電磁干擾測量與診斷

當你的產(chǎn)品由于電磁干擾發(fā)射強度超過(guò)電磁兼容標準規定而不能出廠(chǎng)時(shí)，或當由于電路模塊之間的電磁干擾，系統不能正常工作時(shí)，我們就要解決電磁干擾的問(wèn)題。要解決電磁干擾問(wèn)題，首先要能夠“看”到電磁干擾，了解電磁干擾的幅度和發(fā)生源。本文要介紹有關(guān)電磁干擾測量和判斷干擾發(fā)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(shí)間變化的規律顯示出來(lái)的儀器，它相當于電氣工程師的眼睛，使你能夠看到線(xiàn)路中電流和電壓的變化規律，從而掌握電路的工作狀態(tài)。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極限值都是在頻域中定義的，而示波器顯示出的時(shí)域波形。因此測試得到的結果無(wú)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(shí)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(gè)幅度較大的低頻信號時(shí)，用示波器是無(wú)法進(jìn)行測量。

C.　示波器的靈敏度在mV級，而由天線(xiàn)接收到的電磁干擾的幅度通常為V級，因此示波器不能滿(mǎn)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(lái)的儀器，它顯示的波形稱(chēng)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(diǎn)，它能夠精確測量各個(gè)頻率上的干擾強度。

對于電磁干擾問(wèn)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(gè)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(xiàn)上接收到的信號與本振產(chǎn)生的信號混頻，當混頻的頻率等于中頻時(shí)，這個(gè)信號可以通過(guò)中頻放大器，被放大后，進(jìn)行峰值檢波。檢波后的信號被視頻放大器進(jìn)行放大，然后顯示出來(lái)。由于本振電路的振蕩頻率隨著(zhù)時(shí)間變化，因此頻譜分析儀在不同的時(shí)間接收的頻率是不同的。當本振振蕩器的頻率隨著(zhù)時(shí)間進(jìn)行掃描時(shí)，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(lái)，就得到了被測信號的頻譜。

根據這個(gè)頻譜，就能夠知道被測設備是否有超過(guò)標準規定的干擾發(fā)射，或產(chǎn)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(jiǎn)單介紹頻譜分析儀的使用方法。正確使用頻譜分析儀的關(guān)鍵是正確設置頻譜分析儀的各個(gè)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(guò)調整掃描頻率范圍，可以對感興趣的頻率進(jìn)行細致的觀(guān)察。掃描頻率范圍越寬，則掃描一遍所需要時(shí)間越長(cháng)，頻譜上各點(diǎn)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(gè)參數時(shí)，可以通過(guò)設置掃描開(kāi)始頻率和終止頻率來(lái)確定，例如：start frequency = 1MHz, stop frequency = 11MHz。也可以通過(guò)設置掃描中心頻率和頻率范圍來(lái)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(shí)間。調整分辨帶寬可以達到兩個(gè)目的，一個(gè)是提高儀器的選擇性，以便對頻率相距很近的兩個(gè)信號進(jìn)行區別。另一個(gè)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(huì )將微弱信號淹沒(méi)，而使儀器無(wú)法觀(guān)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(lái)表示。當分辨帶寬變化時(shí)，屏幕上顯示的信號幅度可能會(huì )發(fā)變化。若測量信號的帶寬大于通頻帶帶寬，則當帶寬增加時(shí)，由于通過(guò)中頻放大器的信號總能量增加，顯示幅度會(huì )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(xiàn)的信號，則不管分辨帶寬怎樣變化，顯示信號的幅度都不會(huì )發(fā)生變化。 信號帶寬超過(guò)中頻帶寬的信號稱(chēng)為寬帶信號，信號帶寬小于中頻帶寬的信號稱(chēng)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(shí)間：

儀器接收的信號從掃描頻率范圍的最低端掃描到最高端所使用的時(shí)間叫做掃描時(shí)間。掃描時(shí)間與掃描頻率范圍是相匹配的。如果掃描時(shí)間過(guò)短，測量到的信號幅度比實(shí)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(lái)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(wèn)題時(shí)，最重要的一個(gè)問(wèn)題是判斷干擾的來(lái)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(lái)確定干擾源是最簡(jiǎn)單的方法，因為在信號的所有特征中，頻率特征是最穩定的，并且電路設計人員往往對電路中各個(gè)部位的信號頻率都十分清楚。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(gè)部位產(chǎn)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(shí)，示波器無(wú)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十分簡(jiǎn)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(chǎn)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(gè)寬帶源的發(fā)射中可能存在一個(gè)單個(gè)高強度信號，如果能夠判斷這個(gè)高強度信號是窄帶信號，則它不可能是從寬帶發(fā)射源產(chǎn)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(xiàn)時(shí)，就可以斷定這個(gè)信號是窄帶信號。