CN101813728A - 电磁干扰检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁干扰检测装置，包括EMI探测器、用于放大射频信号功率的射频放大模块和用于显示和分析电磁干扰状况的频谱分析仪；所述射频放大模块的信号输入端与EMI探测器相连，射频放大模块的信号输出端与频谱分析仪相连。该电磁干扰检测装置的EMI探测器可接收电子设备附近某一具体位置或某一电子元件上的射频信号，射频放大模块将该被测信号的功率放大并输出，放大后的射频信号显示在频谱分析仪上用于判断电磁干扰是否超出标准以及干扰强度的大小。该电磁干扰检测装置方便操作、准确度高并且节约成本。

Description

电磁干扰检测装置
技术领域
本发明涉及一种电磁干扰(EMI)的检测装置。
背景技术
电磁干扰(EMI)是影响电子产品的性能和稳定性的一个重要指标，国际标准和国家标准都对电子产品的电磁兼容(EMC)方面提出了严格的要求，同一电磁环境中的各种电子元件、设备等都应该能够正常工作而不互相干扰，而且电磁干扰不能对人体和环境造成损害。一般新开发的电子产品需要通过专门的电磁干扰测试仪等设备进行检测，针对各个电子元件和连接装置发射出的射频(RF)信号，当电磁干扰控制在可使整个设备正常工作的范围内并满足规定的EMC标准时，才可规模生产和销售。专门的电磁干扰测试仪不仅价格昂贵，而且检测过程十分复杂，通常只有指定的EMC检测中心才会配备和使用，企业在产品的研发或改进阶段，如果需要检测产品是否符合EMI标准，或者需要确定EMI产生的具体元件和具体位置，须将产品送往EMC检测中心，多次检测不仅拖延了产品开发周期，还需要支付昂贵的检测费用，为企业的生产计划和经济效益造成影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种结构简单、准确度高并且节约成本的电磁干扰检测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电磁干扰检测装置，包括EMI探测器、用于放大射频信号功率的射频放大模块和用于显示和分析电磁干扰状况的频谱分析仪；所述射频放大模块的信号输入端与EMI探测器相连，射频放大模块的信号输出端与频谱分析仪相连。
所述射频放大模块包括电源稳压模块和射频放大器，该射频放大器包括多级串联的放大器，每一级放大器中都包含具有信号放大功能的放大晶体管；所述EMI探测器与一级放大器中放大晶体管的信号输入端相连，所述末级放大器中放大晶体管的信号输出端与频谱分析仪相连，每一级放大器的电压输入端与电源稳压模块的电压输出端相连。
所述射频放大器包括三级串联的放大器，所述一级放大晶体管的基极为信号输入端，与EMI探测器通过电容耦合连接；所述二级放大晶体管的基极与一级放大晶体管的集电极之间通过电容耦合连接；三级放大晶体管的基极与二级放大晶体管的集电极之间通过电容耦合连接，三级放大晶体管的集电极为信号输出端，与频谱分析仪之间通过电容耦合连接。
所述放大晶体管的型号为ERA-6SM+。
所述射频放大模块还包括电路板和金属外壳，所述电源稳压模块和射频放大器都集成在电路板上，金属外壳罩在电路板的外部形成全屏蔽保护层。
所述EMI探测器包括探头和BNC接头，所述探头与BNC接头相连，所述BNC接头与射频放大模块的信号输入端相连。
所述探头为天线探头，形状为封闭的环状线圈，通过导线与所述BNC接头相连。
所述线圈的直径大致为2cm。
所述天线探头由两端带有BNC接头的信号线制成，先将信号线一端的接头去掉，弯折该无接头的一端并焊接形成封闭环状线圈。
所述探头为EMI探笔，包括笔筒、探针和置于笔筒内的贴片电容，所述笔筒一端固定探针，另一端连接BNC接头，所述探针和BNC接头之间通过贴片电容耦合连接。
所述射频放大模块还包括用于衰减射频信号的衰减器，所述衰减器连接在射频放大器的信号输入端和EMI探测器之间。
本发明的有益效果是，该电磁干扰检测装置的EMI探测器可接收电子设备中某一位置或某一电子元件上的射频信号，射频放大模块将该被测信号的功率放大并输出，放大后的射频信号显示在频谱分析仪上用于判断电磁干扰状况。这种电磁干扰检测装置结构简单、检测精确并节约成本。
进一步地，该电磁干扰检测装置方便操作，只需将EMI天线探头按照一定的方向和距离置于电子设备附近的某一具体位置，或将探笔与某一电子元件相接触，就可以通过频谱分析仪观察和分析是否有超出标准的电磁干扰产生、产生干扰的频率以及干扰强度的大小；由于三级放大晶体管本身不能产生杂散信号和振荡信号，而且频谱分析仪的频幅分析结果一般都很精确，该电磁干扰检测装置准确度高；相对于专门的EMI测试仪来说，该监测装置结构简单、造价低廉，在产品研发、调试和改进阶段都能够随时和反复使用，能够为企业节约成本。
附图说明
图1为本发明的电磁干扰检测装置一种具体实施方式的结构示意图。
图2为射频放大模块的结构示意图。
图3为射频放大器的原理图。
图4为电源稳压模块的原理图。
图5为EMI天线探头的示意图。
图6为EMI探笔的示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的一种具体实施方式。
如图1和图2所示，该电磁干扰检测装置包括频谱分析仪1、射频放大模块2和EMI探测器3，EMI探测器3与射频放大模块2的信号输入端221相连，射频放大器22的信号输出端222与频谱分析仪1相连。EMI探测器3放置在可发射RF信号的被测物4附近的某一位置或与被测物4相接触，可接收RF信号并将其输入射频放大模块2，射频放大模块2可将接收到的RF信号的功率放大到一定的倍数并在频谱分析仪1上输出该信号的频谱，用户可通过观察和分析该频谱判断被测具体位置或电子元件上的EMI状况。
射频放大模块2中设有电源稳压模块21和射频放大器22，电源稳压模块21用于提供射频放大器22工作所需的稳定电压，包括一个直流稳压器、电压输入端211和电压输出端212；射频放大器22用于放大RF信号功率，包括一个三级串联的放大器。电源稳压模块21和射频放大器22可以都集成在一个电路板上，电源稳压器21的电压输出端212与射频放大器22的电压输入端相连，将电路板螺接固定在一个几乎完全封闭的金属外壳内，该金属外壳罩在电路板的外部形成一个全屏蔽保护层，能够防止RF信号向外辐射，而且便于安装。
图3所示为与图2对应的射频放大器22的原理图，所述射频放大器22包括三级串联的放大器，每一级放大器中都包含具有信号放大功能的放大晶体管Q1、Q2和Q3，本实施方式中选用型号为ERA-6SM+的放大晶体管，该型号的放大晶体管不仅高频特性好，而且敏感性高，能够有效提高电磁干扰检测的准确度。一级放大晶体管Q1的发射极接地；基极为RF信号输入端，通过电容C1与EMI探测器3耦合连接，即形成射频放大器22的信号输入端221；集电极经过电阻R1与稳压电源的电压输出端212(即图3中稳压电源VCC)相连，并可输出经一级放大后的RF信号，该稳压电源VCC即射频放大器22的电压输入端。二级放大晶体管Q2的发射极接地；基极通过电容C2耦合连接一级放大晶体管Q1的集电极；集电极经过电阻R2与稳压电源的电压输出端212相连，并可输出经二级放大后的RF信号。三级放大晶体管Q3的发射极接地；基极通过电容C3耦合连接二级放大晶体管Q2的集电极；集电极通过电阻R3与稳压电源的电压输出端212相连，还作为RF信号的输出端与频谱分析仪1通过电容C4耦合连接，即形成射频放大器22的信号输出端222，用于输出三级放大后的RF信号。
本实施方式中的放大晶体管Q1、Q2和Q3都选用型号为ERA-6SM+的放大晶体管时，可对10MHZ至2GHZ的射频信号进行放大，其中直流稳压器的选择、稳压电源VCC、电容、电阻等元器件的参数值、放大倍数等都根据放大晶体管的性能参数而定。放大晶体管Q1、Q2和Q3本身并不能产生杂散信号和振荡信号，检验的方法是使设备处于工作状态时，如果探测器3没有接收任何RF信号，频屏分析仪1上不会产生杂散信号或不平坦的幅频线，因此该射频放大器22保证了电磁干扰检测装置的准确度。
图4所示为与图2对应的电源稳压模块21的原理图，该电源稳压模块21包括电压输入端211、电压输出端212和连接在两者之间的直流稳压器，电压输入端211与直流电源相连，电压输出端212分别通过并联的电感L1、L2和L3与电阻R1、R2和R3相连。电压输入端211与直流稳压器之间通过一个滤波电路相连，该滤波电路由并联的电解电容C5和普通电容C6分别接地形成。电压输出端212与直流稳压器之间同样通过一个滤波电路相连，该滤波电路由并联的电解电容C7和普通电容C8分别接地形成。两个滤波电路中的电解电容C5和C7的作用都在于过滤低频电流的杂波，普通电容C6和C8的作用在于过滤高频电流的杂波，该滤波电路的设计使电源稳压模块21的电压输出端212能够为射频放大器提供稳定的电压。
EMI探测器3由探头和BNC接头连接形成，探头用于接收RF信号，BNC接头连接在射频放大器22的信号输入端221。图5所示为本实施方式中的EMI探测器3，该EMI探测器3包括天线探头31和BNC接头34，该天线探头31首尾相连形成封闭的环状线圈，通过导线与BNC接头34连接，该BNC接头34与射频放大器22的信号输入端221相连。本实施方式中，考虑到线圈过小信号较弱，会影响测试的敏感度，线圈过大不仅接收信号很强可能会对原信号产生干扰，而且会对实际操作带来不便，因此取该线圈的直径大致为2cm。需要探测被测物4附近某一位置的EMI状况时，可将天线探头31按照一定方向放置在该位置，即可接收RF信号。所述天线探头31可由两端带有BNC接头的信号线制成，制作步骤为：将信号线的一端去掉接头，弯折该无接头的一端并焊接形成封闭环状线圈。
如图6所示，EMI探测器3中的探头也可用EMI探笔来代替，该EMI探笔包括探针31和笔筒32，该笔筒32的一端固定连接探针31，另一端通过导线连接BNC接头34。为了提高信号的传输效率，探针31一般较短，结合操作的便利性，探针31的长度取1cm～2cm较为合适，本实施方式取1.5cm。由于探针31直接接触被测物4上的某一位置，这种点接触的方式可能因电流过大而导致放大晶体管Q1、Q2和Q3被击穿，因此，探针31和BNC接头34之间通过设置在笔筒32内的贴片电容33耦合连接，该贴片电容33用于过电流保护。为了减少贴片电容33处的信号辐射，提高检测准确度，该贴片电容33可使用金属外壳包覆，或者笔筒32可由金属材料制成。本实施方式中，采用EMI探笔对被测物4进行EMI检测时，一般不能直接检测功率大于13dbm的强信号，否则容易损坏放大晶体管Q1、Q2和Q3；因此可在射频放大模块2中增加用于衰减RF信号的衰减器，该衰减器的衰减倍数为-20DB，连接在信号输入端221和EMI探测器3之间，通过这种方式，即可直接检测大于13dbm的强信号。
本实施方式的电磁干扰检测装置处于工作状态时，天线探头31放置在电子设备附近某一位置，或EMI探笔的探针31直接接触需要检测的电子元件即可接收RF信号，该RF信号传递至射频放大模块2，放大晶体管Q1、Q2和Q3全部导通并将RF信号的功率放大，放大后的RF信号的频谱精确地显示在频谱分析仪上，技术人员通过观察该RF信号在不同频率的能量分布，可非常直观地分析电磁干扰是否超出一定的标准范围、产生干扰的频率、在各个频率上的干扰强度的大小等。该电磁干扰检测装置可用于检测计算机硬盘等电子产品或其它电子设备的电磁干扰。通过分析EMI状况，技术人员能够不断地调试和改进产品，提高了电子产品的研发效率。该电磁干扰检测装置相对于专门的EMI测试仪来说，结构简单、造价低廉，在产品研发、调试和改进阶段都能够随时和反复使用，能够为企业节约成本。
本实施方式包括三级串联的放大器，还可以根据需求设计成多级串联的放大器，每一级放大器中都包含具有信号放大功能的放大晶体管，EMI探测器与一级放大器中放大晶体管的信号输入端相连，末级放大器中放大晶体管的信号输出端与频谱分析仪相连，总的放大倍数为各级放大倍数相乘。该发明的电磁干扰检测装置中用于放大射频信号功率的射频放大模块还可由其他形式的射频放大器组成，射频放大器中的型号为ERA-6SM+的放大晶体管也可有用他型号的放大晶体管代替，其中稳压电源VCC，电容、电阻等元器件的参数，可接收RF信号的频率范围、放大倍数等也随之调整。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种电磁干扰检测装置，其特征在于：包括EMI探测器、用于放大射频信号功率的射频放大模块和用于显示和分析电磁干扰状况的频谱分析仪；所述射频放大模块的信号输入端与EMI探测器相连，射频放大模块的信号输出端与频谱分析仪相连。
2.根据权利要求1所述的电磁干扰检测装置，其特征在于：所述射频放大模块包括电源稳压模块和射频放大器，该射频放大器包括多级串联的放大器，每一级放大器中都包含具有信号放大功能的放大晶体管；所述EMI探测器与一级放大器中放大晶体管的信号输入端相连，所述末级放大器中放大晶体管的信号输出端与频谱分析仪相连，每一级放大器的电压输入端与电源稳压模块的电压输出端相连。
3.根据权利要求2所述的电磁干扰检测装置，其特征在于：所述射频放大器包括三级串联的放大器，所述一级放大晶体管的基极为信号输入端，与EMI探测器通过电容耦合连接；所述二级放大晶体管的基极与一级放大晶体管的集电极之间通过电容耦合连接；三级放大晶体管的基极与二级放大晶体管的集电极之间通过电容耦合连接，三级放大晶体管的集电极为信号输出端，与频谱分析仪之间通过电容耦合连接。
4.根据权利要求3所述的电磁干扰检测装置，其特征在于：所述放大晶体管的型号为ERA-6SM+。
5.根据权利要求2所述的电磁干扰检测装置，其特征在于：所述射频放大模块还包括电路板和金属外壳，所述电源稳压模块和射频放大器都集成在电路板上，金属外壳罩在电路板的外部形成全屏蔽保护层。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电磁干扰检测装置，其特征在于：所述EMI探测器包括探头和BNC接头，所述探头与BNC接头相连，所述BNC接头与射频放大模块的信号输入端相连。
7.根据权利要求6所述的电磁干扰检测装置，其特征在于：所述探头为天线探头，形状为封闭的环状线圈，通过导线与所述BNC接头相连。
8.根据权利要求7所述的电磁干扰检测装置，其特征在于：所述线圈的直径大致为2cm。
9.根据权利要求7所述的电磁干扰检测装置，其特征在于：所述天线探头由两端带有BNC接头的信号线制成，先将信号线一端的接头去掉，弯折该无接头的一端并焊接形成封闭环状线圈。
10.根据权利要求6所述的电磁干扰检测装置，其特征在于：所述探头为EMI探笔，包括笔筒、探针和置于笔筒内的贴片电容，所述笔筒一端固定探针，另一端连接BNC接头，所述探针和BNC接头之间通过贴片电容耦合连接。
11.根据权利要求10所述的电磁干扰检测装置，其特征在于：所述射频放大模块还包括用于衰减射频信号的衰减器，所述衰减器连接在射频放大器的信号输入端和EMI探测器之间。
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