[经验]

时域电磁干扰测量系统

2019-4-26 06:21:58

1025 罗姆电磁干扰

[color=rgb(51, 51, 51) !important]图1所示为一个时域测量装置的框图，其中包含一个时域电磁干扰（TDEMI）测量系统和一个用于与TDEMI做比较的传统 EMI接收机。TDEMI系统中包含：宽带天线（HL562， Rohde&Schwarz）、线性阻抗稳定网络（ESH 2-Z5， Rohde&Schwarz）、开关单元（RSU， Rohde&Schwarz）、（ZFL-1000LN， Mini-Circuits）、（SLP-1000， Mini-Circuits）、（TDS7154， Tektronix，）和一台个人计算机（兼容IBM）。文献［3］中已经讨论了TDEMI测量系统的硬件，该系统的工作基础是对采样后的EMI信号进行数字处理，其优点之一就是能够通过软件方式改善系统性能。
[color=rgb(51, 51, 51) !important]信号处理理论
[color=rgb(51, 51, 51) !important]ADC以采样频率fs 对输入连续信号进行采样和量化，相应的采样间隔为1/fs = ？t。根据香农定理，fs至少应为信号最高频率的两倍。这一由采样频率决定的信号频率上限也叫做奈奎斯特频率。数字化之后，数据按N个样本块的形式送入估值程序，作为谱估计器的输入。TDEMI系统中所采用的谱估计方法的数学基础就是离散傅立叶变换（DFT）。对每一个数据块进行的DFT变换定义如下：
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[color=rgb(51, 51, 51) !important]DFT将离散时间信号序列x［n］变换为离散频谱序列X［r］，其中n和r表示离散时间变量和离散频率变量，并且n和r均为0到（N－1）之间的整数：
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[color=rgb(51, 51, 51) !important]根据DFT的基本特性，？f 、N和？t之间满足如下关系：
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[color=rgb(51, 51, 51) !important]在频谱X中，X［0］反映了信号的直流均值，而绝对值则对应于在频率标记为r处的合成矢量的幅度。要计算RMS值，必须将中每个r 》 1的元素均除以正弦信号的振幅因数。而对应于奈奎斯特频率的频率标记R见下式：
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[color=rgb(51, 51, 51) !important]由于一个实值信号经DFT变换后的绝对值是r的奇函数，因此信号的所有谱信息均包含在　大于或小于奈奎斯特频率的半边X［r］中。于是，后面的估值步骤只需要X［r］的一半就足够了。信号能量在两半频谱中平均分布，因此必须将的值乘以2才能准确地用单边带形式表示整个频谱。要获得与连续傅立叶变换类似的结果，DFT得到的谱值还必须进一步对时域样本数N归一化处理。下式定义了单边幅度谱：
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[color=rgb(51, 51, 51) !important]在实际的系统中，式（1）是通过快速傅立叶变换（FFT）实现的。为了避免当信号中包含非信号周期整数倍的周期成分时，频谱泄漏至观测时间内，应该加上一个窗函数。
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[color=rgb(51, 51, 51) !important]窗函数在N/2处达到全局最大值，并向两边平滑滚降，在0和N-1处达到0，这样就消除了对x［n］加窗时的边沿效应。另一方面，加窗后的信号向量xW［n］所携带的能量比原始信号少，因为部分信号被削弱了。为了消除这一影响，我们限制窗函数序列，使其在观测时间？TN内的积分等于1。w［n］的换算系数被称作相关增益GC：
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[color=rgb(51, 51, 51) !important]GC是一个换算系数，所以根据DFT的线性特性，GC可以与其他换算系数一起在频域中进行谱变换之后使用。这样，我们就得到了以下修正后的单边幅度谱的定义公式：
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[color=rgb(51, 51, 51) !important]不同的窗函数对频率泄漏的抑制和频谱分辨率二者的折衷程度不同。常用的窗函数有汉宁窗、汉明窗和平顶窗函数。

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