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信號發生器是電磁兼容測試的重要設備之一

信號發生器是電磁兼容性測試的主要設備之一。典型的應用是導致標準信號校正和接收鏈接以及EMS連續波和差分信號作為干擾源。EMS測試標準繼續向模擬真實電磁環境的方向演變,現在也考慮了調幅、調頻等信號方式。電磁兼容測試關注功率檢測的精度,這就要求信號發生器在連續波或脈沖、高功率或低功率輸出下輸出精確純凈的射頻信號。IEC61000與CISPR信號源的諧波抑制、輸出功率(特別是在脈沖調制條件下)都有相應的規定。


1.信號源諧波抑制

EMS在檢測過程中,需要信號源輸出較高的功率來促進功率放大器(以下簡稱功率放大器)“功放”)。在高功率輸出條件下,信號源對應的諧波和非諧波功率也較高。信號源諧波、非倍頻程位置諧波雜散(非諧波)等非線性成分對電磁兼容性測試非常不利。EMI接收器選擇掃描檢測原理,接收器接收信號源的諧波會產生干擾;當諧波功率過高時,寬帶功率放大器或寬帶接收器可能會過飽和。

對此,IEC61000-4-3對信號源諧波抑制有明確規定。標準功放輸出后,信號諧波抑制必須超過15dBc,考慮到功率放大器的非線性效應,信號源的諧波抑制遠好于15dBc[1]。IEC61000-4-3最好在信號源后面添加諧波過濾器,以抑制諧波功率。添加/不添加諧波過濾器的信號源諧波抑制見圖1。然而,為了適應諧波過濾器EMC測試的頻率范圍必然會選擇大量的過濾器來過濾掉不同頻段的諧波,以確保頻帶的純度。同時,應選擇大量的開關,以確保以前不同過濾器的轉換。過濾器和開關會產生額外的插入損耗,隨著頻率的增加,插入損耗會逐漸增加。這將增加綜合成本和檢測的不確定性。

嵌入式諧波過濾器可以解決上述問題,并且可以在所有輸出電平下完成–65dBc(典型值)諧波抑制也能抑制寬帶噪聲。結合高輸出功率、低諧波和極低寬帶噪聲,可有效簡化檢測連接,減少檢測配件總數。


霍達爾儀器

圖1.配置/未配置諧波濾波器的信號源諧波抑制


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圖2.實際測試SMA100B輸出的非諧波抑制


2.保持精確的輸出電平

EMS脈沖調制信號需要用于測試。嚴格控制。RF脈沖輸出功率尤為重要,CISPR規定信號輸出脈沖調制信號功率偏差不得超過16-1-1±0.5dB[2]。

信號源操縱輸出功率精度的核心技術是自動功率操縱(ALC)。ALC它是一種閉環功率控制電路,將輸出的部分信號連接到信號源中,立即收集和檢測功率。當檢測到功率波動時,立即操作放大器,根據閉環控制完成穩定、準確的功率輸出。電路設計圖見圖3。


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圖3.典型的ALC電路原理圖


ALC處理響應時間至少為信號接收測量時間長度Ty-min。每個周期信號開啟時間很短,傳統信號源定制ALC最小收集時間廣泛超過差分信號打開時間:


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因此,傳統的信號源ALC不適用于差分信號。當差分信號發生時,傳統的信號源就會發生ALC一般采用“Sample&Hold”處理方法,既指令信號源首先引起一段時間的連續波信號,ALC取樣記錄其功率誤差值,即“Sample”過程;隨后ALC在所有脈沖輸出期內,信號源正常輸出差分信號,ALC信號源放大器將根據上一步保存的功率誤差值進行恒定的功率調整,即“Hold”過程。放大器輸出連續波后的增益Gcw脈沖輸出Gpulse一般不同,即:

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因而ALC的“Sample&Hold”解決偏差巨大,評價信號源輸出差信號的真實功率與設定功率偏差超過1dB,見圖4。


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圖4.實測某型號信號源的ALC-“Sample&Hold”模式輸出脈沖功率誤差


為提供精確的脈沖輸出功率,R&SSMA100B重新設計脈沖調制器和脈沖調制器ALC脈沖調制器的升降時間為5ns(典型值)和開關比>80dB??稍诘椭翑导{秒的時間內給予具有高電平精度和電平精度的量化短脈沖,見圖5。


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圖5.SMA100B輸出脈沖信號功率誤差不超過0.3dB


3.更高的功率輸出

EMC測試還規定信號源具有較高的輸出功率。例如,在這里。EMS在檢測過程中,信號源輸出信號應填補遠程傳輸電纜造成的損耗,以充分促進功率放大器。在高頻頻段(如:Ka)電纜損耗會急劇上升,這就要求信號源輸出足夠的功率來促進功率。三級輸出功率選擇適用于關注成本和嚴格規定的應用。高輸出功率選項35dBm可以通過選件密鑰激活,甚至客戶可以當場激話。然而,工廠安裝的高輸出功率選件可以最大限度地提供38dBm(對于6GHz型號)的功率電平。


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圖6.測量到的R&S SMA100B最大可輸出功率


當信號源具體輸出功率超過27dBm之后,在使用中需要確保安全問題,由于絕大多數接收器,頻譜儀的安全接收功率限制是27dBm或30dbm。


4.提高信號源應用的穩定性

EMC測試包括一系列大測量測試報告,期間反復設置操作測試設備,要求測試設備具有較高的應用穩定性。EMS檢測必須在許多檢測頻點操縱信號源,導致不同功率的信號,并反復轉換信號源的衰減器。GHz信號發生器早在十多年前就開始配備電子固體步進衰減器。電子衰減器在電平轉換過程中沒有硬件無效,其運行壽命遠高于機械衰減器,但高于6GHz機械衰減器也廣泛應用于信號源中。R&SSMA100B現將電子衰減器帶到高頻微波信號發生器行業,在所有頻率范圍內(目前最大20個)GHz)標配電子固體開關,實現非??焖贌o效的電平變換。


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