電磁兼容EMC測試:EMI接收機的參數設置及參數解析

點擊上方“電磁兼容檢測”，馬上關注

EMI接收機的參數設置及參數解析

摘要：介紹了EMI接收機的參數設置及各參數解析，包括起始頻率、終止頻率、頻率步進、分辨率帶寬RBW、視頻帶寬VBW、檢波方式、駐留時間、輸入端口、耦合方式、輸入衰減、*小衰減、衰減自動、內置低噪放等，電磁兼容檢測工程師應熟練更改接收機參數設置以滿足不同項目、不同場景下的差異性測量需求。

接收機是EMI測量*核心的儀器，EMI掃描參數的設置直接決定著EMI測量結果。電磁兼容檢測工程師應了解接收機的參數設置，并熟練更改接收機參數設置以滿足不同項目、不同場景下的差異性測量需求。EMI掃描參數一般有：

起始頻率、終止頻率、頻率步進、分辨率帶寬RBW、檢波方式、駐留時間，這六個參數電磁兼容標準及電磁兼容項目一般會明確規定。例如GJB151B-2013《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求與測量》“4.3.10.3.1 帶寬”條目規定了不同頻率的帶寬和駐留時間，如下表所示。

表1 帶寬及測量時間

上表的規定并結合具體的測量項目和所用的測量設備等信息就可以劃分每次掃描的起始頻率、終止頻率、分辨率帶寬、駐留時間。例如GJB151B-2013中RE102（10kHz～18GHz電場輻射發射）項目，一般可以以下方式劃分掃描頻段及參數：

分辨率帶寬RBW

RBW（Resolution Bandwidth）代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的*低頻率寬度差異，兩個不同頻率的信號頻率寬度如低于接收機的RBW，此時這兩個信號將重疊，難以分辨。RBW實際上是接收機內部濾波器的帶寬，設置它的大小，能決定是否能把兩個相臨很近的信號分開。RBW濾波器也稱中頻濾波器，它的作用是將中頻(IF)信號由混波器產生的眾多頻率中過濾出來。選擇不同的6dB分辨率帶寬之RBW濾波器，RBW設得越窄則觀察到的頻率分布越細微，也降底了噪聲電平。RBW不同設置基本原理及影響如下圖所示。

圖1 接收機基本原理及RBW的影響

視頻帶寬VBW

視頻帶寬VBW至少設置與分辨率帶寬RBW相同，**為分辨帶寬的3至5倍，VBW可以設置為自動。視頻帶寬反映的是測量接收機中位于包絡檢波器和模數轉換器之間的視頻放大器的帶寬。改變視頻帶寬的設置，可以減小噪聲峰-峰值的變化量，提高較低信噪比信號測量的分辨率和復現率，易于發現隱藏在噪聲中的小信號。VBW濾波器是低通濾波器，即檢波然后經過VBW濾波器濾波處理，當VBW濾波器為數字濾波器時其作用是與傳統頻譜儀的VBW濾波器類似的。

檢波器

GJB151B-2013“4.3.10.1 檢波器”條目規定了檢波方式，即在整個頻域測試中都應使用峰值檢波器。

接收機對脈沖、調制等信號，其各類檢波器的響應是不一樣的。峰值檢波器PK可以檢測信號包絡的*大電平，峰值檢波器的這種特性可以確保反映發射數據的*差情況。下圖為峰值檢波器對幾種波形的輸出情況，其輸出結果都是一樣的。

圖2  峰值檢波器響應示意圖

下圖為不同檢波器和脈沖重復頻率時顯示的電平和峰值顯示電平的相對值，由圖可知，不同的重復頻率，準峰值檢波器OP、有效值檢波器RMS和平均值檢波器AV其響應是不一樣的，而對于峰值檢波器而言，不管重復頻率大小，其值都是一樣的。

圖3  不同檢波器和脈沖重復頻率時顯示的電平和峰值顯示電平的相對值

簡單描述檢波器相關的內容：

(1) 充電時間常數

從恒定正弦波電壓加到檢波級的輸入端瞬間起，到檢波器的輸出電壓達到其終值的63%為止，其間所用的時間就是充電時間常數。

(2) 放電時間常數數

從移去加在檢波級輸入端的恒定正弦波電壓的瞬間起，到檢波器的輸出電壓降至其初始值的37%為止，其間所用的時間就是放電時間常數。

(3) 峰值檢波器PK

峰值檢波器的充電時間常數很小，即使是很窄的脈沖也能很快充電到穩定值，當中頻信號消失后，由于電路的放電時間常數很大，檢波的輸出電壓可在很長一段時間內保持在峰值上。峰值檢波的特點首先在軍用設備的電磁發射試驗中被優先采用，因為好多軍用裝備只要單次脈沖的激勵就可以造成爆炸或數字設備的誤動作，而無需像音響設備那樣講究時間的積累。

(4) 平均值檢波器AV

平均值檢波器*大特點是檢波器的充放電時間常數相同，特別適用于對連續波的測量。

(5) 準峰值檢波器OP

準峰值檢波器的充放電時間常數介于平均值和峰值之間，在測量周期內的檢波器輸出既與脈沖幅度有關，又與脈沖重復頻率有關，其輸出與干擾對聽覺造成的效果相一致。用準峰值檢波方式進行測試的主要問題是測量時間長。

頻率步進

GJB151B-2013“4.3.10.3.3 頻率掃描”條目規定了掃頻步長和駐留時間，即數字式接收機掃頻步長應小于或等于半個帶寬，且駐留時間應符合表1規定。如表中規定不足以捕捉EUT*大發射幅度或不滿足頻率分辨率要求，則應采用更長的測試時間和更慢的掃描速率。

接收機的頻率信號掃描是離散的點頻掃描。接收機按照操作者預先設定的頻率間隔，通過處理器的控制，在每一個頻率點進行電平測量，顯示的測試結果曲線實際是單個點頻測試結果。如果數字式接收機掃頻步長等于半個帶寬，其每個頻率點的掃描方式如下圖所示，下一個測量頻率點f2=f1+RBW/2，當前測量頻率的掃描帶寬為RBW，即當前測量頻率點和下一個測量頻率點有RBW/2的頻率寬度是重復的，這樣避免了頻率信號的測量遺漏。

圖4  接收機掃描方式

頻譜儀的掃頻信號源通常是通過斜波或鋸齒波信號控制掃頻信號源實現的，頻率的變化是連續的，在預設的頻率跨度內掃描，獲得期望的混頻輸出信號。

輸入端口

EMI接收機一般有兩個輸入端口，端口1（Input1）和端口2（Input2）。端口2一般到1GHz，端口2一般具有內置限幅器，適用于傳導發射測量，以免瞬態脈沖信號對接收機造成損壞。端口1可實現全頻段測量，沒有內置限幅器，適用于輻射發射測量。

耦合方式

EMI接收機具有DC耦合(DC Coupling，直流耦合)和AC耦合(AC Coupling，交流耦合)兩種模式可設置。交流耦合就是通過隔直電容耦合，去掉了直流分量。直流耦合就是直流、交流一起過，并不是去掉了交流分量。當設置為DC耦合時，如果信號中有直流分量可能會對接收機造成損壞。通常情況下接收機在測量低頻頻率（20MHz以下）信號的時候是采用直流耦合，測量低頻頻率（20MHz以下）信號的時候若采用交流耦合會造成測量偏差，主要是低頻信號通過隔直電容時會有較大的損耗。

衰減參數

EMI接收機一般具有“輸入衰減”、“*小衰減”、“衰減自動”三個不同的衰減參數設置。對于“輸入衰減”參數，EMI接收機一般可以設置0dB~75dB范圍內的衰減值，當設置具體的衰減值時，一般衰減自動不起作用，接收機按照操作者事前設置的固定內置衰減值設置。對于“*小衰減”參數，*小衰減設置時，即該衰減值一直起作用，即使是在已經選擇了衰減自動狀態的情況下，這是為了保護接收機的一種方式。對于“衰減自動”參數，衰減自動設置時，即接收機會根據輸入信號的大小自動設置內置衰減器的衰減值大小。

內置低噪放

目前，主流EMI接收機一般都有內置低噪放的選件，通過設置內置低噪放可提高測量時接收機的信噪比。

結語

“輸入衰減”、“*小衰減”、“衰減自動”、“內置低噪放”的參數設置需要根據不同的測量場景靈活的設置。例如，在測量小信號需要很低噪聲電平的情況下，需要把內置衰減設置盡量小甚至設置為零，同時將內置低噪放打開。而針對大信號或者傳導發射測試時，優先需要考慮的是如何保護接收機，包括打開“*小衰減”、關閉“內置低噪放”等，電磁兼容檢測工程師應熟練更改接收機參數設置以滿足不同項目、不同場景下的差異性測量需求。

EMI接收機與頻譜儀相比，不只是3dB/6dB分辨率帶寬和有/無預選器的區別，掃描方式、衰減設置、內置低噪放等參數也有差異，即EMI接收機相較頻譜儀具有一定的特殊性，而市面上有部分測試軟件為了解決通用性，忽略了EMI接收機的特殊性，將EMI接收機采用頻譜儀方式控制和測量是本末倒置、不可取的，電磁兼容檢測工程師要有能力去甄別這種情況。