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EMI接收机和频谱分析仪的基本结构和原理

频谱分析仪简称频谱仪,基本功能是测试射频功率谱扫描测试,直角坐标系横轴是频率(Hz),纵轴是功率(dBm),频谱曲线表征每个频点的功率值。


频谱仪的基本结构原理图如下:

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衰减器,是将输入信号功率按照预设比例减小的装置。它用来降低输入信号的功率,增大频谱仪的功率量程上限,优化动态范围,改善阻抗匹配。调节衰减器能区分识别仪器自身产生的虚假信号,跟随衰减器调节,峰值读数发生较大变化的信号,是频谱仪自身杂散。


前置放大器通常也叫预放,是将输入信号功率按照预设比例放大的装置,用来提高频谱仪的灵敏度。


混频器是频谱仪射频前端的核心,频谱仪射频前端采用超外差混频方式,所谓超外差(superheterodyne)是超声外差(supersonic heterodyne)的缩写,指中频频率较高;另一种常见的接收机混频方式是零中频,即射频与本振的频率相等。


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混频器之前的滤波器用来抑制输入射频RF的镜像频率RF',即对称与本振LO的频率,例如,当中频IF=LO-RF时,镜像RF'=LO+IF。当采用高中频设计时(超外差IF>RF),镜频滤波器为低通滤波器;对高于9GHz的微波频段,通常使用YIG调谐带通滤波器抑制镜频。


中频滤波器带宽就是我们通常说到的分辨率带宽RBW,频谱仪带宽按照-3dB定义(功率50%),EMI接收机按照-6dB带宽定义(电压50%)。现代频谱仪常用模拟滤波器结合数字滤波器的方式实现中频滤波。最后一级混频和中频放大后的中频滤波器是模拟带通滤波器,位于ADC之前。数字滤波器是用预设的滤波器算法和带宽,与通过IQ矢量FFT的获得中频频谱相乘,从而实现中频滤波过程。


检波器,用来检测中频信号电压包络获取电平测量值的器件。模拟中频信号,经过包络检波器,输出峰值包络也就是视频信号,经ADC转为数字信号,经数字视频滤波(对应视频滤波器),然后检波运算。检波方式分为峰值、采样、RMS和平均等。


检波器的输出显示被测频率范围的频谱。


EMI接收机与频谱仪在结构和原理上是基本一致的,与频谱仪的主要区别:


EMI接收机不是连续扫描,是离散固定点频测量;

EMI接收机中频带宽是-6dB,频谱仪是-3dB;

通常接收机射频前端有预选器,而频谱仪只有镜频滤波器;

专用接收机有某些标准规定的特殊类型检波器。


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