帶寬,如對于單根譜線的信號,則不管分辨帶寬怎樣變化,顯示信號的幅度都不會發生變化。信號帶寬超過中頻帶寬的信號稱為寬帶信號,信號帶寬小于中頻帶寬的信號稱為窄帶信號。根據信號是寬帶信號還是窄帶信號能夠有效地定位干擾源。


掃描時間:


儀器接收的信號從掃描頻率范圍的低端掃描到高端所使用的時間叫做掃描時間。掃描時間與掃描頻率范圍是相匹配的。如果掃描時間過短,測量到的信號幅度比實際的信號幅度要小。


視頻帶寬:


視頻帶寬的作用與中頻帶寬相同,可以減小儀器本身的帶內噪聲,從而提高儀器對微弱信號的檢測能力。


2.用頻譜分析儀分析干擾的來源


2.1  根據干擾信號的頻率確定干擾源


在解決電磁干擾問題時,重要的一個問題是判斷干擾的來源,只有準確將干擾源定位后,才能夠提出解決干擾的措施。根據信號的頻率來確定干擾源是簡單的方法,因為在信號的所有特征中,頻率特征是穩定的,并且電路設計人員往往對電路中各個部位的信號頻率都清楚。因此,只要知道了干擾信號的頻率,就能夠推測出干擾是哪個部位產生的。


對于電磁干擾信號,由于其幅度往往遠小于正常工作信號,因此用示波器很難測量到干擾信號的頻率。特別是當較小的干擾信號疊加在較大的工作信號上時,示波器無法與干擾信號同步,因此不可能得到準確的干擾信號頻率。


而用頻譜分析儀做這種測量是簡單的。由于頻譜分析儀的中頻帶寬較窄,因此能夠將與干擾信號頻率不同的信號濾除掉,精確地測量出干擾信號頻率,從而判斷產生干擾信號的電路。


2.2  根據干擾信號的帶寬確定干擾源


判斷干擾信號的帶寬也是判斷干擾源的有效方法。例如,在一個寬帶源的發射中可能存在一個單個高強度信號,VPS如果能夠判斷這個高強度信號是窄帶信號,則它不可能是從寬帶發射源產生的。干擾源可能是電源中的振蕩器,或工作不穩定的電路,或諧振電路。當在儀器的通頻帶中只有一根譜線時,就可以斷定這個信號是窄帶信號。


根據傅立葉變換,單根的譜線所對應的信號是周期信號。因此,當遇到單根譜線時,就要將注意力集中到電路中的周期信號電路上。

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