開闊場地的輻射發(fā)射測量超詳細(xì)講解教程

進(jìn)行開場測試時，有時候不方便多次關(guān)閉和打開被測設(shè)備的電源。本文探討了在這種情況下，如何辨識環(huán)境信號的影響，識別出被測設(shè)備（DUT）的輻射發(fā)射信號。本文討論了采用現(xiàn)代信號分析儀和EMI接收機(jī)進(jìn)行開闊場地的輻射發(fā)射測量的實(shí)現(xiàn)方法。

1、概述

開場的輻射發(fā)射測試（OATS）測量中，需要確定信號分析儀上顯示的信號到底是被測設(shè)備的輻射信號還是來自周圍環(huán)境的信號。反復(fù)地關(guān)閉被測設(shè)備，以檢查信號是否消失，再打開設(shè)備電源繼續(xù)測試，是一項(xiàng)繁復(fù)的工作。

本文介紹了幾種方法用來區(qū)別被測設(shè)備信號和環(huán)境信號，希望能解決OATS測量工作中遇到的問題。這些技術(shù)包括：采用轉(zhuǎn)臺來辨識被測設(shè)備信號和環(huán)境信號；采用 雙天線進(jìn)行信號辨識；采用屏蔽法和采用調(diào)諧與監(jiān)聽法辨識信號。本文同時也介紹了如何使用跡線加減（Trace math）功能在信號分析儀顯示的被測信號中去除環(huán)境信號。還探討了使用具有信號列表（Signal List）功能的EMI接收機(jī)和信號分析儀去除環(huán)境信號僅留下被測設(shè)備信號的方法。

2、辨識環(huán)境信號的若干方法

2.1、采用轉(zhuǎn)臺法確定被測信號

如 果被測設(shè)備的電源不容易頻繁打開或關(guān)閉，測量中可以使用一個轉(zhuǎn)臺（turntable）來幫助識別被測信號。大多數(shù)情況下，從被測設(shè)備輻射出來的信號在某 個平面比其他平面更強(qiáng)。當(dāng)轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)時，被測設(shè)備輻射信號的幅度會隨之變化。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺并觀察接收機(jī)上的信號幅度，尋找最大和最小信號。記錄下高于規(guī)范限制或 裕量的信號的最大值、頻率和轉(zhuǎn)臺位置，便于進(jìn)一步分析該信號。

轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)進(jìn)行測量的方法之所以可以標(biāo)識出環(huán)境信號，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)時，環(huán)境信號的幅度不會隨之改變。如果在相同區(qū)域進(jìn)行多次測量，建議使用一個列表來記錄環(huán)境信號的頻率和幅度。

2.2、雙天線法辨識環(huán)境信號

一 種非常靈活的辨識環(huán)境信號的方法是使用雙天線法。通常第一個天線用于正常輻射測量，放置于規(guī)范定義的距離被測設(shè)備平面10米遠(yuǎn)處，第二個天線放置于兩倍距 離處。兩個天線使用一個射頻開關(guān)與接收機(jī)連接，正常測量時用第一個天線，當(dāng)遇到異常信號，可能是環(huán)境信號也可能是被測設(shè)備輻射信號，切換到第二個天線再次 測量。如果兩次測量的信號幅度大致相同，則該信號是環(huán)境信號，如果第二次測量的幅度值低6 dB左右，則該信號是被測設(shè)備發(fā)出的信號。

雙天線法使用的天線應(yīng)是相同的類型并且具有類似的傳輸因數(shù)。另外，兩個天線和被測設(shè)備要盡量成直線放置。以保證每個天線接收到的輻射來自被測設(shè)備的同一平面。

2.3、屏蔽法辨識環(huán)境信號

如 果被測設(shè)備的電源不方便打開和關(guān)閉，一種較少用到但很經(jīng)濟(jì)的方法是在被測設(shè)備和測量天線之間放置一個屏蔽板。屏蔽板通常是鋁板，與天線垂直，重要的一點(diǎn) 是，屏蔽板必須接地，與OATS地平面連接。在大風(fēng)天使用這種方法可能會有問題，因?yàn)楹茈y保證鋁板穩(wěn)定地固定在測試場地上。

2.4、調(diào)諧與監(jiān)聽法識別環(huán)境信號

很 多信號分析儀和EMI接收機(jī)提供解調(diào)某個標(biāo)記（marker）處調(diào)幅信號或調(diào)頻信號的功能。在感興趣的信號點(diǎn)放置標(biāo)記，選擇調(diào)幅、調(diào)頻或調(diào)相等相應(yīng)的解調(diào) 方法進(jìn)行解調(diào)。當(dāng)信號被解調(diào)時，掃描會在標(biāo)記處暫停一段時間。這對于快速辨識是本地?zé)o線電臺還是被測設(shè)備輻射信號非常有用。該方法不適用于辨識數(shù)字通信信 號（手機(jī)，數(shù)字電視等）。

2.5、信號列表法去除環(huán)境信號

信號分析儀和EMI接收機(jī)的一個功能是可以把信號峰值放入信號列表（Signal List）。這些峰值可能是被測設(shè)備輻射信號，也可能是來自周圍環(huán)境的信號。圖1是一個典型的捕獲到的輻射信號顯示，既有被測信號又有環(huán)境信號。

圖1、輻射發(fā)射

對信號列表進(jìn)行操作，例如用標(biāo)記信號、刪除信號的功能可以將信號列表減少到只有被測設(shè)備輻射信號和在兩次掃描中的某次沒有出現(xiàn)的環(huán)境信號。

操作過程非常簡單，第一次掃描，被測設(shè)備電源未打開，記錄信號列表；然后打開被測設(shè)備電源，進(jìn)行第二次掃描，再記錄信號列表；搜索兩次掃描都記錄到的重復(fù)信號。這些重復(fù)信號就是兩次掃描都出現(xiàn)過的環(huán)境信號。圖2顯示了標(biāo)記出重復(fù)信號的信號列表。

圖2、標(biāo)記重復(fù)信號

刪除重復(fù)信號，剩下的信號就是被測設(shè)備信號和在兩次掃描的某一次未出現(xiàn)的環(huán)境信號。圖3顯示了刪除重復(fù)信號后剩下的信號。

圖3、刪除重復(fù)信號后剩下的信號

2.6、從顯示的頻譜中去除環(huán)境信號

進(jìn) 行EMI測量的根本目的是辨識出被測設(shè)備的輻射信號，去除其他無關(guān)信號，因?yàn)橐坏┧斜粶y信號能被辨識出來，再執(zhí)行準(zhǔn)峰值或平均值測量，即可確保所有被測 設(shè)備輻射信號能通過規(guī)范規(guī)定的限制。如果信號分析儀沒有上述的信號列表功能，也可以使用先進(jìn)分析（Advanced Analysis）功能來去除顯示的環(huán)境信號。

下述方法取決于現(xiàn)代信號分析儀的功能，必須具有足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)以保證寬帶掃描的頻譜分辨率。數(shù)據(jù)點(diǎn)越多，信號未被采集的可能性越小，顯示的幅度比期望值更低。

消除顯示的環(huán)境信號的原理相當(dāng)簡單。一條跡線中包含了環(huán)境信號和被測設(shè)備信號，另一條跡線中僅包含了環(huán)境信號，兩條跡線做減法，即可得到僅有被測設(shè)備信號的信號跡線。

盡管原理很簡單，但真正實(shí)現(xiàn)過程還是比較復(fù)雜的。最終目的是獲得一組可疑的被測信號，再進(jìn)行準(zhǔn)峰值檢波或者平均值檢波的重新測量。

成 功的關(guān)鍵是分而治之。圖4中的跡線顯示出很多的被測信號和環(huán)境信號之間間隔非常近。頻譜儀的頻率精度決定了在屏幕上能顯示間隔多近的一組信號。如果頻率精 度很低，那能分辨出的信號需要間隔比較大。而如果頻率精度相當(dāng)好，則可以分辨出間隔非常近的信號。另外，掃描寬度越大，信號看起來越接近。

下面簡要總結(jié)了從頻譜顯示中消除環(huán)境信號的過程：

1．在轉(zhuǎn)臺上搭建好被測設(shè)備并按照規(guī)范設(shè)置好天線。

2．連接信號分析儀和天線，加載校正因子，選擇規(guī)范要求的限制線，保證噪底和限制線之間的靈敏度足夠，通常至少有6 dB。否則，需要增加一個低噪聲放大器提高靈敏度。

3．打開被測設(shè)備電源并觀察頻譜顯示。調(diào)整截止頻率來減小掃寬，直到頻譜顯示大約25或30個信號。注意，此時的頻譜包括了環(huán)境信號和被測設(shè)備信號。增加跡線平均數(shù)以減小噪聲。保存該頻譜為跡線1。

4．關(guān)閉被測設(shè)備電源并保存該頻譜為跡線2。

5．使用跡線加減功能，本例中即計算功率差，用跡線1減去跡線2得到跡線3。跡線3上的信號包括了被測設(shè)備信號以及出現(xiàn)在保存跡線1和跡線2期間的任何信號。

6．將跡線3上的信號的幅度和對應(yīng)頻率一一記錄下來，用于進(jìn)一步分析。

7．轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)90度，再次重復(fù)步驟3至6。把所有測量結(jié)果保存在一個大表中。

8．檢查保存的測量結(jié)果，如果信號幅度高于限制線，放大該信號，并進(jìn)行一次“measure at marker”測量。保證其準(zhǔn)峰值測量結(jié)果低于限制線。

2.6.1、消除環(huán)境信號的具體步驟

消除環(huán)境信號的過程采用一臺現(xiàn)代中檔信號分析儀，在經(jīng)濟(jì)型中檔信號分析儀上也可以實(shí)現(xiàn)。

下面顯示的是，10米法雙錐形天線滿足規(guī)范EN55022的測量限制線。連續(xù)減小截止頻率到只顯示大約20個信號，其中包括被測設(shè)備信號。

2.6.1.1、同時顯示環(huán)境信號和被測信號的頻譜

圖4（跡線1）顯示的頻譜既有環(huán)境信號又有被測設(shè)備發(fā)出的信號。采用跡線平均以使得顯示跡線平滑化。本例中采用了100次跡線平均來降低噪底，并穩(wěn)定環(huán)境信號。這是已經(jīng)消除了環(huán)境信號，僅留下被測設(shè)備信號的跡線。

注意周圍環(huán)境隨著信號衰落不斷變化。信號幅度可能隨時間改變。當(dāng)該跡線被存儲后，如果環(huán)境信號幅度減小或者完全消失，那么這一環(huán)境信號可能顯示為一個被測設(shè)備信號。

圖4、被測設(shè)備信號加上環(huán)境信號

圖5（跡線2，藍(lán)色）顯示的是當(dāng)被測設(shè)備電源關(guān)閉時的環(huán)境信號。也是100次跡線平均以減小噪聲和斷續(xù)性信號。用跡線1減去跡線2。如果一個環(huán)境信號出現(xiàn)在跡線2上但沒有出現(xiàn)在跡線1上，結(jié)果會出現(xiàn)一個負(fù)值的尖峰。這個負(fù)值尖峰是由于減法導(dǎo)致的。

圖5、環(huán)境信號

從 跡線1中減去跡線2，采用的是信號分析儀具有的計算功率差的功能。功率差功能使用運(yùn)算符Operands。定義跡線1為Operand 1，跡線2為Operand 2。跡線1減去跡線2，得到跡線3，是兩者的差。這時，跡線1處于靜止（View）模式，跡線2也處于靜止模式，而跡線3處于激活（clear write）模式。

圖6、被測設(shè)備信號和環(huán)境信號跡線減去環(huán)境信號跡線

大多數(shù)環(huán)境信號可以被消除，剩余的環(huán)境信號幅度值非常低，這些殘余信號產(chǎn)生于頻率的改變，即它們對應(yīng)在跡線1上的頻點(diǎn)和在跡線2上的頻點(diǎn)發(fā)生了變化。

一 條跡線分成5000點(diǎn)的話，每個點(diǎn)代表54 kHz的頻帶寬度。點(diǎn)數(shù)對于消除環(huán)境信號非常重要。如果選擇的點(diǎn)數(shù)過少，被測設(shè)備信號與環(huán)境信號間隔過近時，可能被當(dāng)作環(huán)境信號刪除。另一方面，如果選擇 的點(diǎn)數(shù)過多，一旦環(huán)境信號的頻率微小改變，可能對應(yīng)兩條跡線上的點(diǎn)就不同了，這樣兩條跡線相減時該環(huán)境信號點(diǎn)就不能被消除。這種情況通常發(fā)生在調(diào)頻站 （FM Stations）。如果仔細(xì)觀察跡線3，會發(fā)現(xiàn)有些信號顯示出幅度值變低很多。這些信號點(diǎn)就是在跡線1和跡線2上對應(yīng)的頻率有變化。而在跡線1上采集到 的被測設(shè)備信號的幅值幾乎沒有變化或者僅有很小的變化。

圖7、關(guān)閉跡線1和跡線2后的顯示

關(guān)閉跡線1和跡線2后，更容易看清楚余留的信號。被測設(shè)備信號很容易被識別。所有其他信號都低于限制線或裕量線。

圖7中的跡線，在某些情況下，會顯示超過屏幕底部。這是由于計算出的功率差是負(fù)值，超過了測量顯示范圍。下一步是保存結(jié)果，進(jìn)行準(zhǔn)峰值或平均值的最終測量。

圖8、顯示線和被測信號跡線

顯示線用于采集被測設(shè)備信號。高于顯示線的信號記錄在峰值列表里以進(jìn)行下一步分析。通常顯示線位于限制線或裕量線處。注意，不是跡線上所有的信號都來自于被測設(shè)備，它也有可能是跡線1或跡線2未能同時采集到的信號。

圖9、被測設(shè)備信號的峰值列表

識別出需要進(jìn)行下一步分析的信號，記錄在列表里并保存為.csv文件。調(diào)回文件，使用規(guī)定的檢波器測量這些信號點(diǎn)的幅度和頻率，記錄結(jié)果列表并保存，可用于以后再次測量。如果存在不滿足規(guī)范的信號，需要對被測設(shè)備重新設(shè)計和重新評估。

3、環(huán)境信號不同辨識方法的比較

3.1、轉(zhuǎn)臺法

當(dāng)被測設(shè)備不易關(guān)閉電源時，適合選擇轉(zhuǎn)臺法。需要記錄和比較從4個方位測量的數(shù)據(jù)以分辨被測設(shè)備輻射信號。

3.2、雙天線法

該方法對于單獨(dú)的信號辨別最快。在兩個天線間簡單切換，即可簡單地看到信號是環(huán)境信號還是被測設(shè)備信號。但該方法需要非常大的測試場地。

3.3、屏蔽法

設(shè)置屏蔽是成本最低的方法。然而，這個方法有點(diǎn)麻煩，需要安裝和拆除。當(dāng)有多個信號需要分析時，適合采用屏蔽法。

3.4、信號列表法

信號列表法速度很快，允許用戶直接在信號列表中選擇被測設(shè)備輻射信號進(jìn)行最后測量。使用的信號分析儀必須具有信號列表功能，例如安裝了安捷倫N6141A EMC測量應(yīng)用軟件的信號分析儀。

3.5、頻譜顯示去除環(huán)境信號

該方法的優(yōu)點(diǎn)是，只顯示被測設(shè)備輻射信號和沒有被某條跡線捕獲的信號（環(huán)境信號或者環(huán)境信號加上被測信號）。可以直接觀察到被測設(shè)備輻射信號。使用的信號分析儀需要具有跡線加減功能。

4、結(jié)論

采用哪種方法去除環(huán)境信號取決于被測設(shè)備、周圍環(huán)境和使用的場地。例如：被測設(shè)備比較復(fù)雜（即：很多內(nèi)部時鐘），可以使用信號列表法或頻譜顯示法。如果環(huán)境干擾比較?。ㄟh(yuǎn)低于限制線），可以使用轉(zhuǎn)臺法。