如何有效地進(jìn)行無(wú)線(xiàn)輻射雜散調試

隨著(zhù)5G時(shí)代的推進(jìn)，智能終端產(chǎn)品作為寬帶射頻應用最大的消費市場(chǎng)面臨著(zhù)一系列開(kāi)發(fā)與驗證的問(wèn)題。其中，越來(lái)越小的設計空間與電磁輻射雜散性能之間的矛盾，將是商業(yè)研究人員開(kāi)發(fā)和驗證中面臨的巨大挑戰。若要以更高的精度、更強的自信探索開(kāi)創(chuàng )性的概念，來(lái)推動(dòng)現有技術(shù)發(fā)展、以創(chuàng )新創(chuàng )造革命、將 5G 愿景轉變?yōu)楝F實(shí)的過(guò)程中，我們不得不在工作中選擇更為適合我們的調試、測試解決方案。
克服這些難題需要對智能終端設備進(jìn)行有效的測試和測量，這樣能確保準確地生成和分析信號，從而正確地測試和測量通信鏈路（如發(fā)射機和接收機）。采用的信號生成和分析解決方案應當提供快速的測量時(shí)間和切換速度，并且具有可擴展性，讓測試工具可以適應用戶(hù)不斷變化的測試需要。另外解決方案還應具有靈活性，以確保它們支持當前和未來(lái)的制式。有了這些解決方案后，我們才能放心的在研發(fā)、調試、驗證中尋找出合適的、較優(yōu)的、低成本的方案從而縮短開(kāi)發(fā)周期，進(jìn)而搶先獲得消費市場(chǎng)認可。是德科技在測試測量領(lǐng)域有著(zhù)悠久的歷史，從1938年第一臺諧波分析儀面世（彼時(shí)還時(shí)HP公司）到如今110GHz毫米波測試測量方案的開(kāi)發(fā)，一直為我們產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域的驗證帶來(lái)不同的驚喜。
以下通過(guò)一個(gè)案例，使用是德科技測試測量解決方案，完成無(wú)線(xiàn)智能終端產(chǎn)品的輻射雜散的最終優(yōu)化。

某無(wú)線(xiàn)智能終端案例要點(diǎn)：

● GSM850 RSE測試三次諧波輻射超標

● 2.2GHz頻率裕量較小

圖1 調試前輻射雜散測試結果

圖2 調試前傳導輻射測試結果

調試設備：

● Keysight CXA N9000A+ N9311X 套件

首先，針對三次諧波分析雜散輻射來(lái)源是否通過(guò)傳導傳播，通過(guò)測試驗證此頻率下傳導雜訊的裕量在9dB以上。接下來(lái)的思路轉移到了輻射的雜訊上。
針對輻射問(wèn)題，我們要尋找出干擾的噪聲，使用頻譜分析儀在頻域分析會(huì )更快速精準的找出方案。這里我們使用性?xún)r(jià)比較高的CXA N9000A頻譜分析儀，搭配使用N9311X 套件中的磁場(chǎng)環(huán)形探針來(lái)掃描手機的近場(chǎng)雜訊。通過(guò)使用較低靈敏度的環(huán)形探頭可以發(fā)現在天線(xiàn)區域存在較大的諧波，如圖3所示 2.55GHz峰值達到了 -43.29dBm。
從測試結果來(lái)看，諧波超標很?chē)乐?，這一點(diǎn)與天線(xiàn)區域的雜訊信號很相似，考慮到傳導嫌疑已經(jīng)排除，因此分析的重點(diǎn)集中到了天線(xiàn)區域的非線(xiàn)性器件。從如圖4所示原理圖可以看出，天線(xiàn)的調諧開(kāi)關(guān)是正常工作的，由于天線(xiàn)開(kāi)關(guān)本身是非線(xiàn)性器件，因此首先確認天線(xiàn)開(kāi)關(guān)的影響。將天線(xiàn)開(kāi)關(guān)旁路（天線(xiàn)仍然正常）如圖5所示，發(fā)現此時(shí)2.55GHz的雜訊可以降低到-55.7dBm左右，因此可以確定天線(xiàn)區域的雜訊就是調諧開(kāi)關(guān)造成的。
在這里由于僅GSM850的三次諧波出現問(wèn)題，且能較快確定最強輻射范圍，因此無(wú)需再進(jìn)一步使用高靈敏度的磁場(chǎng)環(huán)形探頭進(jìn)一步精確定位。

圖3 調試前2.55GHz近場(chǎng)輻射結果

圖4 調諧開(kāi)關(guān)旁路

圖5 調試后2.55GHz近場(chǎng)輻射結果

接下來(lái)針對2.2GHz頻點(diǎn)處輻射雜散的裕量不足，可先用N9311X 套件中的低靈敏度磁場(chǎng)環(huán)形探針以及來(lái)掃描及點(diǎn)測手機的近場(chǎng)雜訊，如圖6所示發(fā)現該頻率以及750MHz的信號最強近場(chǎng)輻射區域集中在PCB的下半部分其中一個(gè)電源網(wǎng)絡(luò )，此電源網(wǎng)絡(luò )會(huì )經(jīng)過(guò)較多高頻成分的芯片以及雜訊較多的LED以及按鍵區域。經(jīng)過(guò)查閱電源和芯片文檔得知其開(kāi)關(guān)頻率的大約為1.9M，該頻率成分的電源噪聲會(huì )在調制過(guò)程中頻移到信號頻率兩側。然而由于使用較低靈敏度的探頭智能確定處板上下半部分都是可能的輻射雜散信號源，卻無(wú)法定位精確的位置。此時(shí)我們需要進(jìn)一步使用套件中精度更高的磁場(chǎng)環(huán)形探頭或者垂直向磁場(chǎng)探頭來(lái)確定最強區域。最終發(fā)現在750MHz+/-17MHz在紅色框標示區域最強。測試結果請參考圖7所示，此處750MHz附近的近場(chǎng)輻射為-83.21dBm，2.25GHz處最大近場(chǎng)輻射為-44.18dBm。

圖6 調試前750MHz及2.25GHz近場(chǎng)輻射最強區域

圖7  調試前750MHz及2.25GHz近場(chǎng)輻射測試結果

由于2.25GH大約是750MHz的三次諧波，因此我們首先針對750MHz做濾波設計。為了克服這種干擾應該對基帶信號加以濾波，阻止高頻成分傳播和搬移。如圖8所示是一種推薦電路，其中電容C1、C2和L2可作為備選，將此電路加在圖6黃色框圖標示的電源入射端口附近做濾波。

圖8 建議增加濾波電路

采用此濾波方案后的再進(jìn)行近場(chǎng)掃描Max Hold的結果可參考圖9所示近場(chǎng)輻射結果，此處750MHz附近的近場(chǎng)輻射已經(jīng)下降到了-92.42dBm，2.25GHz處最大近場(chǎng)輻射下降到了-53.08dBm：

圖9  調試后750MHz及2.25GHz近場(chǎng)輻射測試結果

最后我們再進(jìn)入暗室完成一次全頻帶范圍內的輻射雜散掃描和傳導掃描，最終結果請參考圖10和圖11所示?？梢钥闯鲚椛潆s散結果有明顯改善，同時(shí)傳導輻射也有所改善。

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圖10  調試后輻射雜散測試結果

圖11  調試后傳導輻射測試結果

總結

本案例向我們揭示了一種通過(guò)使用頻譜儀和近場(chǎng)探頭測試解決方案來(lái)完成無(wú)線(xiàn)智能通訊設備的輻射雜散調試的方法。一個(gè)快速精準及高性?xún)r(jià)比的設備往往能夠高效的完成研發(fā)驗證。

想了解更多關(guān)于頻譜分析儀原理、基礎應用及前沿測試測量技術(shù)請參考以下信息：

● 頻譜分析儀分析基礎工具書(shū)鏈接：http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5952-0292CHCN.pdf

● 開(kāi)啟毫米波測量新視野:
http://www.keysight.com/main/campaign.jspx?cc=CN&lc=chi&ckey=2791947&id=2791947

● 5G測試測量解決方案：http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5992-1215CHCN.pdf?id=2725261