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信号发生器是电磁兼容测试的重要设备之一

信号发生器是电磁兼容性测试的主要设备之一。典型的应用是导致标准信号校正和接收链接以及EMS连续波和差分信号作为干扰源。EMS测试标准继续向模拟真实电磁环境的方向演变,现在也考虑了调幅、调频等信号方式。电磁兼容测试关注功率检测的精度,这就要求信号发生器在连续波或脉冲、高功率或低功率输出下输出精确纯净的射频信号。IEC61000与CISPR信号源的谐波抑制、输出功率(特别是在脉冲调制条件下)都有相应的规定。


1.信号源谐波抑制

EMS在检测过程中,需要信号源输出较高的功率来促进功率放大器(以下简称功率放大器)“功放”)。在高功率输出条件下,信号源对应的谐波和非谐波功率也较高。信号源谐波、非倍频程位置谐波杂散(非谐波)等非线性成分对电磁兼容性测试非常不利。EMI接收器选择扫描检测原理,接收器接收信号源的谐波会产生干扰;当谐波功率过高时,宽带功率放大器或宽带接收器可能会过饱和。

对此,IEC61000-4-3对信号源谐波抑制有明确规定。标准功放输出后,信号谐波抑制必须超过15dBc,考虑到功率放大器的非线性效应,信号源的谐波抑制远好于15dBc[1]。IEC61000-4-3最好在信号源后面添加谐波过滤器,以抑制谐波功率。添加/不添加谐波过滤器的信号源谐波抑制见图1。然而,为了适应谐波过滤器EMC测试的频率范围必然会选择大量的过滤器来过滤掉不同频段的谐波,以确保频带的纯度。同时,应选择大量的开关,以确保以前不同过滤器的转换。过滤器和开关会产生额外的插入损耗,随着频率的增加,插入损耗会逐渐增加。这将增加综合成本和检测的不确定性。

嵌入式谐波过滤器可以解决上述问题,并且可以在所有输出电平下完成–65dBc(典型值)谐波抑制也能抑制宽带噪声。结合高输出功率、低谐波和极低宽带噪声,可有效简化检测连接,减少检测配件总数。


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图1.配置/未配置谐波滤波器的信号源谐波抑制


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图2.实际测试SMA100B输出的非谐波抑制


2.保持精确的输出电平

EMS脉冲调制信号需要用于测试。严格控制。RF脉冲输出功率尤为重要,CISPR规定信号输出脉冲调制信号功率偏差不得超过16-1-1±0.5dB[2]。

信号源操纵输出功率精度的核心技术是自动功率操纵(ALC)。ALC它是一种闭环功率控制电路,将输出的部分信号连接到信号源中,立即收集和检测功率。当检测到功率波动时,立即操作放大器,根据闭环控制完成稳定、准确的功率输出。电路设计图见图3。


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图3.典型的ALC电路原理图


ALC处理响应时间至少为信号接收测量时间长度Ty-min。每个周期信号开启时间很短,传统信号源定制ALC最小收集时间广泛超过差分信号打开时间:


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因此,传统的信号源ALC不适用于差分信号。当差分信号发生时,传统的信号源就会发生ALC一般采用“Sample&Hold”处理方法,既指令信号源首先引起一段时间的连续波信号,ALC取样记录其功率误差值,即“Sample”过程;随后ALC在所有脉冲输出期内,信号源正常输出差分信号,ALC信号源放大器将根据上一步保存的功率误差值进行恒定的功率调整,即“Hold”过程。放大器输出连续波后的增益Gcw脉冲输出Gpulse一般不同,即:

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因而ALC的“Sample&Hold”解决偏差巨大,评价信号源输出差信号的真实功率与设定功率偏差超过1dB,见图4。


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图4.实测某型号信号源的ALC-“Sample&Hold”模式输出脉冲功率误差


为提供精确的脉冲输出功率,R&SSMA100B重新设计脉冲调制器和脉冲调制器ALC脉冲调制器的升降时间为5ns(典型值)和开关比>80dB。可在低至数纳秒的时间内给予具有高电平精度和电平精度的量化短脉冲,见图5。


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图5.SMA100B输出脉冲信号功率误差不超过0.3dB


3.更高的功率输出

EMC测试还规定信号源具有较高的输出功率。例如,在这里。EMS在检测过程中,信号源输出信号应填补远程传输电缆造成的损耗,以充分促进功率放大器。在高频频段(如:Ka)电缆损耗会急剧上升,这就要求信号源输出足够的功率来促进功率。三级输出功率选择适用于关注成本和严格规定的应用。高输出功率选项35dBm可以通过选件密钥激活,甚至客户可以当场激话。然而,工厂安装的高输出功率选件可以最大限度地提供38dBm(对于6GHz型号)的功率电平。


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图6.测量到的R&S SMA100B最大可输出功率


当信号源具体输出功率超过27dBm之后,在使用中需要确保安全问题,由于绝大多数接收器,频谱仪的安全接收功率限制是27dBm或30dbm。


4.提高信号源应用的稳定性

EMC测试包括一系列大测量测试报告,期间反复设置操作测试设备,要求测试设备具有较高的应用稳定性。EMS检测必须在许多检测频点操纵信号源,导致不同功率的信号,并反复转换信号源的衰减器。GHz信号发生器早在十多年前就开始配备电子固体步进衰减器。电子衰减器在电平转换过程中没有硬件无效,其运行寿命远高于机械衰减器,但高于6GHz机械衰减器也广泛应用于信号源中。R&SSMA100B现将电子衰减器带到高频微波信号发生器行业,在所有频率范围内(目前最大20个)GHz)标配电子固体开关,实现非常快速无效的电平变换。


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