本文综述了各种脉冲发生器的标定方法，这些方法主要用于电磁干扰接收机和带有准峰探测器的频谱分析仪的标定。带有准峰(QP)探测器的测量接收机主要在欧洲CISPR文档(CISPR - Comité International Spécial des摄扰Rádioélectriques)和美国标准ANSI 63.2(源自CISPR的QP部件)中进行了讨论。在过去的几年中，标准得到了协调(国际和国家标准委员会)和更新，以反映当前的技术状况。脉冲发生器的校准在标准EN 55016-1-1[1]中进行了讨论，该标准是国际标准IEC/CISPR 16-1-1的协调版本(目前是第4版[2]，但该版本尚未在欧洲国家得到协调，可能即将发布的第5版将在2020年得到协调)。([1]附录B讨论了脉冲发生器频谱的确定，附录C讨论了纳秒脉冲发生器输出的精确测量。)在标准[1]中，只给出了非常简短的方法描述，技术细节被隐藏了。没有讨论脉冲发生器特性的测量不确定度。

各种标准中的术语(以及同一标准的不同版本)有时不是唯一的和令人困惑的，然而，所有用于表征脉冲发生器的数量都有尺寸单位[V/Hz]或其数学等效物。用于QP检测器校准的不同数量列在表1中。

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表1。用于表征脉冲发生器的数量。

脉冲发电机

根据[1]，脉冲发生器是一种能够产生时域矩形脉冲或脉冲调制射频信号的仪器。矩形脉冲通常用于较低频率(A/B波段)，脉冲调制射频信号用于较高频率(C/D波段)，因为由于峰值电压高，接收机有损坏的风险，见表。2．为了在测量接收机时限制互调效应，频段上限以上的频谱应被限制为[1](在上限频率的两倍处下降10 dB)。基带脉冲发生器通常由一个储能装置(静电、磁场)和一个开关组成，该开关将部分或全部能量放电到负载中。

在过去，开关是使用机械水银继电器实现的，在目前的设计中，水银继电器被其他机械原理取代或使用固态半导体开关。通常情况下，存储设备是一条带电的同轴线，而脉冲持续时间由线路的电气长度给出，脉冲面积由充电电压给出。带电传输线不允许非常快的上升边，因此目前使用其他原理，如非线性传输线，阶跃恢复二极管或雪崩晶体管。矩形脉冲参数示例在Tab中给出。2矩形脉冲的频谱如图所示。1．

表2。矩形脉冲参数示例。

图1。矩形脉冲的典型频谱。

脉冲调制射频发生器使用具有脉冲包络的谐波信号。频谱类似于矩形脉冲(上转换为载频)f_c)，光谱的最大值为f_c．频谱在给定带宽内是均匀的，这意味着与基带脉冲发生器相比，长持续时间的脉冲可以使用较低的振幅(测量接收机损坏的风险较低)。时域信号及其频谱示意图如图2所示。

图2。时域(左)和频域(右)的脉冲调制射频脉冲。

频谱振幅计算如下

在哪里脉冲峰值振幅和T是脉冲持续时间。一般情况下，频谱在载频附近不是完全对称的(见图2右)，但在载频附近的窄带内，对于脉冲中射频载波的>15个周期，频谱的不对称性可以忽略不计。载频处的频谱振幅可由射频功率和脉冲持续时间计算得到。射频脉冲参数示例见表3。

表3。射频脉冲参数示例

本文介绍了CISPR脉冲发生器(Schwarzbeck IGUU2916, ser)的校准方法。不。IGUU2916164(基带脉冲发生器，该项目实验室间比较，活动A3.1.2)。生成器如图3所示。对这些方法进行了比较，在考虑测量不确定度、可行性和所需仪器的情况下选择了最佳方法。

图3。CISPR脉冲发生器Schwarzbeck IGUU 2916.

校准方法

脉冲发生器可以用几种方法来表征。本文使用了IGUU2916发电机的主发电机带A/B或主发电机带C/D输出(见3.1、3.2和3.3节)，使用了辅助发电机带A/B/C/D(见3.4节)。主发电机的极性始终为(+)，幅值始终为60 dBμV。辅助发电机振幅为40 dBμV(最大可用振幅)。脉冲重复频率根据波段变化。在EN 55016-1-1 (CISPR 16-1-1)中，对于开路和50 Ω负载，有典型发电机的指定脉冲区域，见表4。本文中的值对应于测量50 Ω标称负载下的频谱振幅(从脉冲面积计算)。

表4。EN 55016-1-1标准中规定的不同波段的发电机脉冲面积。

时域脉冲波形的傅里叶变换

频谱振幅是通过使用示波器直接采集脉冲发生器输出电压并转换到频域来确定的。为此，可以使用数字实时示波器(DRTO)或等效时间采样示波器(DSO)。该方法适用于基带脉冲发生器;这样既简单又省时。必须对电缆(衰减器)特性和示波器传递函数进行校正。DRTO直接触发被测脉冲。由于现代模数转换器的非线性行为和传递函数校正，DRTO的可追溯性是复杂的。DSO需要一个外部触发信号，该信号通常来自被测信号本身(约为1。使用20ns延迟线)。测量可追溯到电光采样系统。 A general diagram of the measurement setup using the DRTO and DSO is shown in Figure 4. Typically, 20 to 50 acquisitions of each pulse are taken in order to calculate the type A uncertainty.

图4。使用DRTO(左)和DSO(右)的典型测量设置。

测量方程如下:

在哪里V（f)为[V]中示波器电压迹线的傅里叶变换，N_FFTFFT长度Df为频率分辨率，单位为[Hz]，k_丙氨酸是信号路径的总衰减，即发生器和示波器之间连接的电缆和外部衰减器，(1)，k_osc是一个考虑到示波器频率响应的因素(1)。

为了减小脉冲振幅和提高失配不确定性，应使用两侧带衰减器的电缆。使用矢量网络分析仪测量电缆+衰减器和反射系数的衰减，然后根据每个频率的测量衰减对计算出的频率相关频谱振幅进行校正。通过增加对测量不确定度的小贡献，将示波器传递函数考虑在内。由于示波器的相位响应不容易测量(现代高速drto不能被视为线性时不变系统)，因此很难从测量的电压迹对示波器传递函数进行完全反褶积。

下面的文本显示了一个测量和计算结果的例子以及相关的测量不确定度。关于测量不确定度概念的进一步细节可以在[5]中找到。测量结果的陈述只有同时包含测量值和测量不确定度时才完整。测量不确定度是指可以合理地归因于测量值的值具有一定的概率分布的分散性。在计量学中，覆盖系数k= 2表示被测量的类高斯概率分布的被测值覆盖区间为95%。使用(2)从校正电缆、衰减器和示波器传递函数的示波器电压样本中计算频谱振幅。以下测量不确定度贡献适用:

• 设备1和设备2之间的阻抗失配校正(例如发电机和电缆之间)(dB)，其中G₁和G₂分别为装置1和装置2的线性反射系数，
• A型不确定度是通过对所有捕获的时间轨迹的频谱振幅进行重复计算来计算的，其值由n以标准的方式测量．

图5。脉冲发生器输出反射系数的测量．

发电机内阻计算如下

输出反射系数(仅为幅值)为

假设系统特性阻抗为50 Ω。反射系数的不确定度取决于示波器电压测量的准确性和分压器(1000 Ω)或电缆+衰减器(50 Ω)的衰减。不同CISPR波段进入50 Ω负载的典型脉冲形状如图11所示，不同CISPR波段进入1000 Ω负载阻抗的典型脉冲形状如图6所示。

图6。脉冲形状成1000 Ω负载阻抗，波段A/B/C/D，电压单位为任意。

计算出的发电机输出反射系数如下:

表5总结了傅里叶变换方法的测量结果，并将等效QP水平与实际振幅设置进行了比较。等效QP水平计算为

其中RBW是实际滤波器分辨率带宽(A波段200 Hz, B波段9 kHz, C/D波段120 kHz)和R_{QP/ PK}为每个波段指定的脉冲重复率的峰值/准峰值(dB)之比(见[1]中的表7)。

表6所示。不确定度计算的例子，A波段，f_代表= 25赫兹，频率9千赫。

中频(IF)测量方法

该方法使用电磁干扰测量接收机及其中频输出。在MIL-STD-462[7]中称为“视频脉冲技术”，在[1]中称为“视频脉冲技术”和“面积方法”。该方法使用一个脉冲信号和一个参考连续波信号(已知电平)连接到一个窄带滤波器，而滤波器(IF)的输出是使用示波器获得的。然后根据调谐滤波器(接收机)频率上对两个输入信号的响应计算频谱振幅，如下所示

在哪里U_rms(V)为连续波信号使示波器读数与脉冲信号相等的电平，IBW (Hz)为所使用滤波器的脉冲带宽。该方法的精度依赖于接收机脉冲带宽IBW的准确表征。频谱振幅计算为脉冲包络下的表面(即仅为正振幅)，见图7。测量设置如图8所示。

图7。中频测量方法。

图8。中频法的测量设置。

实际的程序是:首先，将来自发生器的脉冲信号输入到接收机，并用示波器捕捉接收机滤波器的响应(使用高级电缆直接连接，没有衰减器)。也测量了迹的峰到峰振幅。在第二步中，连续波正弦信号被输入到接收机，其振幅被改变，直到示波器的峰对峰读数与脉冲信号相同。该正弦信号的均方根电平使用校准的功率计(或低频电压表)测量。从发生器到接收机以及从接收机中频输出到示波器的电缆衰减并不重要，因为它会由于比率测量而抵消。测量方程如下

在哪里V_{pwm, rms}为连续波正弦信号50 Ω负载上的电压，由功率计测量的均方根功率计算，单位为[μV]

V_env为[V]中中频脉冲包络的振幅(见图9)。

V_osc,页为示波器测量的连续波正弦信号的接收机响应(中频输出)的峰值振幅，单位为[V]。

IBW为接收机脉冲带宽，单位为[Hz]

k_峰考虑脉冲/连续波信号响应峰值比的不确定性(无量纲)

k_osc考虑示波器频率响应(无因次)

k_IBW考虑了脉冲带宽确定的不确定性(无量纲)。

接收机脉冲带宽计算为

在哪里V_env为[V]中中频脉冲包络的振幅(见图9)。

X示波器水平分辨率是否在[s/div]中

N是信封的样本数[-]

v_envk代表了k[V]中中频脉冲包络的第th个样本

10考虑到示波器横屏划分的数量。

图9。接收机对脉冲信号的响应+信号的包络(左)，未滤波的包络(右)。

中频脉冲包络的确定可以使用不同的方法，这将导致计算出的接收机脉冲带宽和频谱振幅略有不同。包络线可以计算为电压中频轨迹的移动平均值(例如50 - 200个样本窗口)，也可以计算为中频电压轨迹希尔伯特变换的幅值(时域)。使用低通滤波器对包络轨迹进行过滤是很方便的，以便去除噪声(这在图9右侧很明显)。然后计算包络下的面积为电压样本的和除以包络样本的数量。

使用(6)从EMI接收机IF输出电压的示波器样本计算频谱振幅。接收机对脉冲和等效正弦连续波信号的响应都得到了。示波器的迹线是可重复的(小A型不确定度)，然而，从中频脉冲包络确定脉冲带宽可能不是一项独特的任务。中频脉冲包络线计算为示波器样本希尔伯特变换的幅值

在哪里v_env示波器样品是离散包络吗v_osc,象征H(.)表示Hilbert变换，算子(*)表示时域卷积。

Hilbert变换在MATLAB中使用Hilbert (x)命令实现。在计算包络的开始和结束处去除噪声会影响计算的脉冲带宽，从而影响频谱振幅。这一过程被视为频谱振幅总不确定性的一部分。

表8所示。不确定度计算示例，波段A, frep = 25 Hz，频率9 kHz。