雜散發(fā)射的測量方法

參考帶寬是指在該帶寬內規定了雜散發(fā)射電平值的帶寬。

參考帶寬并非按照上表固定不變，例如所有空間無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)雜散發(fā)射的參考帶寬一律為4kHz；歐洲制定的陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)固定臺雜散發(fā)射的標準中，規定在近載波處雜散發(fā)射的參考帶寬要小一些；還有對每一個(gè)雷達系統測量其雜散發(fā)射時(shí)，都必須重新計算參考帶寬，ITU-R M.1177文件給出了具體的測量方法。

2．對測量?jì)x器的要求

2．1選頻測量接收機

選頻接收機或者頻譜分析儀都可用于測量傳導到天線(xiàn)的雜散輻射和箱體輻射。在測量過(guò)程中應注意以下幾個(gè)方面：

2．1．1測量?jì)x器的加權功能 weighting function

所有的測量接收機應具有平均值和峰值的加權功能。

2．1．2分辨帶寬 resolution bandwidth（RBW）

通常的原則是，測量接收機分辨帶寬（末級中頻濾波器的3dB帶寬）應等于參考帶寬。但為了提高測量的精確性、靈敏度和效率，分辨帶寬可以不同于參考帶寬。例如，在測量靠近中心頻率的發(fā)射分量時(shí)，有時(shí)就需要采用較窄的分辨帶寬。當分辨帶寬小于參考帶寬時(shí)，測量結果應為參考帶寬內各分量的總和（其和應為功率求和，除非特別要求雜散信號按照電壓求和，或是按介值法判別，見(jiàn)注1）。當分辨帶寬大于參考帶寬時(shí)，寬帶雜散發(fā)射的測量結果應按帶寬比例進(jìn)行歸一化。但對于離散（窄帶）雜散產(chǎn)物，不能采用歸一化。

分辨帶寬的修正因子需由測試接收機的實(shí)際分辨帶寬（如：-6dB分辨帶寬）和被測雜散發(fā)射信號特征而定（如：脈沖信號或高斯噪聲）。

注1：介值判別法——當采用PEP（峰包功率）法測量雜散發(fā)射，且分辨帶寬小于參考帶寬時(shí)，所測得的總功率可能不準確。如果不知道求和法則，那么在參考帶寬內所測得的總的雜散發(fā)射功率應按照功率合成法和電壓合成法分別求得。在每次測量中，如果用電壓合成法求得的雜散發(fā)射值低于規定的限值，則滿(mǎn)足要求；如果用功率合成法求得的雜散發(fā)射值高于規定的限值，則不滿(mǎn)足要求。

2．1．3 視頻帶寬 video bandwidth (VBW)

視頻帶寬至少與分辨帶寬相同，最好為分辨帶寬的3至5倍。VBW反映的是測量接收機中位于包絡(luò )檢波器和模數轉換器之間的視頻放大器的帶寬。改變VBW的設置，可以減小噪聲峰-峰值的變化量，提高較低信噪比信號測量的分辨率和復現率，易于發(fā)現隱藏在噪聲中的小信號。

2．1．4 測量接收機濾波器的形狀因子 shape factor

形狀因子是描述帶通濾波器選擇性的一個(gè)參數，通常定義為阻帶和通帶帶寬的比值。理想濾波器的比值為1。但是，實(shí)際上濾波器具有滾降衰減特性，遠達不到理想狀態(tài)。例如：頻譜分析儀在掃描狀態(tài)下，被測信號通過(guò)的近似高斯濾波器是由多級可調濾波器構成，其形狀因子通常規定為-60dB與-3dB的比值，范圍在5：1到15：1之間。

2．2 基頻帶阻濾波器

基頻和雜散發(fā)射的功率比值可能在70dB以上。這么高的比值經(jīng)常導致基頻輸入電平過(guò)大，在選頻接收機中造成非線(xiàn)形失真產(chǎn)物。故此，在測量?jì)x器的輸入端通常接入一個(gè)基頻帶阻濾波器（在雜散發(fā)射分量不太靠近基頻條件下適用）。對于遠高于基頻的頻段（如：諧波頻率），也可采用帶通或高通濾波器。但這種測量雜散發(fā)射分量的濾波器的插入損耗不能太大，并且濾波器要具有非常好的頻響特性。

常用的VHF/UHF頻段電路型可變頻帶阻濾波器的插入損耗只有3-5 dB，甚至更小，1 GHz以上頻段的大約為2-3 dB。

因受物理尺寸及插入損耗的制約，四分之一波長(cháng)可調帶通腔體濾波器只適用于50 MHz以上頻率。對于腔體陷波器而言，在遠離陷波頻率大約10%以上的頻率處，插入損耗也小于1 dB。

通常多頻段接收機都具有可變頻的濾波器，以便跟蹤被測系統的調諧頻率。用于測量雜散發(fā)射的可變?yōu)V波器的種類(lèi)有：電調諧高頻頭和釔鐵柘榴石（YIG）濾波器.這些濾波器比固定頻點(diǎn)的濾波器有較大的插入損耗，但具有較小的通帶，可以測量距發(fā)射頻率較近的信號。

電調諧高頻頭通常用于50 MHz到1 GHz頻段，其3dB帶寬約為諧振頻率的5%，插入損耗約5-6 dB。

釔鐵柘榴石（YIG）濾波器通常用于1-18 GHz頻段，其3dB帶寬在2GHz處約為15MHz，在18GHz處約為30MHz，插入損耗大約為6-8dB。

2．3 耦合器

測量會(huì )用到可將基頻發(fā)射功率耦合出來(lái)的定向耦合器。在基頻處，其阻抗必須和發(fā)射機的阻抗相匹配。

2．4 終端負載

當按照方法1測量雜散發(fā)射功率時(shí)，被測發(fā)射機應連接測試負載或者終端負載。值得注意的是雜散發(fā)射電平會(huì )受發(fā)射機末級、傳輸線(xiàn)和測試負載間阻抗匹配程度的影響。

2．5 測量天線(xiàn)

測量時(shí)會(huì )用到增益已知的諧振偶極子天線(xiàn)或等效全向天線(xiàn)作為參考天線(xiàn)。

2．6 調制狀況

測量應盡可能在發(fā)射機正常工作時(shí)，最大調制狀態(tài)下進(jìn)行。有時(shí)為了發(fā)現一些特殊的雜散頻率，也需在無(wú)調制條件下進(jìn)行測量。但必須指出，此時(shí)并非所有雜散發(fā)射都能檢測出來(lái)，因加入調制后可能會(huì )產(chǎn)生其它雜散頻率分量。

3．測量的受限性

3．1 帶寬限制

依照±250%倍必要帶寬的限值，規定了雜散發(fā)射測量范圍的起始頻率。但某些情況不能這樣劃分，因為非雜散發(fā)射量會(huì )造成嚴重的測量誤差。重新確定雜散測量范圍的分界線(xiàn)，可不采用±250%倍必要帶寬的劃分辦法，而采用一種新的劃分方法（見(jiàn)下式）。另外，也可以不改變以±250%倍必要帶寬劃定的頻段范圍，而改用較小的分辨帶寬進(jìn)行測量。

新劃分的頻段范圍和分辨帶寬存在下式關(guān)系：

RBW x (k-1)≤2(OOB–NBW/2)

RBW：分辨帶寬(resolution bandwidth)
k：形狀因子(shape factor)
OOB：帶外帶寬(Out-of-band boundary)
NBW：必要帶寬(necessary bandwidth)

由上式可知：如果分辨帶寬不變，可計算出帶外帶寬的范圍，反之亦然。

假設一個(gè)信號的必要帶寬是16kHz，用±250%必要帶寬得出的帶外帶寬（設為40kHz）的范圍不變。如果測量分辨帶寬濾波器的形狀因子是15：1，對帶內的功率抑制比為60dB，那么分辨帶寬應約為4.5 kHz, 計算如下：

RBW≤2(OOB-NBW/2)/(k-1)

則：RBW≤2 (40–16/2)/(15–1)
得：RBW≤4.5 kHz

另一方面，給定同樣的信號和測量接收機參數，如果分辨帶寬固定不變，為100kHz，那么帶外帶寬可利用上式重新算得。對于上例，如果分辨帶寬是100kHz，那么算出的帶外帶寬為708kHz。

3．2 靈敏度限制

由于連接用的轉換器件和線(xiàn)纜的損耗，導致頻譜分析儀測量靈敏度降低。但這可以通過(guò)采用低噪聲放大器來(lái)克服。

在個(gè)別情況下，如在26 GHz以上，調制狀態(tài)下，測量被測設備（EUT）是否符合規范要求時(shí)，主要因為測試裝置采用外部混頻器，仍無(wú)法獲得足夠高的靈敏度；而在載波（CW）狀態(tài)下，雜散發(fā)射的測量可能是準確的，因為那些由調制造成的發(fā)射分量在總量上等于被測設備（EUT）的調制損耗。

3．3 時(shí)間限制

對于輸出幅度隨時(shí)間變化的任何有用信號（例如：非恒包絡(luò )調制），為保持測量值的連續穩定性，至少取十次測量的平均值。

4．測量方法

4．1 概述

這里介紹兩種雜散發(fā)射的測量方法。在方法1和方法2中必須注意，由測試所產(chǎn)生的輻射不得干擾測試環(huán)境中的測試系統。同時(shí)必須注意，正確選用雜散發(fā)射標準中特別規定的功率加權功能。（參見(jiàn)2.1.1）

方法1-用于測量輸出到被測設備（EUT）天線(xiàn)端口的雜散發(fā)射功率。

方法2-用于測量雜散的等效全向輻射功率（e.i.r.p），需要用到一個(gè)符合條件的測試場(chǎng)地。

如果方法1滿(mǎn)足測量要求，則盡可能采用方法1。使用波導的系統應采用方法2，因為在波導終端的轉換器件會(huì )帶來(lái)很多測試問(wèn)題。假若天線(xiàn)端口是波導法蘭，那么在波導向同軸轉換的過(guò)程中，遠端的雜散發(fā)射會(huì )被大大地衰耗。只有在測試電纜與波導連接的一端加上特制的錐型波導器件，才能采用方法1測量。同樣，VLF/LF頻段的發(fā)射機也應采用方法2測量，因為發(fā)射機、饋線(xiàn)、天線(xiàn)之間并沒(méi)有清晰的界限劃分。

雷達系統的測量方法ITU另有文件說(shuō)明（ITU-R M.1177）。因為對雷達系統尚沒(méi)有特別完善的測量方法，必須根據雜散發(fā)射限值的具體要求進(jìn)行實(shí)際可行的測量。

4．2方法1-輸出到天線(xiàn)端口的雜散發(fā)射的測量方法

此方法無(wú)需特殊的測試場(chǎng)地或電波暗室，測試結果也不會(huì )受到電磁干擾（EMI）的影響，但須考慮饋線(xiàn)影響。此方法忽略了因天線(xiàn)失配造成的衰耗和任意雜散產(chǎn)物的無(wú)效輻射，還有天線(xiàn)本身產(chǎn)生的雜散產(chǎn)物。雜散發(fā)射功率測量裝置的框圖如圖1所示：

圖1 雜散發(fā)射功率測量裝置的框圖

4．2．1 直接連接法

在這種方法中，要求對所有的測量部件（濾波器、耦合器、電纜）分別進(jìn)行校準，或者把這些部件連成一個(gè)整體進(jìn)行校準。不論哪種校準，都是用一臺已校準的、輸出電平可調的信號發(fā)生器和測量接收機來(lái)完成。在各個(gè)頻點(diǎn)f處，校準因子定義如下：

其中: 頻點(diǎn)f處的校準因子(dB)
: 在頻點(diǎn)f處的輸入功率(由信號發(fā)生器產(chǎn)生) (dBW或dBm)
: 頻點(diǎn)f處的輸出功率(由測量接收機讀出) (dBW或dBm)

校準因子表達了所有連接在信號發(fā)生器和測量接收機之間部件的插入損耗。

如果分別校準連接部件，測量裝置的總校準因子可由下式計算：
其中：: 頻率f處的測量裝置總校準因子(dB)
: 頻率f處測量連接鏈中各個(gè)部件的校準因子(dB)

測量過(guò)程中，(dBW或dBm)是頻率f處由測量接收機讀出的雜散發(fā)射功率，而在頻率f處實(shí)際雜散發(fā)射功率(dBW或dBm)由下式計算得出：

4．2．2 替代法

這種方法不需要對連接部件校準，而是先由測量?jì)x器記錄下雜散發(fā)射功率的讀數值。然后用一臺已校準的信號發(fā)生器替代被測設備（EUT），當測量?jì)x器的讀數值和先前記錄值達到一致時(shí)，信號發(fā)生器的輸出值就等于雜散發(fā)射的功率值。

4．3 方法2-雜散發(fā)射e.i.r.p的測量方法

雜散發(fā)射e.i.r.p的測量裝置框圖見(jiàn)圖2。

方法2中的測量必須在遠場(chǎng)條件下進(jìn)行，而對于很低的頻率或是多個(gè)頻率組合以及天線(xiàn)規格來(lái)說(shuō)，遠場(chǎng)條件是很難實(shí)現的（如：用1.2m碟型天線(xiàn)發(fā)射14 GHz射頻信號，在140m遠處才能達到遠場(chǎng)的條件）。另外，測量也比較麻煩，雖然自動(dòng)檢驗技術(shù)減少了一些工作量，但要在各個(gè)方向和頻率上按不同極化方式測量雜散發(fā)射的e.i.r.p仍然非常耗時(shí)。

圖2 雜散發(fā)射e.i.r.p的測量裝置框圖

4．3．1 輻射測量的測試場(chǎng)地

測試場(chǎng)地應滿(mǎn)足水平極化和垂直極化場(chǎng)的衰減要求，即衰減量應在理論值的±4dB之內。測試場(chǎng)地還應滿(mǎn)足下列條件：地形平坦，上方?jīng)]有架空電線(xiàn)，附近沒(méi)有反射物，在規定距離處有足夠的空間擺放天線(xiàn)，并使天線(xiàn)、EUT和反射物間有足夠的距離。反射物是指那些建筑材料可導電的物體。測試場(chǎng)地須安裝水平金屬平面地板。

測試也可以在墻上覆蓋有吸波材料，無(wú)電波反射的電波暗室內進(jìn)行。那么，對電波暗室的驗收測試就顯得非常重要，主要目的是驗證室內水平極化和垂直極化場(chǎng)的衰減測量值是否符合±4dB的標準（詳見(jiàn)IEC/CISPR 文件No. 22）。

測試場(chǎng)地的導電的平面地板須超出被測設備（EUT）和最大測試天線(xiàn)的外延1m以上，并且覆蓋被測設備（EUT）和天線(xiàn)之間的所有區域。地板必須為金屬材料，上面不允許有尺寸大于最高測試頻率所對應波長(cháng)十分之一的孔洞和裂縫。如果暗室內測試場(chǎng)地的衰減特性不滿(mǎn)足要求，則需要加大導電平面地板的面積。對于半波暗室，同樣要滿(mǎn)足這些要求。

多種測量小室也可用于雜散發(fā)射的測量，如混波室(SMC)、橫電磁波室（TEM）和吉赫TEM小室（GTEM）。但這些新測試系統尚未廣泛地被所有的標準體系所接受，相關(guān)的技術(shù)正在做進(jìn)一步的研究和驗證。

4．3．2 直接法

在這種方法中，也要求對所有的測量部件（濾波器、耦合器、電纜）分別進(jìn)行校準，或者把這些連接部件作為一個(gè)整體進(jìn)行校準。（參見(jiàn)4.2.1）

自由空間條件下頻率f處的雜散發(fā)射的e.i.r.p，可由下式得到：

其中：: 頻率f處雜散發(fā)射在測量接收機上的功率示值(dBW 或dBm)，與單位相同 。
: 頻率f處，測量裝置的校準因子(dB)
: 頻率f處，測量天線(xiàn)的增益(dB)
f : 雜散發(fā)射的頻率（MHz）
d : 發(fā)射天線(xiàn)與測量天線(xiàn)的距離（m）

4．3．3 替代法

在這種方法中，需用一副已校準的替代天線(xiàn)和一臺信號發(fā)生器，調整信號發(fā)生器的輸出值使測量接收機的示值等于測量到的雜散信號值,便可得出雜散發(fā)射值。

4．4 特殊箱體輻射的測量

上述方法2可用于測量發(fā)射機箱體的雜散輻射。這種方法需用一個(gè)已校準的終端負載替換EUT的天線(xiàn)，按照上述方法2的步驟操作，即可得到箱體雜散輻射的e.i.r.p。終端假負載應置于一個(gè)小的獨立屏蔽殼體中，以防止假負載的二次輻射干擾被測箱體的輻射測量。此外，連接電纜也會(huì )有輻射產(chǎn)生，對測量造成不良影響，所以必須對此加以防范，可采用雙屏蔽電纜，也可以給電纜加裝屏蔽外殼。

結束語(yǔ)

雜散發(fā)射的測量?jì)H從框圖看是比較簡(jiǎn)單的，其實(shí)能夠影響測量結果的因素很多，例如：EUT類(lèi)型、測量接收機、天饋線(xiàn)、濾波器、測試場(chǎng)地等，還有參考帶寬、必要帶寬、分辨帶寬、功率加權功能的選擇等，都會(huì )對測量造成影響。所以，要正確測量雜散發(fā)射的量值，除了要弄明白各種相關(guān)概念外，還須對測量中用到的各種儀表、連接器件、天線(xiàn)、被測設備、測量場(chǎng)地等的特性、參數了如指掌，認真考慮所有相關(guān)因素后，才能得到準確的測量結果。