隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，帶來(lái)了很大的便利，但同時(shí)也帶來(lái)了不容忽視的電磁干擾(EMI)問(wèn)題，這就要求必須對(duì)EMI特性進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，這對(duì)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(gè)電磁兼容測(cè)量技術(shù)及所屬服務(wù)領(lǐng)域不斷出現(xiàn)許多新的
測(cè)試儀器和測(cè)試方法，基本且有效的測(cè)試設(shè)備還是
頻譜分析儀和EMI接收機(jī)。
頻譜分析儀
談到測(cè)量電信號(hào)，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(guī)律顯示出來(lái)的儀器，它相當(dāng)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(guī)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(cè)量與診斷的理想工具。這是因?yàn)椋?br />(1)關(guān)鍵的是動(dòng)態(tài)范圍，干擾頻譜不同分量的差別有5個(gè)量級(jí)以上，需要100 dB以上的動(dòng)態(tài)范圍；而八位的示波器僅有40 dB左右的動(dòng)態(tài)范圍，不能滿足電磁干擾的測(cè)量要求。
(2)所有電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)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(shí)域波形，因此測(cè)試得到的結(jié)果無(wú)法直接與標(biāo)準(zhǔn)比較。為了將測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)相比較，必須將時(shí)域波形變換為頻域頻譜。
(3)電磁干擾相對(duì)于電路的工作信號(hào)往往都是較小的，并且電磁干擾的頻率往往比信號(hào)高，而當(dāng)一些幅度較低的高頻信號(hào)疊加在一個(gè)幅度較大的低頻信號(hào)時(shí)，用示波器無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。
(4)示波器的靈敏度在毫伏級(jí)，而由天線接收到的電磁干擾的幅度通常為微伏級(jí)，因此示波器不能滿足靈敏度的要求。
測(cè)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(guī)律顯示出來(lái)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(cè)量電磁干擾中的缺點(diǎn)，它能夠JING確測(cè)量各個(gè)頻率上的干擾強(qiáng)度。對(duì)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，用頻譜分析儀可以直接顯示出信號(hào)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(tái)在一定頻率范圍內(nèi)掃描接收的接收機(jī)。
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(hào)與本振產(chǎn)生的信號(hào)混頻，當(dāng)混頻的頻率等于中頻時(shí)，這個(gè)信號(hào)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(hào)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時(shí)間變化，因此頻譜分析儀在不同的時(shí)間輸出的頻率是不同的。
當(dāng)本振蕩器的頻率隨著時(shí)間進(jìn)行掃描時(shí)，屏幕上就顯示出了被測(cè)信號(hào)在不同頻率上的幅度，將不同頻率上信號(hào)的幅度記錄下來(lái)，就得到了被測(cè)信號(hào)的頻譜。
根據(jù)這個(gè)頻譜，就能夠知道被測(cè)設(shè)備是否有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的干擾發(fā)射，或產(chǎn)生干擾的信號(hào)頻率是多少。
1．2頻譜儀的使用方法
要獲得正確的測(cè)量結(jié)果，必須正確地操作頻譜分析儀。本節(jié)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(shè)置頻譜分析儀的各個(gè)參數(shù)。
下面解釋頻譜分析儀中主要參數(shù)的意義和設(shè)置方法。
(1)頻率掃描范圍
規(guī)定了頻譜分析儀掃描頻率的上限和下限。通過(guò)調(diào)整掃描頻率范圍，可以對(duì)感興趣的頻率進(jìn)行細(xì)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(shí)間越長(zhǎng)，頻譜上各點(diǎn)的測(cè)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(shè)置這個(gè)參數(shù)時(shí)，可以通過(guò)設(shè)置掃描開(kāi)始頻率和終止頻率來(lái)確定，例如：startfrequency=l MHz，stop frequency=ll MHz。也可以通過(guò)設(shè)置掃描中心頻率和頻率范圍來(lái)確定，例如：
center frequency=6 MHz，span=10 MHz。這兩種設(shè)置的結(jié)果是一樣的。
(2)中頻分辨帶寬
規(guī)定了頻譜分析儀的中頻帶寬，這項(xiàng)指標(biāo)決定了儀器的選擇性和掃描時(shí)間。調(diào)整分辨帶寬可以達(dá)到兩個(gè)目的，一個(gè)是提高儀器的選擇性，以便對(duì)頻率相距很近的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行區(qū)別。另一個(gè)目的是提高儀器的靈敏度。因?yàn)槿魏坞娐范加袩嵩肼暎@些噪聲會(huì)將微弱信號(hào)淹沒(méi)，而使儀器無(wú)法觀察微弱信號(hào)。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(qiáng)對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)能力。分辨帶寬一般以3 dB(或者6 dB)帶寬來(lái)表示。當(dāng)分辨帶寬變化時(shí)，屏幕上顯示的信號(hào)幅度可能會(huì)發(fā)生變化。若測(cè)量信號(hào)的帶寬大于通頻帶帶寬，則當(dāng)帶寬增加時(shí)，由于通過(guò)中頻放大器的信號(hào)總能量增加，顯示幅度會(huì)有所增加。若測(cè)量信號(hào)的帶寬小于通頻帶寬，如對(duì)于單根譜線的信號(hào)，則不管分辨帶寬怎樣變化，顯示信號(hào)的幅度都不會(huì)發(fā)生變化。信號(hào)帶寬超過(guò)中頻帶寬的信號(hào)稱為寬帶信號(hào)，信號(hào)帶寬小于中頻帶寬的信號(hào)稱為窄帶信號(hào)。根據(jù)信號(hào)是寬帶信號(hào)還是窄帶信號(hào)能夠有效地鑒別干擾源。
(3)掃描時(shí)間
儀器接收的信號(hào)從掃描頻率范圍的低端掃描到Z高D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，頻譜儀的中頻
濾波器不能夠充分響應(yīng)，結(jié)果幅度和頻率的顯示值變?yōu)椴徽_。
(4)視頻帶寬
視頻帶寬至少與分辨帶寬相同，為分辨帶寬的3至5倍。視頻帶寬反映的是測(cè)量接收機(jī)中位于包絡(luò)檢波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的視頻放大器的帶寬。改變視頻帶寬的設(shè)置，可以減小噪聲峰一峰值的變化量，提高較低信噪比信號(hào)測(cè)量的分辨率和復(fù)現(xiàn)率，易于發(fā)現(xiàn)隱藏在噪聲中的小信號(hào)。
1．3 頻譜儀的種類
頻譜儀通常可以分為常規(guī)掃頻分析儀和實(shí)時(shí)頻譜分析儀，通過(guò)比較可以知道實(shí)時(shí)頻譜分析儀適用性更強(qiáng)。
(1)常規(guī)掃頻分析儀
是常規(guī)掃頻分析儀的框圖。此例涉及兩個(gè)RF輸入信號(hào)。RF信號(hào)通過(guò)掃描定位振蕩器被轉(zhuǎn)化為IF(中間頻率)。IF輸出通過(guò)帶通濾波器，此處頻譜分析儀分辨率被定義。
濾波器由Fstart掃至Fstop。此時(shí)僅觀察到濾波器帶寬內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)的信號(hào)。信號(hào)A首先被探測(cè)和顯示，然后是信號(hào)B(間歇信號(hào)，如突發(fā)現(xiàn)象一般不會(huì)被探測(cè)到，除非在濾波器掃過(guò)時(shí)，在某一準(zhǔn)確時(shí)間出現(xiàn))。
(2)實(shí)時(shí)頻譜分析儀
實(shí)時(shí)頻譜分析儀是由一系列帶通濾波器組成。信號(hào)通過(guò)這些濾波器觀察和連續(xù)紀(jì)錄。信號(hào)A和B同時(shí)采集和顯示
