频谱分析仪在电磁干扰测量中的应用黄扬帆　汪同庆　夏红兵　任　莉　闫　河(重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室　重庆　400030)摘要　电磁干扰(E M I)是一种不希望存在的信号,它对电子设备或系统的正常工作会造成有害影响。

为了消除E M I的影响,不但要了解有关E M I方面的问题,还要知道用何种方法和设备能得到E M I特性,从而采取相应的措施消除E M I。

以往测试E M I的主要设备是E M I接收机,现在采用频谱分析仪作为E M I的测试设备,可以提高E M I测量的效率和精度,对各种E M I 特性参数的测量变得更加容易。

关键词　电磁干扰(E M I)　频谱分析仪　校　准　放射测试Appl ica tion of Testi ng E M I w ith Spectru m Ana lyzerH uang Yangfan　W ang Tongqing　X ia Hongb ing　R en　L i　Yan　H e(K ey L ab of Op to2electron ic T echnology and S y ste m of M O E,Colleg e of Op to2electron ic E ng ineering,Chong qing U n iversity,Chong qing400030,Ch ina)Abstract　EM I is a type of signal,w h ich is no t expected to exist because it brings negative influence to the no r2 m al functi on of electronic installati ons o r system s.In o rder to eli m inate the influence of EM I,it is necessary to understand no t only p roblem s about EM I,but also the m eans and facilities to acquire p roperty of EM I.T hus it help s to take co rresponding step s to eli m inate EM I.T he p revi ous m ain equi pm ent fo r testing EM I is EM I R eceiv2 er,w h ile at p resent ti m e,the spectrum analyzer is adop ted as EM I testing equi pm ent w h ich contributes to en2 hance efficiency and p recisi on of EM I testing and m akes easier to test vari ous param eters of EM I p roperty.Key words　EM I　Spectrum analyzer Calibrati on R adi o ti on test1　引 言电磁干扰(EM I)是一种不希望存在的信号,它对电子设备或系统的正常工作会造成有害影响;同时,每一种电子设备也都会产生不同程度的EM I信号,这些信号可能以电磁辐射的形式发射出去,也可能通过电缆或电源线进行传导。

EM I的产生应具备三个因素:传导和辐射电磁波的源,电磁波借以传播的媒介,因接收到了信号而受到干扰的接收器。

三者只要消除其中的任一个,EM I就不会产生。

为了消除EM I的影响,各国都设立了专门的机构和测试实验室,如美国的FCC (federal comm unicati ons comm issi on)和德国的VD E (verband deutscher elek tro techniker)等。

因此,不但要了解有关EM I方面的问题,还要知道用何种方法和设备能得到EM I特性,从而采取相应的措施消除EM I。

以往测试EM I的主要设备是EM I接收机,现在采用频谱分析仪作为EM I的测试设备,可以提高EM I测量的效率和精度,对各种EM I特性参数的测量变得更加容易。

基于此展开频谱分析仪在电磁干扰测量中的方法研究,在EM I测量工程领域具有非常重要的意义。

2　频谱分析仪的校准及其基本测量方法在EM I测量之前和测量之中,经常用到一些基本测量方法,这些方法和步骤包括幅度校准、频率校准、过载检测和灵敏度测试、信号带宽的测量。

在幅度校准的操作方法中,一般都有关于手动幅度校准的操作步骤,测试者可以直接根据频谱分析仪的测试结果获得幅度校准,可以参阅频谱分析仪的操作手册。

第25卷第4期增刊 仪　器　仪　表　学　报 2004年8月做频率校准时,要检测频谱分析仪的中心频率读数,当频率低时,零频是一个很好的频率基准点,零频信号是频谱分析仪的第一本振的频率和第一中频完全相同时产生的信号,零频标志所指示的位置是真正的频率零点,在零频标志右边的信号,频率比零频高,比零频高出的数值等于信号的频率,只要把零频标志放在显示器的适当位置,并用每个分度的频率跨度设定频率扫描的范围,就能精确地读出较低频率的情况下的信号频率;当频率较高时,频谱分析仪内部提供一个校准信号(比如500M H z)或其他频率精度已知的振荡器,都可以作为频率的基准,在现代频谱分析仪中,通常都具备直接测试显示中心频率的功能,比如H P8591C型。

过载是由于输入信号过大,超过了输入混频器的正常工作范围而引起的。

发生过载时,显示的幅度不再随输入电平成比例地变化,而且还会产生一些在输入信号中没有的频率分量,这些频率分量的幅度随着输入电平变高而迅速增长,增长的速度是输入电平的2倍或3倍。

因此,在测量之前,首先要检查过载。

为了减少过载效应或者彻底避免过载的发生,可在信号源和R F衰减器,方法有两种:在频谱分析仪的输入端外加一个10dB的衰减器;在频谱分析仪的内部接入一个自适应衰减器,这只要通过一定范围的幅度判断,自动改变最少衰减即可。

灵敏度测试要根据所使用的频谱分析仪的带宽分辨率和测试精度而定,其基本方法是测试时,先可以确定一个初步估计的分辨带宽,然后逐渐减少分辨带宽,并注意噪声电平的变化,分辨带宽每减少10倍,噪声电平也应该下降10dB,即按照101g RBW1RBW2的规律变化,式中RBW1和RBW2分别为改变前后的两个分辨带宽。

在分辨带宽最小的情况下,频谱分析仪显示出来的噪声电平即为可测的最小信号电平。

信号带宽的测量在EM I测试中非常重要,要使用特定的带宽,在了解信号时也经常要用到其他的带宽来确定放射信号的频率是否相距很近,是可分辨的窄带放射还是宽带放射。

因此,带宽的测量,对估计产品的EM I放射电平,无疑是很重要的。

在测量中,最简单的方法是测量滤波器的3dB或6dB静态带宽,其具体测量方法均可从频率分析仪的使用手册和参考手册中获得。

但要关注的是宽带信号的幅度随所使用的分辨带宽而变化,所以信号必须对某个参考的带宽归一化(比如1M H z),如果带宽测量不在这个参考带宽上进行,就要加一个修正因数,以得到在参考带宽上的等效值。

通常,对于相关的带宽信号,修正因数为201g1M H zRBW,对于非相关的随机带宽信号,修正因数为101g1M H zRBW,其中RBW为实际使用的分辨带宽。

3　单位转换和距离修正在频谱分析仪的校准及其基本测量方法的基础上,还需对测量的数据加以转换或修正,才能成为EM I规范中所定义的物理意义,同时以便和规定的数值进行比较,这些转换包括以下:・把测量的dBm数据——这是频谱分析仪通常的显示单位,转换为V、ΛV或dBΛV单位;・把测量数据转换成ΛV m,这是电磁辐射场强的常用单位;・把在比较短的测试距离下测得的数据,转换成和FCC或其他标准规定的距离相应的电平。

(1)转换成电压U(dBΛV)把频谱分析仪显示的以dBm为单位的功率读数P(dBm)转换为以V为单位的电压单位U(V),可以根据以下对数算法和计算功率的公式获得:U V=010316R010P dBm10其中:R0——端口阻抗,同时,测量的dBm数据和dBΛV数据之间也可以相互转换。

由P(dBm)数据转换成U(dBΛV),若功率以mV为基准,转换公式如下:U dBΛV=P dBm+107或　P dBm=U dBΛV-107(2)转换成辐射场强E(V m)尽管规定的测试是要用偶极子,但实际数据,便于快速估计放射电平;・体积小,容易搬动更适合在现场或工作台使用;・通常频谱分析仪有完全可编程的特点,能使一些测量系统实现自动化;因此,现在采用频谱分析仪作为EM I的测试设备,可以提高EM I测量的效率和精度,对各种EM I特性参数的测量变得更加容易。

参考文献1　吴毅,等.高频、微波场强与干扰的计算测量.北京:计量出版社,1986.2　吕洪国,高葆新,等.电磁干扰测量技术.中国惠普公司, 1988.(下转第52页)74　第4期增刊频谱分析仪在电磁干扰测量中的应用比分析,以确定人体不同组织器官的病变情况。

由于年龄分布相同,采集大量数据进行分析,并且在数据分析图4　健康人体肺部耳穴点频谱响应图5　心脏病患者耳穴频谱响应曲线图6　健康人体胰腺耳穴点频谱响应和处理的过程中采用了统计和误差理论,因此我们获图7　胆结石患者的胰腺耳穴点频谱响应的曲线得的频谱特性曲线误差极小。

图2～图7是几组测试所得的频响曲线,从中可以看出它们的差异性。

5　结束语人体耳穴频谱响应的特性测试及其与人体病变之间的关系是一项复杂的研究。

采用上述的单片机和PC 机构成的人体耳穴频谱响应特性测试系统,可初步实现正常健康人体非耳穴点与穴位点,健康人肺部耳穴点和胰腺耳穴点,心脏病患者耳穴点和胆结石患者耳穴点等频谱测试。

通过对测得的几组曲线进行对比分析,可以得出人体病变与健康时有不同的耳穴频响。

要进一步研究,需要采集大量样本,最终建立耳穴频响与人体病变确定的关系数据库,从实现无创伤诊断疾病的目标。

参考文献1　廖海洋,姜国清.人体耳穴频率响应特性测试及其与疾病相关性分析.重庆大学学报(自然科学版),1996,19(3):105～108.2　宗孔德,等.数字信号处理.北京:清华大学出版社,1990.(上接第47页)3　孙隆庆.频谱分析与频谱测量.北京:人民邮电出版社,1982.4　T ectron ix .E M IM easu rem en ts U sing a spectrum analyz 2er .1980.5　吕洪国.现代网络频谱测量技术.北京:清华大学出版社,2000.25仪　器　仪　表　学　报 第25卷　。