电磁环境监测与评价课件

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1、第一节第一节测量接收机测量接收机2023-3-133外差式外差式用正弦信号定标用正弦信号定标2023-3-134*用测量接收机测量电磁噪声，习惯上以等效于用测量接收机测量电磁噪声，习惯上以等效于正弦电压的值评定其强弱。即：在调谐到某一正弦电压的值评定其强弱。即：在调谐到某一频率的接收机的输入端频率的接收机的输入端一次馈给噪声电压一次馈给噪声电压，而，而另一次馈给等辐高频正弦电压另一次馈给等辐高频正弦电压时，在此二种情时，在此二种情况下的读数相同。测量接收机测量电磁噪声原况下的读数相同。测量接收机测量电磁噪声原理就是建立在这样一种等效的概念上。理就是建立在这样一种等效的概念上。*现代的辐射电磁噪

2、声测量仪，实际上就是一台现代的辐射电磁噪声测量仪，实际上就是一台带有校准装置和满足特殊要求的测量接收机与带有校准装置和满足特殊要求的测量接收机与测量天线的组合。测量天线的组合。2023-3-135 线性放大电路指示电表检波器2023-3-136线性放大电路线性放大电路:放大放大 选频选频-通频带通频带 线 性放 大 电 路指 示 电 表检 波 器2023-3-137幅度检波电路：将中频噪声电压检波成直流幅度检波电路：将中频噪声电压检波成直流 或缓慢变化的电流。或缓慢变化的电流。线 性放 大 电 路指 示 电 表检 波 器2023-3-138 指示电表：显示检波器解调的结果指示电表：显示检波器解

3、调的结果 线 性放 大 电 路指 示 电 表检 波 器2023-3-139测量接收机检波器前主要线路结构测量接收机检波器前主要线路结构2023-3-1310工 作 频 率 范 围特 性A 频段9150kHzB 频段0.1530MHzC/D 频段301000MHz6dB 带宽检波器充电时间常数检波器放电时间常数临界阻尼指示器机械时间常数检波器前电路的过载系数检波器与指示器之间的过载系数0.2kHz45ms500ms160ms24dB6dB9kHz1ms160ms160ms30dB12dB120kHz1ms550ms100ms43.5dB6dB2023-3-1311 频率范围脉冲强度vs均匀频谱最

4、小上限MHz重复频率Hz9150kHz13.50.15250.1530MHz0.3163010030300MHz0.0443001003001000MHz0.04410001002023-3-13122023-3-1313带宽：带宽：决定了能够达到检波器的噪声包络形状决定了能够达到检波器的噪声包络形状过载系数：尖锐脉冲顶部是否线性通过过载系数：尖锐脉冲顶部是否线性通过TC，Td：最后指示与最后指示与A/fPR间关系间关系TM：低低fPR的指示的指示2023-3-1314带宽带宽:低于响应曲线中点某一规定电平处低于响应曲线中点某一规定电平处,测量接收机总选标性曲线的宽度测量接收机总选标性曲线的宽

5、度(Bn)国标规定以国标规定以6dB处带宽为准处带宽为准(n=6)2023-3-13152023-3-1316对于两个临界耦合的调谐变压器构成的对于两个临界耦合的调谐变压器构成的 选择性曲线：选择性曲线：63802.0BB 2023-3-1317式中：式中：F(f)-选择性特性选择性特性 F0-F(f)的最大值的最大值(单峰曲线单峰曲线)对临界耦合双调谐回路：对临界耦合双调谐回路：3 037.1BBnr0220)(1dffFFBrn2023-3-1318宽 带 信 号BrnF0F（f）fff0rm s两 者 相 等F02023-3-1319式中：式中：A(t)max-输入端加输入端加A脉冲时脉

6、冲时,中频中频 输出输出包络的峰值包络的峰值 G0-该电路中心频率增益该电路中心频率增益对于临界耦合调谐变压器：对于临界耦合调谐变压器：36imp31.105.1BBBAGtABimp0max2)(2023-3-1320充电充电:Cr 放电放电:CR2023-3-13211.能接受的最小脉冲宽度能接受的最小脉冲宽度 0.51ms2.脉冲终止后脉冲终止后,需经过需经过160200ms才感觉消失才感觉消失3.感觉的噪声强度随感觉的噪声强度随fPR而增加而增加2023-3-13222023-3-1323频 率 范 围9150kHz0.1530MHz0.031GHz充电时间常数4511放电时间常数50

7、01605502023-3-13242023-3-1325式中：式中：TL-去除全部阻尼之后的自由振荡周期去除全部阻尼之后的自由振荡周期2LMTT2023-3-1326式中：式中：-偏转指示偏转指示 i-流经指示器的电流流经指示器的电流 k-常数常数对于数码显示，要接入二阶低通滤波器对于数码显示，要接入二阶低通滤波器ikdtdTdtdTMM22222023-3-1327频 段 9 150 kHz 0.15 30MHz 0.03 1 GHz 160 160 1002023-3-1328反映测量接收机线性级的线性。反映测量接收机线性级的线性。2023-3-1329脉冲到达检波器的宽度脉冲到达检波器

8、的宽度:对于对于0.031GHz频段频段 B=120kHz则则=8.3sB12023-3-1330=8.3s，检波器充电时间：检波器充电时间：Tc=1ms则电容上的则电容上的充电电压充电电压:EmssETEeEUCcT0083.013.8)1(1200083.012023-3-133121lg20UUdB 2023-3-133243lg20UUdB 2023-3-1333 频 段检波器类型9 150 kHz0.15 30 MHz0.03 1 GHz准峰值（检波前）24 dB 30 dB 43.5 dB准峰值（检波后）6 dB 12 dB 6 dB平均值（检波前）Bimp/fPRfPR25HzB

9、imp/fPRfPR500HzBimp/fPRfPR5kHz均方根值（检波前）1.27(B3/fPR)1/2峰值（检波前）略大于 1 即可 注：1.fPR 脉冲重复频率 2.对于平均值检波，表中规定了不同频段的过载系数 至少应满足的 fPR值2023-3-1334*平均值测量接收机被设计成指示检波器前级信平均值测量接收机被设计成指示检波器前级信号包络的平均值。号包络的平均值。*使用平均值检波器测量窄带信号使用平均值检波器测量窄带信号(如各种无线电如各种无线电业务的信号业务的信号)可以不反应与调制或噪声有关的可以不反应与调制或噪声有关的一些信息，因而是测量无线电业务信号的电波一些信息，因而是测量

10、无线电业务信号的电波传播特性常用的检波方式。传播特性常用的检波方式。2023-3-1335 频率范围频率范围 带宽带宽 优选带宽优选带宽A A 频段频段 9-150kHz 9-150kHz 100-300Hz 100-300Hz 200Hz 200HzB B 频段频段 0.15-30MHz 0.15-30MHz 8-10kHz 8-10kHz 9kHz 9kHzC/D C/D 频段频段 30-1000MHz 30-1000MHz 100-500kHz 100-500kHz 120kHz 120kHz2023-3-1336*当使用优选带宽进行测量时，其选择性曲线应当使用优选带宽进行测量时，其选择

11、性曲线应与准峰值测量接收机的完全相同。与准峰值测量接收机的完全相同。*当使用表中列出的非优选带宽工作时，其选样当使用表中列出的非优选带宽工作时，其选样性曲线的形状与准峰值接收机的一致，但具体性曲线的形状与准峰值接收机的一致，但具体数据则需根据采用的带宽进行修整。数据则需根据采用的带宽进行修整。2023-3-1337PRimpfB/*检波前电路对脉冲重复频率检波前电路对脉冲重复频率为为Hz的过载系数应为的过载系数应为*当重复频率很低时，不可能为避免测量接收机的当重复频率很低时，不可能为避免测量接收机的非线性工作提供足够的过载系数。无论接收机作非线性工作提供足够的过载系数。无论接收机作何用途，不出

12、现过载情况的最低脉冲重复频率至何用途，不出现过载情况的最低脉冲重复频率至少应满足：少应满足：A频段，频段，25Hz；B频段，频段，500Hz；C/D频段，频段，5000Hz。2023-3-1338 当施加当施加50源阻抗的正弦波信号时，正弦波电源阻抗的正弦波信号时，正弦波电压的测量精确度应优于压的测量精确度应优于2dB。2023-3-1339*对基准对基准试验脉冲的响应应与调谐频率上对未调制正试验脉冲的响应应与调谐频率上对未调制正弦波信号的响应相等，误差不得超过弦波信号的响应相等，误差不得超过1.5dB。*发生器的源阻抗均为发生器的源阻抗均为50。*正弦信号的电动势均方根值为正弦信号的电动势均

13、方根值为2mV(66dBv)。*基准试验脉冲的强度为基准试验脉冲的强度为1.4/fPR mVs A频段频段 B频段频段 C/D频段频段脉冲重复频率脉冲重复频率 25Hz 500Hz 5000Hz 脉冲强度脉冲强度 56Vs 2.8Vs 0.28Vs2023-3-1340*当测量接收机的指示保持不变时，输入幅度与重复当测量接收机的指示保持不变时，输入幅度与重复频率之间的关系应符合下式。频率之间的关系应符合下式。幅度幅度*在下列重复频率范围内其相对脉冲特性的误差应在在下列重复频率范围内其相对脉冲特性的误差应在+3-1dB范围之内。该重复频率的低限是保证测范围之内。该重复频率的低限是保证测量接收机不

14、过载，而高限为量接收机不过载，而高限为B3/2。PRf12023-3-1341 均方根值与信号的功率有相关性。因而在电均方根值与信号的功率有相关性。因而在电磁辐射环境的测量中，严格地说凡涉及保护人体磁辐射环境的测量中，严格地说凡涉及保护人体健康的内容，都应该用带有均方根值检波器的测健康的内容，都应该用带有均方根值检波器的测量接收机。量接收机。2023-3-1342带宽带宽*由于均方根值对于任何类型的宽带噪声响应均与由于均方根值对于任何类型的宽带噪声响应均与其带宽的平方根成正比，所以不必规定测量必需其带宽的平方根成正比，所以不必规定测量必需采用的带宽，只需将测量结果以采用的带宽，只需将测量结果以

15、“1kHz带宽带宽”归一化后给出即可。归一化后给出即可。*归一化的方法是将测量所得的值除以归一化的方法是将测量所得的值除以“功率带宽功率带宽(kHz)的平方根的平方根”即可。即可。2023-3-1343带宽带宽*此前所述的对带宽的要求此前所述的对带宽的要求(无论是准峰值、平均值、均方无论是准峰值、平均值、均方根值接收机根值接收机)，均指测量宽带电磁噪声的情况，即认为在，均指测量宽带电磁噪声的情况，即认为在测量带宽内电磁噪声的频谱是平的。测量带宽内电磁噪声的频谱是平的。*如果测量的对象是窄带信号如果测量的对象是窄带信号(即信号的全部频谱均落在测即信号的全部频谱均落在测量接收机的通带之内量接收机的

16、通带之内)，则测量的结果将与带宽无关。，则测量的结果将与带宽无关。*极端情况，如测量对象为一等幅正弦波，则其在频域只有极端情况，如测量对象为一等幅正弦波，则其在频域只有一条谱线，此时，即使用很窄的带宽也可以完整无损地一条谱线，此时，即使用很窄的带宽也可以完整无损地将该信号接收下来。在此情况下，如增加接收机的带宽，将该信号接收下来。在此情况下，如增加接收机的带宽，只会使本机噪声只会使本机噪声(本机噪声是接收机的前级热噪声，是典本机噪声是接收机的前级热噪声，是典型的宽带信号型的宽带信号)增加，降低接收机的信增加，降低接收机的信/噪比。使接收机噪比。使接收机接收小信号的能力下降。接收小信号的能力下降

17、。2023-3-1344 由于上述的均方根值检波器对测量带宽不规由于上述的均方根值检波器对测量带宽不规定要求，所以前述对准峰值接收机要求的选择性定要求，所以前述对准峰值接收机要求的选择性曲线仅是在形状适用于均方根值接收机。曲线仅是在形状适用于均方根值接收机。2023-3-1345 *检波器前电路对重复频率为的脉冲，其过载系数检波器前电路对重复频率为的脉冲，其过载系数应为应为1.27(B3fPR)12 (B3与与fPR 的单位均为的单位均为Hz)。*一般而言，在脉冲重复频率很低时，不可能为避一般而言，在脉冲重复频率很低时，不可能为避免均方根值测量接收机的非线性提供足够的过载免均方根值测量接收机的

18、非线性提供足够的过载系数。这一情况与平均值检波器类似。系数。这一情况与平均值检波器类似。2023-3-1346 当施加当施加50源阻抗的正弦波信号时，正弦波源阻抗的正弦波信号时，正弦波电压的测量精确度应优于电压的测量精确度应优于2dB。2023-3-1347绝对脉冲特性绝对脉冲特性*对基准试验脉冲的响应应与调谐频率上对未调制对基准试验脉冲的响应应与调谐频率上对未调制正弦波信号的响应相等，误差不得超过正弦波信号的响应相等，误差不得超过1.5dB。*发生器的源阻抗均为发生器的源阻抗均为50。*正弦信号的电动势均方根值为正弦信号的电动势均方根值为2mV(66dBv)。*基准试验脉冲的强度基准试验脉冲

19、的强度(IS)为为 A频段频段(9150kHz)：fPR=25Hz，IS=278(B3)-1/2Vs B/C/D频段频段(0.151000MHz)：fPR=100Hz，IS=139(B3)-1/2Vs。2023-3-1348频率范围基准脉冲重复频率(Hz)dBQP-dBrms9150 kHz254.20.1530 MHz10014.30.03 1 GHz10020.12023-3-1349相对脉冲特性相对脉冲特性 当表头指示保持不变时，输入幅度与重复频当表头指示保持不变时，输入幅度与重复频率之间的关系对均方根值检波器应符合下式的关率之间的关系对均方根值检波器应符合下式的关系。系。幅度幅度2/1

20、1PRf2023-3-1350A.指标要求是多方面的，严格的，指标联系着脉指标要求是多方面的，严格的，指标联系着脉冲响应。冲响应。B.不同检波的测量接收机之间的相关性是复杂与不同检波的测量接收机之间的相关性是复杂与严格的。严格的。C.如不能正确理解本章所述各项要求，则不能如不能正确理解本章所述各项要求，则不能对测量结果有明确认识。对测量结果有明确认识。第二节射频频谱分析仪2023-3-13522023-3-1353loifff2023-3-1354项 目外差式频谱分析FFT 频谱分析工作频率范围可达 40GHz 或更高一般低于 100MHz频率稳定度10-8分辨率带宽(括号内为仪器工作频率)1

21、Hz2MHz(30Hz26.5GHz)350Hz1MHz(200Hz10MHz)灵敏度(本机噪声)-145dBm-170dBm动态范围114dB85dB商品仪器名称频谱分析仪信号分析仪2023-3-1355*全屏扫描全部工作频率的方法，最好少用，这一全屏扫描全部工作频率的方法，最好少用，这一方面是由于不可能获得高的分辨率，另一方面方面是由于不可能获得高的分辨率，另一方面也容易产生寄生响应。也容易产生寄生响应。*选购频谱分析仪时，对其工作频率的选择：选购频谱分析仪时，对其工作频率的选择：高频端，不必盲目追求工作频率尽量高。高频端，不必盲目追求工作频率尽量高。低频端，当工作在最低频率时，本振频率十

22、分低频端，当工作在最低频率时，本振频率十分接近中频，本振的边带噪声有可能落入中频选择接近中频，本振的边带噪声有可能落入中频选择性曲线之内，从而在显示屏上出现较高电平的噪性曲线之内，从而在显示屏上出现较高电平的噪声，所以此时仪器的灵敏度会大受影响。声，所以此时仪器的灵敏度会大受影响。2023-3-1356滤波器及其带宽滤波器及其带宽*中频滤波器中频滤波器是决定频谱分析仪的频率分辨能力的。其是决定频谱分析仪的频率分辨能力的。其 带宽决定分辨率带宽决定分辨率带宽带宽(Resolution BandwidthRBW)。通常具有多个可供操作者选择的分辨率带宽。通常具有多个可供操作者选择的分辨率带宽。*前

23、级产生的热噪声会通过中频滤波器并经过检波反应在前级产生的热噪声会通过中频滤波器并经过检波反应在 显示屏上。而热噪声是典型的宽带噪声，所以中频滤波显示屏上。而热噪声是典型的宽带噪声，所以中频滤波器的通带宽度直接影响着显示屏上的噪声显示。若分辨器的通带宽度直接影响着显示屏上的噪声显示。若分辨率带宽增加率带宽增加10倍，显示的平均噪声电平将增加倍，显示的平均噪声电平将增加10dB。*决定分辨率的滤波器的参数除带宽外，还有形状因数决定分辨率的滤波器的参数除带宽外，还有形状因数。2023-3-1357滤波器及其带宽滤波器及其带宽*视频滤波器视频滤波器是在检波器与显示屏之间的低通滤波是在检波器与显示屏之间

24、的低通滤波器，其通带从器，其通带从0Hz开始。在仪器面板上其带宽开始。在仪器面板上其带宽称为视频带宽称为视频带宽。*该滤波器是用以平滑检波以后的噪声起伏，可以该滤波器是用以平滑检波以后的噪声起伏，可以改善在显示屏上对弱信号的鉴别力和在低信改善在显示屏上对弱信号的鉴别力和在低信/噪噪比下测量的可重复性。比下测量的可重复性。*但它与分辨率无关，也不改变仪器的灵敏度。操但它与分辨率无关，也不改变仪器的灵敏度。操作时，要求作时，要求VBWRBW。2023-3-1358滤波器及其带宽滤波器及其带宽视频滤波器视频滤波器的噪声的噪声“平均平均”功能。功能。2023-3-1359*当频谱分析仪工作在很高的频率

25、，并采用很窄的分辨率当频谱分析仪工作在很高的频率，并采用很窄的分辨率带宽时，若显示屏的扫描宽度设置也比较小的话，有时带宽时，若显示屏的扫描宽度设置也比较小的话，有时我们可以发现显示的谱线在频率轴上可能有些抖动。我们可以发现显示的谱线在频率轴上可能有些抖动。*一方面是信号本身频率在抖动。这是正常现象，也是使一方面是信号本身频率在抖动。这是正常现象，也是使用频谱分析应该获得的测量结果。用频谱分析应该获得的测量结果。*另一种情况，被测信号可能十分稳定，但由于另一种情况，被测信号可能十分稳定，但由于(本机振本机振荡荡)频率不稳定而导致的不稳，致使显示的谱线抖动，频率不稳定而导致的不稳，致使显示的谱线抖

26、动，这是我们不希望出现的。这是我们不希望出现的。*例：例：设频谱分析仪的中频频率设频谱分析仪的中频频率=70MHz，分辨率带宽为分辨率带宽为10Hz，信号信号=1GHz，则本机振荡频率则本机振荡频率930MHz，若其频若其频率抖动为率抖动为10-8，则的抖动绝对值为，则的抖动绝对值为Hz=9.3Hz。2023-3-1360 一些频谱分析仪在混频器前增加了前级（输入一些频谱分析仪在混频器前增加了前级（输入衰减器，前置放大器与射频滤波器），类似于测衰减器，前置放大器与射频滤波器），类似于测量接收机的高频级。这样做有几个目的：量接收机的高频级。这样做有几个目的：*改善频谱分析仪的灵敏度；改善频谱分析

27、仪的灵敏度；*有效地改善寄生响应的指标有效地改善寄生响应的指标“预选预选”功能；功能；*有利于保护混频器。有利于保护混频器。2023-3-1361*动态范围并非指显示屏显示的最高与最小电平之差。而动态范围并非指显示屏显示的最高与最小电平之差。而是频谱分析仪可以测量的最高电平与最低电平之差。是频谱分析仪可以测量的最高电平与最低电平之差。*因为在射频衰减器之前无电子器件，射频衰减器与显示因为在射频衰减器之前无电子器件，射频衰减器与显示的平均噪声电平无关。的平均噪声电平无关。*中频滤波器之前各级产生的热噪声都会受中频滤波器的中频滤波器之前各级产生的热噪声都会受中频滤波器的限制，因而分辨率带宽会影响显

28、示的平均噪声。限制，因而分辨率带宽会影响显示的平均噪声。*例如：某频谱分析仪工作频率例如：某频谱分析仪工作频率1MHz3.2GHz，射频衰射频衰减器减器0dB，前置放大器关断前置放大器关断(by-pass)条件下，分辨率带条件下，分辨率带宽宽1kHz，视频带宽视频带宽10Hz时显示的平均噪声电平为时显示的平均噪声电平为 -117-2f(GHz)dBm。工作频率升高，本机噪声加大。工作频率升高，本机噪声加大。*当被测信号电平与显示的平均噪声电平相等时，在显示当被测信号电平与显示的平均噪声电平相等时，在显示屏上信号将以近似屏上信号将以近似3dB的突起显示在平均噪声之上。我的突起显示在平均噪声之上。

29、我们认为这是频谱分析仪可以测量的最低电平。们认为这是频谱分析仪可以测量的最低电平。2023-3-1362*对于大多数频谱分析仪对于大多数频谱分析仪“1dB压缩电平压缩电平”的典的典型值为型值为0-10dBm。*输入端不产生输入端不产生1dB压缩压缩的最大可输入电平为：的最大可输入电平为：第一混频器的第一混频器的“1dB压缩电平压缩电平”+射频衰减器衰减射频衰减器衰减2023-3-1363a.减小射频衰减器，这样可以提高输入至后级的信号电平，减小射频衰减器，这样可以提高输入至后级的信号电平，并且也不影响本机噪声的大小。从而可以提高测量的并且也不影响本机噪声的大小。从而可以提高测量的信信/噪比噪比

30、(请注意，改变中频衰减器的值，不会改变信请注意，改变中频衰减器的值，不会改变信/噪比噪比)。但应注意：当射频衰减器减至。但应注意：当射频衰减器减至0dB时，将带来时，将带来一系列坏的影响。如仪器的输入电压驻波比变坏，以一系列坏的影响。如仪器的输入电压驻波比变坏，以及容易烧毁混频二极管等。所以有的频谱分析仪设置及容易烧毁混频二极管等。所以有的频谱分析仪设置了一些警告标示或较复杂的操作，使操作人员不致轻了一些警告标示或较复杂的操作，使操作人员不致轻易将射频衰减量减至易将射频衰减量减至0dB。b.减小分辨率带宽，可以有效地减小本机噪声。减小分辨率带宽，可以有效地减小本机噪声。c.充分利用视频滤波器去

31、平滑充分利用视频滤波器去平滑(Smooth)显示的噪声，办法显示的噪声，办法是减窄视频带宽是减窄视频带宽(VBW)，例如可取例如可取VBW(0.10.01RBW)。2023-3-1364当扫描过快，滤波当扫描过快，滤波器不能及时响应器不能及时响应条件下，出现的条件下，出现的后果是中心频率后果是中心频率向高频侧偏移以向高频侧偏移以及幅度下降及幅度下降2023-3-1365*当当VBWRBW时：时：Ts*当当VBWRBW时：时：Ts2)(RBWSpanK K系数，随滤波器的形状因数而异：系数，随滤波器的形状因数而异：K 1 数字信号处理滤波器；数字信号处理滤波器；K2.5 同步调谐模拟滤波器同步调

32、谐模拟滤波器;10K20 平顶滤波器平顶滤波器。)(VBWRBWSpanK 2023-3-1366*经常将射频衰减器保留一定的衰减量，例如经常将射频衰减器保留一定的衰减量，例如10dB，这对整个测量均有好处，前已述及。这对整个测量均有好处，前已述及。*注意在注意在显示屏显示的频率范围之外，是否有大显示屏显示的频率范围之外，是否有大信号进入仪器。信号进入仪器。最好先进行一次全频段扫描，最好先进行一次全频段扫描，大致观察一下最强的信号电平，然后再集中扫大致观察一下最强的信号电平，然后再集中扫描感兴趣的频段。描感兴趣的频段。*频谱分析仪的输入端口均标有允许输入的直流频谱分析仪的输入端口均标有允许输入的直流及射频信号的电平，使用前一定应熟悉，并保及射频信号的电平，使用前一定应熟悉，并保证所有信号均不超过。证所有信号均不超过。2023-3-13672023-3-13682023-3-1369