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        頻譜分析儀與EMI測量接收機DUT阻抗對測試值的影響

        頻譜分析儀默認單位dBm,是功率電平值;EMI測量接收機默認單位dBμV,是電壓電平。為什么使用不同的測量單位?除了單位不同,這兩種儀器對同一個信號的測量值如何換算,如果在儀器上設置成一致的單位,讀數是否能夠一致?產生這些疑問的原因在哪里?


        頻譜儀與EMI接收機測量值解析

        功率譜指的是信號在每個頻率分量上的功率,頻譜其實是一個幅度譜,是信號在各個分量上的電壓幅度,所以功率就是電壓的平方再除以電阻值。

        頻譜儀的"頻譜"實際是"功率譜",默認使用功率單位dBm;根據各種EMC標準,要求EMI接收機測量每個頻率點的電壓值,默認使用電壓單位dBμV。


        霍達爾儀器

        頻譜分析儀


        頻譜儀和EMI測量接收機都采用超外差式架構,也就是輸入信號經過衰減/放大/混頻/濾波/檢波/數字處理從而獲得測量值,其中檢波獲得電壓值,因此,兩種儀器初始測量獲得的量值對應電壓值。

        頻譜儀和接收機默認阻抗50Ω,根據初始電壓值和50Ω阻抗,可以換算其它量值單位。例如,經過簡單換算可知 0dBm = 107dBμV。目前常用的頻譜儀和接收機可以切換設置顯示測試單位,自動換算顯示正確結果,但是需要注意兩種儀器不同的帶寬及其定義方式。

        在信號測量領域,"寬度"的定義,無論是脈沖寬度還是帶寬,測量點都是在峰頂線性幅度-50%的位置。頻譜儀的RBW分辨率帶寬是-3dB帶寬,因為頻譜儀測功率值,10lg(0.5)=-3dB;EMI接收機的中頻帶寬-6dB帶寬,因為是測電壓值,20lg(0.5)=-6dB。而且,在CISPR標準規定中,EMI接收機的-6dB中頻帶寬需要根據頻率選擇200Hz/ 9kHz/ 120kHz/ 1MHz。

        當輸入信號CW連續波時,同樣單位情況下,兩種儀器的測量值是一致的;如果是寬帶信號輸入,由于帶寬定義方式不同,兩者測量值有差異;如果將兩者的帶寬和定義方式采取相同的設置,任意輸入信號,在沒有其它頻率的大信號伴隨輸入信號的情況下,兩種儀器測量值一致。

        霍達爾儀器

        EMI測量接收機


        當輸入信號伴隨其它頻率的大信號時,頻譜儀可能過載,而EMI測量接收機預選器的作用,濾波其它頻率大信號,保持高靈敏度的同時避免過載。預選器除了以上優點,缺點是額外的插損以及濾波器不平坦度帶來額外的不確定度。



        DUT阻抗對測試值的影響

        頻譜儀和EMI測量接收機的默認儀器阻抗都是50Ω,在測量信號時,默認被測設備DUT端口阻抗也是50Ω。當DUT的阻抗不是50Ω且偏離很大時,讀數值僅代表輸入信號在50Ω儀器內阻上的電壓,如果想要獲得DUT輸出電平值,需要在已知DUT輸出阻抗的情況下,通過分壓系數計算。


        頻譜儀I/Q數據如何計算信號功率

        在遠程控制頻譜儀讀取I/Q數據以后,新手常犯錯誤:認為信號的功率電平P(dBm)=10·lg(I^2+Q^2),發現計算結果錯誤,跟實際信號電平值相差約13dB,為什么?

        原因是讀取的I/Q數據單位是V,阻抗50Ω,正確的功率計算公式應當是:

        P(dBm)=10·lg((I^2+Q^2)/50)+30

        這種計算方法適用于所有射頻測量領域的接收機相關數據處理,包括各種頻譜分析儀、EMI測量接收機,也包括矢量網絡分析儀和綜測儀等儀表內的接收機數據處理,包括FFT頻譜分析的對數值處理。


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