頻譜儀與EMI接收機(jī)測(cè)量值解析

頻譜儀默認(rèn)單位dBm，是功率電平值；EMI接收機(jī)默認(rèn)單位dBμV，是電壓電平。為什么使用不同的測(cè)量單位？除了單位不同，這兩種儀器對(duì)同一個(gè)信號(hào)的測(cè)量值如何換算，如果在儀器上設(shè)置成一致的單位，讀數(shù)是否能夠一致？產(chǎn)生這些疑問(wèn)的原因在哪里？

頻譜儀與接收機(jī)測(cè)量值解析

功率譜指的是信號(hào)在每個(gè)頻率分量上的功率，頻譜其實(shí)是一個(gè)幅度譜，是信號(hào)在各個(gè)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(shí)際是"功率譜"，默認(rèn)使用功率單位dBm；根據(jù)各種EMC標(biāo)準(zhǔn)，要求EMI接收機(jī)測(cè)量每個(gè)頻率點(diǎn)的電壓值，默認(rèn)使用電壓?jiǎn)挝籨BμV。 頻譜儀和EMI接收機(jī)都采用超外差式架構(gòu)，也就是輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)衰減/放大/混頻/濾波/檢波/數(shù)字處理從而獲得測(cè)量值，其中檢波獲得電壓值，因此，兩種儀器初始測(cè)量獲得的量值對(duì)應(yīng)電壓值。 頻譜儀和接收機(jī)默認(rèn)阻抗50Ω，根據(jù)初始電壓值和50Ω阻抗，可以換算其它量值單位。例如，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單換算可知 0dBm = 107dBμV。目前常用的頻譜儀和接收機(jī)可以切換設(shè)置顯示測(cè)試單位，自動(dòng)換算顯示正確結(jié)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(hào)測(cè)量領(lǐng)域，"寬度"的定義，無(wú)論是脈沖寬度還是帶寬，測(cè)量點(diǎn)都是在峰頂線(xiàn)性幅度-50%的位置。頻譜儀的RBW分辨率帶寬是-3dB帶寬，因?yàn)轭l譜儀測(cè)功率值，10lg(0.5)=-3dB；EMI接收機(jī)的中頻帶寬-6dB帶寬，因?yàn)槭菧y(cè)電壓值，20lg(0.5)=-6dB。而且，在CISPR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中，EMI接收機(jī)的-6dB中頻帶寬需要根據(jù)頻率選擇200Hz/ 9kHz/ 120kHz/ 1MHz。

當(dāng)輸入信號(hào)CW連續(xù)波時(shí)，同樣單位情況下，兩種儀器的測(cè)量值是一致的；如果是寬帶信號(hào)輸入，由于帶寬定義方式不同，兩者測(cè)量值有差異；如果將兩者的帶寬和定義方式采取相同的設(shè)置，任意輸入信號(hào)，在沒(méi)有其它頻率的大信號(hào)伴隨輸入信號(hào)的情況下，兩種儀器測(cè)量值一致。 當(dāng)輸入信號(hào)伴隨其它頻率的大信號(hào)時(shí)，頻譜儀可能過(guò)載，而EMI接收機(jī)預(yù)選器的作用，濾波其它頻率大信號(hào)，保持高靈敏度的同時(shí)避免過(guò)載。預(yù)選器除了以上優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是額外的插損以及濾波器不平坦度帶來(lái)額外的不確定度。

DUT阻抗對(duì)測(cè)試值的影響

頻譜儀和EMI接收機(jī)的默認(rèn)儀器阻抗都是50Ω，在測(cè)量信號(hào)時(shí)，默認(rèn)被測(cè)設(shè)備DUT端口阻抗也是50Ω。當(dāng)DUT的阻抗不是50Ω且偏離很大時(shí)，讀數(shù)值僅代表輸入信號(hào)在50Ω儀器內(nèi)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(guò)分壓系數(shù)計(jì)算。

頻譜儀I/Q數(shù)據(jù)如何計(jì)算信號(hào)功率

在遠(yuǎn)程控制頻譜儀讀取I/Q數(shù)據(jù)以后，新手常犯錯(cuò)誤：認(rèn)為信號(hào)的功率電平P(dBm)=10·lg(I^2+Q^2)，發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤，跟實(shí)際信號(hào)電平值相差約13dB，為什么？

原因是讀取的I/Q數(shù)據(jù)單位是V，阻抗50Ω，正確的功率計(jì)算公式應(yīng)當(dāng)是：

P(dBm)=10·lg((I^2+Q^2)/50)+30

這種計(jì)算方法適用于所有射頻測(cè)量領(lǐng)域的接收機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)處理，包括各種頻譜儀、接收機(jī)，也包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和綜測(cè)儀等儀表內(nèi)的接收機(jī)數(shù)據(jù)處理，包括FFT頻譜分析的對(duì)數(shù)值處理。