頻譜是“將電磁波分析成正弦波分量,并按波長排列這些分量的結果” 也就是“把具有復雜成分的東西分析成簡單的成分,并按特征量的大小排列這些成分……”。這是一個比較實際的解釋,但仔細考慮后,我們可以看出它是合理的。我們在此處考慮的頻譜是電信號的頻譜。更具體地說,我們將使用頻譜分析儀獲得的數據解釋頻譜,該頻譜分析儀沿水平軸繪制頻率,沿垂直軸繪制功率或電壓。
2頻譜基礎
假設以下電信號是開關信號,我們使用下圖開始我們的解釋。左圖表示為脈沖波形,其特征是tw(脈沖寬度)和ts(上升時間/下降時間)。中間的圖形表示從傅里葉變換獲得的理論脈沖波形的頻譜。這是一種常見的頻譜,隨著頻率的升高,振幅衰減,衰減斜率隨tw和ts而變化。
右邊的圖表顯示了當脈沖ts變慢(增加)時頻譜的變化。當斜率變化到-40db/dec時,1/πts的頻率點降低,最終結果是振幅減小。簡單地說,當ts變慢時,頻譜振幅衰減。
從這里開始,我們將使用實際的頻譜分析儀數據來觀察頻譜的變化以及頻率和其他參數的變化。這里應該注意的是頻譜隨信號波形的變化而變化的方式。
3波形變化和頻譜變化
下面的第一個圖表顯示了默認條件,用作比較的基礎。如波形所示,條件是幅度為10 V,頻率為400 kHz,占空比為50%,tr / tf(上升時間/下降時間)為10 ns。中心圖顯示第n次諧波和振幅(V)。對于作為基波的一次諧波,即400 kHz分量,振幅最大,并且頻譜出現在奇數次諧波的頻率處。
僅奇數諧波的存在是占空比為50%的頻譜的特征。每個分量的大小是諧波次數乘以基波分量的倒數,例如,三次諧波的幅度是基波幅度的1/3,而n次諧波是1 / n的基波幅度。右邊的圖是幅度的對數圖,單位為dBμV。這里dBμV是電壓比的分貝值,以1μV電壓作為參考。
(1)在下面的頻譜中,頻率更改為2 MHz。從頻率與幅度(dBμV)圖中可以清楚地看出,當頻率較高時,整體幅度增加。
(2)在下面的頻譜中,tr和tf都減慢(增加)到100 ns。如上面的示意圖所解釋的,-40dB / dec衰減開始的頻率點降低,并且頻譜幅度衰減。
(3)這是占空比從50%降低到20%的頻譜。占空比不再是1:1,因此出現偶數次諧波,但本質上峰值沒有變化。通過使脈沖寬度tw變窄,基波頻譜的振幅衰減。
(4)下面的頻譜是只有tr(上升時間)減慢的情況。由于tr較慢,與tr相關的分量會從較低頻率衰減。
總而言之,當頻率較低而上升/下降時間較慢時,頻譜會衰減。從EMC的角度來看,較低的頻譜幅度是有利的,具體規律總結如下:
(1) 提高頻率 ?頻譜幅度整體增加;
(2)減慢上升/下降時間 ?-40dB / dec衰減開始的頻率點降低,頻譜的振幅衰減;
(3)改變占空比 ?偶次諧波出現,但對頻譜峰值沒有影響,基波頻譜衰減;
(4)僅減少上升時間 ?tr相關的分量會從較低頻率衰減;
責任編輯:pj
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