淺析頻譜分析儀和EMI接收機

隨著電力電子技術的廣泛應用，帶來了很大的便利，但同時也帶來了不容忽視的電磁干擾(EMI)問題，這就要求必須對EMI特性進行準確的測量，這對提高電力電子裝置的電磁兼容性(EMC)具有重要意義。近幾年，在整個電磁兼容測量技術及所屬服務領域不斷出現許多新的測試儀器和測試方法，最基本且有效的測試設備還是頻譜分析儀和EMI接收機。

1 頻譜分析儀
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：
(1)最關鍵的是動態范圍，干擾頻譜不同分量的差別有5個量級以上，需要100 dB以上的動態范圍；而八位的示波器僅有40 dB左右的動態范圍，不能滿足電磁干擾的測量要求。
(2)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，而示波器顯示出的是時域波形，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。
(3)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，用示波器無法進行測量。
(4)示波器的靈敏度在毫伏級，而由天線接收到的電磁干擾的幅度通常為微伏級，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，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，它的原理圖如圖1所示。

頻譜分析儀采用頻率掃描超外差的工作方式。混頻器將天線上接收到的輸入信號與本振產生的信號混頻，當混頻的頻率等于中頻時，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輸出的頻率是不同的。當本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。
(1)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。在頻率分辨率一定的情況下，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：startfrequency=l MHz，stop frequency=ll MHz。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=6 MHz，span=10 MHz。這兩種設置的結果是一樣的。