基于FFT時域掃描的EMI電磁干擾測試

新型R&S ESR EMI測試接收機使用基于FFT的時域掃描來執(zhí)行符合標準的干擾測量，比傳統(tǒng)EMI測試接收機快6000倍。它提供廣泛的診斷工具，如實時頻譜分析、頻譜瀑布圖、余輝模式和中頻分析，可高效幫助用戶定位和消除干擾。

I. 速度更快，洞察力更強、更加智能

R&S ESR（參閱圖1）是頻率范圍從10 Hz 至 7 GHz的電磁干擾測試接收機。它主要用于符合相關(guān)商業(yè)電磁兼容標準的產(chǎn)品認證測量。通過集成預(yù)選、20 dB前置放大器和高度線性的前端，R&S?ESR滿足CISPR 16-1-1標準要求，也符合所有其他相關(guān)商業(yè)標準要求。而使這臺儀器真正不同凡響的是它基于FFT的時域掃描，它以迄今為止從未達到過的速度測量電磁干擾。過去需要幾個小時的干擾測量現(xiàn)在幾秒鐘內(nèi)即可完成。

圖1：R&S ESR EMI測試接收機使用基于FFT的時域掃描執(zhí)行符合標準的干擾測量，比傳統(tǒng)EMI測試接收機快6000倍。

具有廣泛診斷工具的可選實時頻譜分析功能，使該儀器能夠以新的視野分析干擾信號及其歷史。除了提供EMC試功能外，R&S ESR還是一款為實驗室應(yīng)用準備的強大的全功能信號與頻譜分析儀。該儀器結(jié)構(gòu)清晰，采用直觀的觸摸屏界面，在任何模式下都非常容易操作。

II. 時域掃描 - 超快速，符合標準的測量

在時域掃描模式下，R&S ESR的測量速度比傳統(tǒng)步進式頻率掃描模式下的測量速度高出6000倍，它是市場上最快的EMI 測試接收機。R&S ESR在幾毫秒內(nèi)即可完成在各個CISPR頻段的頻率掃描。它實時測量傳導(dǎo)干擾，包括準峰值加權(quán)，沒有任何時間縫隙地貫穿整個CISPR頻段B，即從150 kHz到30 MHz（參閱圖2）。

圖2：實時時域掃描，采用準峰值和平均加權(quán)測量干擾電壓，外加含通過/失敗指示的限值線檢查。

圖3：典型EMI測量設(shè)置，采用步進式頻率掃描和采用時域掃描總體測量時間的比較。

此類應(yīng)用不再需要預(yù)覽掃描，因為R&S ESR以符合CISPR 16-1-1的電平測量精度，采用準峰值加權(quán)得到想要的頻譜，所需時間不超過2秒（參閱圖3）。

這樣可節(jié)省用戶為獲取結(jié)果而花費的寶貴時間。當(dāng)要測試的設(shè)備僅可在短時間內(nèi)操作或測量時（例如車輛中的起動電動機），時域掃描功能特別有用。極快的時域掃描可非常迅速地得到結(jié)果，從而可以輕松處理這類情況。由此節(jié)省下的時間可用于例如增加觀察時間，以便可靠檢測脈沖重復(fù)頻率非常低的窄帶、間歇性干擾信號，或者檢測孤立的脈沖。通過增加觀察時間，即便是波動的干擾或漂移的干擾，其最高電平也能檢測到，而且不會使總體測量時間無節(jié)制延長。

III. 實時頻譜分析為洞察干擾信號提供新視野

R&S ESR將符合標準的EMI測試接收機功能與實時頻譜分析儀功能結(jié)合在一起，提供傳統(tǒng)EMI 試接收機從來未有的分析能力。如果認證測試期間設(shè)備測試失敗，可以切換到實時模式分析干擾信號。這種方法非常有助于測量偶發(fā)事件和短暫事件，頻率上的窄帶干擾漂移或被測設(shè)備在切換操作時的頻譜特性。使用傳統(tǒng)頻率調(diào)諧的儀器是以順序方式測量相對窄帶的頻率范圍。如果事先沒有詳細了解被測設(shè)備的輻射發(fā)射行為，這些類型的不穩(wěn)定信號波形仍可能不被傳統(tǒng)分析儀檢測到，即使能夠檢測和分析也是非常耗時。R&S ESR的測量頻譜高達40 MHz，無任何時間縫隙，因此即使是非常短的脈沖也能夠捕捉到。

R&S ESR提供頻譜瀑布圖功能，可在時域提供無縫頻譜顯示，允許用戶可以隨時間分析干擾信號的行為變化。每個頻譜表示為具有不同電平的水平線，不同電平分配不同顏色。對應(yīng)于100μs的時間分辨率，各條譜線以高達每秒10，000線的速率連續(xù)加入。頻譜瀑布圖揭示了在頻譜中看不到的信號特征。R&S ESR還具有頻率模板觸發(fā)（FMT）功能，可以檢測指定頻譜內(nèi)的偶發(fā)事件。測試接收機測量每個單獨的頻譜，并將其與頻率相關(guān)的模板進行比較。如果一個頻譜觸及了模板，則R&S ESR將激活觸發(fā)并顯示那個頻譜，從而使用戶能夠分析該干擾及其影響。

當(dāng)單個干擾信號在傳統(tǒng)分析儀模式下看不到，在余輝模式下它將立即顯現(xiàn)。采用這種模式，R&S ESR將無縫頻譜寫入單個圖中。每個像素的顏色指出在特定頻率上特定振幅出現(xiàn)的頻繁程度。如果信號不再在特定頻率處以特定振幅出現(xiàn)，則相應(yīng)的像素在用戶定義的余輝時間周期后消失。由此，余輝模式建立了頻譜直方圖。用戶可以清楚區(qū)分開僅在很短時間內(nèi)出現(xiàn)的脈沖型干擾和連續(xù)干擾。即使不同的脈沖型干擾也可以輕松地被區(qū)分。此外，余輝模式能夠識別出被寬帶干擾疊加的窄帶干擾（參閱圖4和圖5）。

IV. 用于顯示干擾信號周圍頻譜的中頻分析功能

可選的R&S ESR中頻分析功能提供EMI接收頻率周圍射頻輸入信號的頻譜顯示。中頻頻譜顯示可耦合到當(dāng)前接收頻率的柱狀圖顯示。或者，可以將中頻頻譜與保存的頻率掃描結(jié)果一起顯示。接收頻率可以耦合到標記的位置，在頻率掃描期間該標記被放置在檢測到的EMI信號峰值上（標記跟蹤功能）。

圖4：在分析儀模式下顯示寬帶干擾 - 在本例中，由EMI抑制差的電機引起。黃色軌跡表示當(dāng)前頻譜，藍色軌跡表示Max. Hold。

圖5：在余輝模式下同一電機的干擾頻譜。這里，第二個脈沖型干擾清晰可見，而在分析儀模式下不能識別出它，因為它隱藏在寬帶干擾中。

這是接近和評估頻譜中最高峰的簡單方法（參閱圖6）。中頻頻譜還提供有關(guān)測量信道周圍頻譜占用的詳細概覽和已調(diào)制信號的頻譜分布信息。任何收到的信號都可以快速分類為干擾信號或想要的信號。頻譜的視覺評估有助于將接收機精確調(diào)諧到所需的頻率?？梢酝瑫r激活A(yù)M或FM音頻解調(diào)，從而更容易識別檢測到的信號，例如為了識別和排除開放區(qū)域測量中的環(huán)境干擾。

圖6：耦合到頻率掃描（下屏 ）的中頻頻譜（上屏）顯示。掃描軌跡上的實際標記位置決定接收頻率和中頻頻譜的中心頻率（標記跟蹤功能）。

V. 只需按下按鈕的自動化測試序列

執(zhí)行干擾測量的標準方法是將采用峰值和平均值加權(quán)的快速預(yù)覽測量與在臨界頻率上采用CISPR要求的檢波器加權(quán)進行的最終測量相結(jié)合。對于這種方法，R&S ESR提供了在商業(yè)標準中定義的預(yù)編限值線的選擇，用于產(chǎn)品輻射測量。將限值線與預(yù)覽測量結(jié)果比較，這些結(jié)果是用傳統(tǒng)步進頻率掃描獲得的，或者是以極高的速度，采用可選的快速時域掃描獲得的。然后，測試接收機根據(jù)用戶定義的準則識別臨界頻率，并用表格（峰值列表）進行呈現(xiàn)。自動測試序列可以在觸摸屏上快速、輕松配置（參閱圖7），并且按下按鈕即可執(zhí)行。

對于電力線上的干擾電壓測量，R&S ESR能夠通過它的AUX端口控制羅德與施瓦茨公司的線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）。所有相線的測量都可完全自動執(zhí)行。這確保了最高干擾電平能夠可靠地被檢測到。

VI. 符合標準的頻譜分析儀 - 用于并超越EMI 測量

R&S ESR包含了功能強大的R&S FSV信號與頻譜分析儀。組合了EMI 測試接收機和頻譜分析儀的功能，它成為能提供多種能力的儀器。首先，R&S ESR執(zhí)行快速診斷測量，以便在不同開發(fā)階段確定和分析產(chǎn)品的EMI特性- 可使用或不使用預(yù)選器。第二，R&S ESR可用于在射頻開發(fā)實驗室內(nèi)執(zhí)行大量標準測量。額外的測量功能，例如鄰道功率（ACP）、三階截止點（TOI）和占用帶寬（OBW），以及統(tǒng)計功能（APD、CCDF），將該儀器的應(yīng)用范圍擴展到遠超出EMI 測量范疇。

圖7：R&S ESR允許用戶快速、輕松配置自動測試序列（預(yù)覽測量/數(shù)據(jù)精簡/最終測量），按下按鈕即可執(zhí)行。最終測量也可以交互進行。

對于頻譜分析儀模式下的電磁干擾測量，R&S ESR提供多達16個標記，它們可以放置在干擾頻譜的臨界頻率上。這些標記可與CISPR檢測器相配合，從而能夠與相關(guān)限值線比較。頻譜也可沿對數(shù)頻率軸顯示。在臨界頻率上測量到的電平以表格形式列出（參閱圖8）。

VII. 觸摸屏：無與倫比的輕松操作

R&S ESR不僅提供出色的功能，易于操作和清晰的結(jié)構(gòu)化用戶界面也為其加分不少。各種測量模式明顯分開，按下按鈕即可切換操作模式。用戶可直接在觸摸屏上輕松配置復(fù)雜的測量和自動測試序列。R&S EMC32軟件可用于遠程控制R&S ESR，并將其集成到用于自動化測試程序的復(fù)雜EMC測量系統(tǒng)中。

圖8：分析儀模式下使用頻率掃描（最大200，001點）和對數(shù)刻度進行的干擾頻譜預(yù)覽測量，以及使用要求的CISPR檢波器和限值線檢查的最終測量。

VIII. 結(jié)論：EMI 測試接收機性能的一個新次元

新型R&S ESR不僅在測量速度方面，而且在其診斷能力方面（它開辟了高度通用的應(yīng)用）優(yōu)于所有現(xiàn)有的EMI測試接收機。R&S ESR可輕松執(zhí)行符合EN/ CISPR/FCC標準的認證測量（傳導(dǎo)和輻射），以及在家用電器、多媒體設(shè)備、照明設(shè)備、工業(yè)或醫(yī)療應(yīng)用設(shè)備開發(fā)過程中的EMI分析。在汽車行業(yè)，R&S ESR是符合汽車制造商指南要求的車輛和配件認證測試的理想選擇，借助其可選的直流電源它也適合移動測量應(yīng)用。