电磁兼容EMC测试:EMI接收机的参数设置及参数解析

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EMI接收机的参数设置及参数解析

摘要：介绍了EMI接收机的参数设置及各参数解析，包括起始频率、终止频率、频率步进、分辨率带宽RBW、视频带宽VBW、检波方式、驻留时间、输入端口、耦合方式、输入衰减、*小衰减、衰减自动、内置低噪放等，电磁兼容检测工程师应熟练更改接收机参数设置以满足不同项目、不同场景下的差异性测量需求。

接收机是EMI测量*核心的仪器，EMI扫描参数的设置直接决定着EMI测量结果。电磁兼容检测工程师应了解接收机的参数设置，并熟练更改接收机参数设置以满足不同项目、不同场景下的差异性测量需求。EMI扫描参数一般有：

起始频率、终止频率、频率步进、分辨率带宽RBW、检波方式、驻留时间，这六个参数电磁兼容标准及电磁兼容项目一般会明确规定。例如GJB151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》“4.3.10.3.1 带宽”条目规定了不同频率的带宽和驻留时间，如下表所示。

表1 带宽及测量时间

上表的规定并结合具体的测量项目和所用的测量设备等信息就可以划分每次扫描的起始频率、终止频率、分辨率带宽、驻留时间。例如GJB151B-2013中RE102（10kHz～18GHz电场辐射发射）项目，一般可以以下方式划分扫描频段及参数：

分辨率带宽RBW

RBW（Resolution Bandwidth）代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的*低频率宽度差异，两个不同频率的信号频率宽度如低于接收机的RBW，此时这两个信号将重叠，难以分辨。RBW实际上是接收机内部滤波器的带宽，设置它的大小，能决定是否能把两个相临很近的信号分开。RBW滤波器也称中频滤波器，它的作用是将中频(IF)信号由混波器产生的众多频率中过滤出来。选择不同的6dB分辨率带宽之RBW滤波器，RBW设得越窄则观察到的频率分布越细微，也降底了噪声电平。RBW不同设置基本原理及影响如下图所示。

图1 接收机基本原理及RBW的影响

视频带宽VBW

视频带宽VBW至少设置与分辨率带宽RBW相同，**为分辨带宽的3至5倍，VBW可以设置为自动。视频带宽反映的是测量接收机中位于包络检波器和模数转换器之间的视频放大器的带宽。改变视频带宽的设置，可以减小噪声峰-峰值的变化量，提高较低信噪比信号测量的分辨率和复现率，易于发现隐藏在噪声中的小信号。VBW滤波器是低通滤波器，即检波然后经过VBW滤波器滤波处理，当VBW滤波器为数字滤波器时其作用是与传统频谱仪的VBW滤波器类似的。

检波器

GJB151B-2013“4.3.10.1 检波器”条目规定了检波方式，即在整个频域测试中都应使用峰值检波器。

接收机对脉冲、调制等信号，其各类检波器的响应是不一样的。峰值检波器PK可以检测信号包络的*大电平，峰值检波器的这种特性可以确保反映发射数据的*差情况。下图为峰值检波器对几种波形的输出情况，其输出结果都是一样的。

图2  峰值检波器响应示意图

下图为不同检波器和脉冲重复频率时显示的电平和峰值显示电平的相对值，由图可知，不同的重复频率，准峰值检波器OP、有效值检波器RMS和平均值检波器AV其响应是不一样的，而对于峰值检波器而言，不管重复频率大小，其值都是一样的。

图3  不同检波器和脉冲重复频率时显示的电平和峰值显示电平的相对值

简单描述检波器相关的内容：

(1) 充电时间常数

从恒定正弦波电压加到检波级的输入端瞬间起，到检波器的输出电压达到其终值的63%为止，其间所用的时间就是充电时间常数。

(2) 放电时间常数数

从移去加在检波级输入端的恒定正弦波电压的瞬间起，到检波器的输出电压降至其初始值的37%为止，其间所用的时间就是放电时间常数。

(3) 峰值检波器PK

峰值检波器的充电时间常数很小，即使是很窄的脉冲也能很快充电到稳定值，当中频信号消失后，由于电路的放电时间常数很大，检波的输出电压可在很长一段时间内保持在峰值上。峰值检波的特点首先在军用设备的电磁发射试验中被优先采用，因为好多军用装备只要单次脉冲的激励就可以造成爆炸或数字设备的误动作，而无需像音响设备那样讲究时间的积累。

(4) 平均值检波器AV

平均值检波器*大特点是检波器的充放电时间常数相同，特别适用于对连续波的测量。

(5) 准峰值检波器OP

准峰值检波器的充放电时间常数介于平均值和峰值之间，在测量周期内的检波器输出既与脉冲幅度有关，又与脉冲重复频率有关，其输出与干扰对听觉造成的效果相一致。用准峰值检波方式进行测试的主要问题是测量时间长。

频率步进

GJB151B-2013“4.3.10.3.3 频率扫描”条目规定了扫频步长和驻留时间，即数字式接收机扫频步长应小于或等于半个带宽，且驻留时间应符合表1规定。如表中规定不足以捕捉EUT*大发射幅度或不满足频率分辨率要求，则应采用更长的测试时间和更慢的扫描速率。

接收机的频率信号扫描是离散的点频扫描。接收机按照操作者预先设定的频率间隔，通过处理器的控制，在每一个频率点进行电平测量，显示的测试结果曲线实际是单个点频测试结果。如果数字式接收机扫频步长等于半个带宽，其每个频率点的扫描方式如下图所示，下一个测量频率点f2=f1+RBW/2，当前测量频率的扫描带宽为RBW，即当前测量频率点和下一个测量频率点有RBW/2的频率宽度是重复的，这样避免了频率信号的测量遗漏。

图4  接收机扫描方式

频谱仪的扫频信号源通常是通过斜波或锯齿波信号控制扫频信号源实现的，频率的变化是连续的，在预设的频率跨度内扫描，获得期望的混频输出信号。

输入端口

EMI接收机一般有两个输入端口，端口1（Input1）和端口2（Input2）。端口2一般到1GHz，端口2一般具有内置限幅器，适用于传导发射测量，以免瞬态脉冲信号对接收机造成损坏。端口1可实现全频段测量，没有内置限幅器，适用于辐射发射测量。

耦合方式

EMI接收机具有DC耦合(DC Coupling，直流耦合)和AC耦合(AC Coupling，交流耦合)两种模式可设置。交流耦合就是通过隔直电容耦合，去掉了直流分量。直流耦合就是直流、交流一起过，并不是去掉了交流分量。当设置为DC耦合时，如果信号中有直流分量可能会对接收机造成损坏。通常情况下接收机在测量低频频率（20MHz以下）信号的时候是采用直流耦合，测量低频频率（20MHz以下）信号的时候若采用交流耦合会造成测量偏差，主要是低频信号通过隔直电容时会有较大的损耗。

衰减参数

EMI接收机一般具有“输入衰减”、“*小衰减”、“衰减自动”三个不同的衰减参数设置。对于“输入衰减”参数，EMI接收机一般可以设置0dB~75dB范围内的衰减值，当设置具体的衰减值时，一般衰减自动不起作用，接收机按照操作者事前设置的固定内置衰减值设置。对于“*小衰减”参数，*小衰减设置时，即该衰减值一直起作用，即使是在已经选择了衰减自动状态的情况下，这是为了保护接收机的一种方式。对于“衰减自动”参数，衰减自动设置时，即接收机会根据输入信号的大小自动设置内置衰减器的衰减值大小。

内置低噪放

目前，主流EMI接收机一般都有内置低噪放的选件，通过设置内置低噪放可提高测量时接收机的信噪比。

结语

“输入衰减”、“*小衰减”、“衰减自动”、“内置低噪放”的参数设置需要根据不同的测量场景灵活的设置。例如，在测量小信号需要很低噪声电平的情况下，需要把内置衰减设置尽量小甚至设置为零，同时将内置低噪放打开。而针对大信号或者传导发射测试时，优先需要考虑的是如何保护接收机，包括打开“*小衰减”、关闭“内置低噪放”等，电磁兼容检测工程师应熟练更改接收机参数设置以满足不同项目、不同场景下的差异性测量需求。

EMI接收机与频谱仪相比，不只是3dB/6dB分辨率带宽和有/无预选器的区别，扫描方式、衰减设置、内置低噪放等参数也有差异，即EMI接收机相较频谱仪具有一定的特殊性，而市面上有部分测试软件为了解决通用性，忽略了EMI接收机的特殊性，将EMI接收机采用频谱仪方式控制和测量是本末倒置、不可取的，电磁兼容检测工程师要有能力去甄别这种情况。