杨显彬
【摘 要】由于EMI信号的多样性与复杂性,在实际的测量过程中需要根据EMI信号的特点,正确设置相关测量仪器,才能保证测量结果的准确度,否则不仅会导致测量结果的不可靠,还可能损坏测量仪器.在此列举了几个测量过程中所遇到的问题,分析了其对测试结果的影响,并结合相关仪器的工作原理,给出正确处置方法,确保测量结果的准确性和可靠性.%Because of diversity and complexity of EMI signal, it's necessary to correctly set the correlation measurement instruments in the measuring process according to the characteristic of the EMI signal. Otherwise, not only the measurement result is not reliable, but also the measurement instrument may be damaged. Several problems encountered in the measuring process is listed in this paper. Its influences on the test result is analyzed and the correct disposal methods which associate with the working principle of the instrument are given to ensure the measurement accuracy and reliability. 【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2012(035)022
【总页数】4页(P171-173,176)
【关键词】非线性干扰;带宽;峰值检波器;准峰值检波器;平均值检波
【作 者】杨显彬
【作者单位】中国西南电子技术研究所,四川 成都 610036
【正文语种】中 文
【中图分类】TN911-34;TM937.3
0 引 言
电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)是指任何能中断、阻碍、降低或限制电气、电子设备有效性能的电磁能量。电磁干扰信号是复杂多变，包括各种电磁噪声、有意电磁发射信号、连续波骚扰以及射频脉冲骚扰等。即使同样的干扰源，考虑到不同的应用环境，
其测试需求也是不一样的。如在军用领域，测量主要关心干扰的最大峰值，而在民用领域，则更关注干扰对人体感官功能的影响，常采用准峰值。因而对EMI的测量是了一项复杂的工作，经常需要根据不同的干扰源特征、不同应用需求进行测试。目前最常用的采用EMI接收机来对EMI信号进行分析测量，其具有高精度、宽频带、大动态、集成多种检波方式等特点。EMI接收机功能强大，价格也十分昂贵，在测试的过程中，需要正确运用才能发挥其功效，否则不仅会导致测量结果的不可靠，还可能损坏测量仪器。 1 传导测量时前端保护问题
现在的EMI接收机都采用外差式接收原理，将输入的EMI信号通过衰减、放大和选频处理，再送入混频器中与调谐本振信号混频得到固定中频，最后经放大、滤波、检波等处理后给出的电平指示，其工作原理如图1所示。射频前端通常指的是第一级混频前的射频信号通路。从接收原理图可以看出，其主要包含前置可调衰减器、滤波器、前置预防和混频器等组成。由于被测信号直接与射频前端的输入端相连接，干扰直接作用于前端，因此要注意射频前端的防护。
图1 接收机原理简图
在电源传导EMI测试中，一般是通过连接设备电源线的稳定阻抗网络(LISN)或者人工电源网络(AMN)对设备在电源线上产生电磁干扰进行测量，然而当被测件开关打开和关闭时，经常会在LISN或者AMN中产生幅度很大的尖峰干扰脉冲，这种情况有可能会损害测试接收机。如图2所示，某航空设备加电瞬间，在LISN的输出端测到的高压脉冲，其脉冲峰峰值高达到188 V，足以烧毁接收前端。曾经有多起在没有外接限幅衰减的情况下进行电源线传导EMI测试，致使接收前端损坏的案例[1]。另外还有一些特殊产品，工作时也可能产生高能脉冲信号，如飞机点火装置等。因此，在为了避免输入过大的脉冲信号进入EMI接收机，需要接收机射频前端加专业脉冲限幅器如ESH3-Z2或衰减器，通过限幅器或衰减器，使输入脉冲信号强度衰减，从而保护接收机前端。
图2 某设备加电在LISN端口测得脉冲信号
另外EMI接收射频输入端通常采用直流耦合输入，而混频器属于直流敏感设备，输入信号中含有直流信号会直接导致混频二极管烧毁，因此在测量过程中要注意对被测件直流信号的防范。例如GPS接收天线常采用射频电缆给接收前端放大器供电，即射频信号和直流供电是共用电缆传输的，因此在对GPS天线端子进行乱真发射传导测试时，一定要注意隔离直流信号的问题，并对测试频段内对因隔离直流信号而带来的插入损耗进行及时修正。
2 大信号测量时非线性干扰问题
非线性通常表示一种特殊输入输出关系。对一个非线性系统，其输出中除了有输入信号线性增益项之外，还会出现输入信号的高次项。在研究接收机的非线性时，可以用式(1)的级数展开式来表示接收机的传输特性。
(1)
如果输入信号含有单一的频率分量，那输出信号中就会有该频率分量的高次谐波。如果输入信号中含有多个频率分量，除了谐波分量外，还包含了大量的交调、互调信号，这些频率将可能干扰测试结果。在EMI接收机系统内，混频器和放大器最容易产生非线性干扰。当输入信号超过接收机线性动态范围时，接收机工作于非线性区域，从而产生非线性干扰。
对接收机产生非线性干扰的识别，如图3所示，通过对在测试通道中加入衰减器的方法来鉴别。如果输出信号的幅度与衰减器衰减量相同减小，则说明非线性产物来自接收机之外。如输出信号幅度降低值大于衰减器衰减量，则说明非线性干扰来自接收机，接收机工作于
非线性工作状态。例如，用ESIB26接收机队信号源6061A的谐波抑制进行测量，设置信号源输出频率2 MHz，幅度10 dBm，连续正弦波输出。设置接收工作频率4 MHz，关预放，测得二次谐波电平-37.5 dBm；保持信号源输出不变，在接收机输入端加20 dB衰减器，此时测得二次谐波电平-62.5 dBm，即加入20 dB衰减器后，谐波减小了25 dB。根据结果可知接收机在加入衰减前产生了非线性失真，二次谐波中部分产物是由接收机产生，否则第二测量结果应该是-57.5 dBm。并且还可以得出，加入衰减后测得的二次谐波来自信号源，否则测量结果应小于-77.5 dBm。这是因为根据式(1)，假设k2是常数，二次谐波与输入正幂级数关系，即输入减小20 dB，二次谐波减小40 dB，事实上k2随着输入的减小也会减小。
图3 接收机非线性产物鉴别的连接图
接收的非线性干扰，基本都是由于带外信号过大造成的。如对一些发射机的谐波、杂波测试，发射机的主频就很可能造成接收机非线性失真，产生干扰。如果在接收机射频通道中加入过多的衰减器，又会影响到小信号的测量[2]，这时就需要加入抑制网络，如陷波器等，对发射频率进行衰减，然后再进行小信号的测量。如GJB151A中CE106项目测试发射机频谱就经常需要加入抑制网络[3-4]。
3 窄脉冲测量时带宽设置问题
EMI接收机的测量带宽是指接收机总选择性曲线6 dB带宽。接收机总选择性曲线主要受中频带宽影响，通常是通过设置中频滤波器带宽来控制。在多级中频设计的接收机中，通常为最后一级中频带宽。测试带宽关系到接收机的频率分辨度和接收灵敏度。不同的测量带宽，会得到不同的测量结果。因此，标准中通常规定了试验时的使用带宽，如表1所示。
表1 常用的民标和军标带宽民用标准CISPR,GB6113等频率范围带宽军用标准MIL461D,GJB151A等频率范围带宽——————25 Hz^1 kHz10 Hz——————1^10 kHz100 Hz9^150 kHz200 Hz10^250 kHz1 kHz0.15^30 MHz9 kHz250^20 MHz10 kHz30 MHz^1 GHz120 kHz30 MHz^1 GHz100 kHz1^18 GHz1 MHz1^18 GHz1 MHz
标准中对骚扰信号有固定电平限值的要求，表1所示的带宽要求是必需的。但对一些发射机设备的乱真发射抑制度测量时，上述带宽要求不是必需的。例如按GJB151A-1997中CE106项目对某扩频发射机进行测试。该设备工作在200 MHz，采用直接序列扩频方式，伪随机码元宽度约2 μs。如果采用军标规定100 kHz带宽，则EMI接收机测量发射功率远比实际功率小，从而可能影响到其对乱真发射抑制度的判别。另外带宽的变化对不同输入信
号的影响也是不同的。当测试带宽增加10倍时，正弦信号电平测量结果不会改变，白噪声电平增加10 dB，脉冲信号电平增加20 dB(脉宽的倒数1/τ>测试带宽B>周期的倒数1/T)。专业的研究部门对仪器90 kHz和9 kHz两种带宽进行了对比试验，发现大多数干扰在两种带宽下测试数值比在14～18 dB范围，这与干扰主要是脉冲性噪声但也存在部分随机分量的情况相吻合[5]。
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