如何利用頻譜分析儀測量電磁干擾
2015-09-02
談到測量電信號，電氣工程師首先想到可能就是示波器。示波器是一種將電壓幅度隨時間變化規律顯示出來儀器，它相當于電氣工程師眼睛，使你能夠看到線路中電流和電壓變化規律，從而掌握電路工作狀態。但是示波器并不是電磁干擾測量與診斷理想工具。這是因為：
A.所有電磁兼容標準中電磁干擾極限值都是在頻域中定義，而示波器顯示出時域波形。因此測試得到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工作信號往往都是較小，并且電磁干擾頻率往往比信號高，而當一些幅度較低高頻信號疊加在一個幅度較大低頻信號時，用示波器是無法進行測量。
C.示波器靈敏度在mV級，而由天線接收到電磁干擾幅度通常為V級，因此示波器不能滿足靈敏度要求。
測量電磁干擾更合適儀器是頻譜分析儀。頻譜分析儀是一種將電壓幅度隨頻率變化規律顯示出來儀器，它顯示波形稱為頻譜。頻譜分析儀克服了示波器在測量電磁干擾中缺點，它能夠精確測量各個頻率上干擾強度。
對于電磁干擾問題分析而言，頻譜分析儀是比示波器更有用儀器。而用頻譜分析儀可以直接顯示出信號各個頻譜分量。
1、頻譜分析儀原理
頻譜分析儀是一臺在一定頻率范圍內掃描接收接收機，它原理圖如圖1所示。
圖1 頻譜分析儀原理框圖
頻譜分析儀采用頻率掃描超外差工作方式。混頻器將天線上接收到信號與本振產生信號混頻，當混頻頻率等于中頻時，這個信號可以通過中頻放大器，被放大后，進行峰值檢波。檢波后信號被視頻放大器進行放大，然后顯示出來。由于本振電路振蕩頻率隨著時間變化，因此頻譜分析儀在不同時間接收頻率是不同。當本振振蕩器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幅度，將不同頻率上信號幅度記錄下來，就得到了被測信號頻譜。
根據這個頻譜，就能夠知道被測設備是否有超過標準規定干擾發射，或產生干擾信號頻率是多少。
2、頻譜分析儀使用方法
要獲得正確測量結果，必須正確地操作頻譜分析儀。本節簡單介紹頻譜分析儀使用方法。正確使用頻譜分析儀關鍵是正確設置頻譜分析儀各個參數。下面解釋頻譜分析儀中主要參數意義和設置方法。
掃描時間：
儀器接收信號從掃描頻率范圍最低端掃描到最高端所使用時間叫做掃描時間。掃描時間與掃描頻率范圍是相匹配。如果掃描時間過短，測量到信號幅度比實際信號幅度要小。
頻率掃描范圍：
規定了頻譜分析儀掃描頻率上限和下限。通過調整掃描頻率范圍，可以對感興趣頻率進行細致觀察。掃描頻率范圍越寬，則掃描一遍所需要時間越長，頻譜上各點測量精度越低，因此，在可能情況下，盡量使用較小頻率范圍。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。這兩種設置結果是一樣。
中頻分辨帶寬：
規定了頻譜分析儀中頻帶寬，這項指標決定了儀器選擇性和掃描時間。調整分辨帶寬可以達到兩個目，一個是提高儀器選擇性，以便對頻率相距很近兩個信號進行區別。另一個目是提高儀器靈敏度。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。噪聲幅度與儀器通頻帶寬成正比，帶寬越寬，則噪聲越大。因此減小儀器分辨帶寬可以減小儀器本身噪聲，從而增強對微弱信號檢測能力。
分辨帶寬一般以3dB帶寬來表示。當分辨帶寬變化時，屏幕上顯示信號幅度可能會發變化。若測量信號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信號總能量增加，顯示幅度會有所增加。若測量信號帶寬小于通頻帶寬，如對于單根譜線信號，則不管分辨帶寬怎樣變化，顯示信號幅度都不會發生變化。 信號帶寬超過中頻帶寬信號稱為寬帶信號，信號帶寬小于中頻帶寬信號稱為窄帶信號。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。
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