如何有效地進(jìn)行無線輻射雜散調(diào)試

隨著5G時代的推進(jìn)，智能終端產(chǎn)品作為寬帶射頻應(yīng)用最大的消費市場面臨著一系列開發(fā)與驗證的問題。其中，越來越小的設(shè)計空間與電磁輻射雜散性能之間的矛盾，將是商業(yè)研究人員開發(fā)和驗證中面臨的巨大挑戰(zhàn)。若要以更高的精度、更強的自信探索開創(chuàng)性的概念，來推動現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展、以創(chuàng)新創(chuàng)造革命、將 5G 愿景轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的過程中，我們不得不在工作中選擇更為適合我們的調(diào)試、測試解決方案。
克服這些難題需要對智能終端設(shè)備進(jìn)行有效的測試和測量，這樣能確保準(zhǔn)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(yīng)當(dāng)提供快速的測量時間和切換速度，并且具有可擴展性，讓測試工具可以適應(yīng)用戶不斷變化的測試需要。另外解決方案還應(yīng)具有靈活性，以確保它們支持當(dāng)前和未來的制式。有了這些解決方案后，我們才能放心的在研發(fā)、調(diào)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發(fā)周期，進(jìn)而搶先獲得消費市場認(rèn)可。是德科技在測試測量領(lǐng)域有著悠久的歷史，從1938年第一臺諧波分析儀面世（彼時還時HP公司）到如今110GHz毫米波測試測量方案的開發(fā)，一直為我們產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域的驗證帶來不同的驚喜。
以下通過一個案例，使用是德科技測試測量解決方案，完成無線智能終端產(chǎn)品的輻射雜散的最終優(yōu)化。

某無線智能終端案例要點：

● GSM850 RSE測試三次諧波輻射超標(biāo)

● 2.2GHz頻率裕量較小

圖1 調(diào)試前輻射雜散測試結(jié)果

圖2 調(diào)試前傳導(dǎo)輻射測試結(jié)果

調(diào)試設(shè)備：

● Keysight CXA N9000A+ N9311X 套件

首先，針對三次諧波分析雜散輻射來源是否通過傳導(dǎo)傳播，通過測試驗證此頻率下傳導(dǎo)雜訊的裕量在9dB以上。接下來的思路轉(zhuǎn)移到了輻射的雜訊上。
針對輻射問題，我們要尋找出干擾的噪聲，使用頻譜分析儀在頻域分析會更快速精準(zhǔn)的找出方案。這里我們使用性價比較高的CXA N9000A頻譜分析儀，搭配使用N9311X 套件中的磁場環(huán)形探針來掃描手機的近場雜訊。通過使用較低靈敏度的環(huán)形探頭可以發(fā)現(xiàn)在天線區(qū)域存在較大的諧波，如圖3所示 2.55GHz峰值達(dá)到了 -43.29dBm。
從測試結(jié)果來看，諧波超標(biāo)很嚴(yán)重，這一點與天線區(qū)域的雜訊信號很相似，考慮到傳導(dǎo)嫌疑已經(jīng)排除，因此分析的重點集中到了天線區(qū)域的非線性器件。從如圖4所示原理圖可以看出，天線的調(diào)諧開關(guān)是正常工作的，由于天線開關(guān)本身是非線性器件，因此首先確認(rèn)天線開關(guān)的影響。將天線開關(guān)旁路（天線仍然正常）如圖5所示，發(fā)現(xiàn)此時2.55GHz的雜訊可以降低到-55.7dBm左右，因此可以確定天線區(qū)域的雜訊就是調(diào)諧開關(guān)造成的。
在這里由于僅GSM850的三次諧波出現(xiàn)問題，且能較快確定最強輻射范圍，因此無需再進(jìn)一步使用高靈敏度的磁場環(huán)形探頭進(jìn)一步精確定位。

圖3 調(diào)試前2.55GHz近場輻射結(jié)果

圖4 調(diào)諧開關(guān)旁路

圖5 調(diào)試后2.55GHz近場輻射結(jié)果

接下來針對2.2GHz頻點處輻射雜散的裕量不足，可先用N9311X 套件中的低靈敏度磁場環(huán)形探針以及來掃描及點測手機的近場雜訊，如圖6所示發(fā)現(xiàn)該頻率以及750MHz的信號最強近場輻射區(qū)域集中在PCB的下半部分其中一個電源網(wǎng)絡(luò)，此電源網(wǎng)絡(luò)會經(jīng)過較多高頻成分的芯片以及雜訊較多的LED以及按鍵區(qū)域。經(jīng)過查閱電源和芯片文檔得知其開關(guān)頻率的大約為1.9M，該頻率成分的電源噪聲會在調(diào)制過程中頻移到信號頻率兩側(cè)。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，卻無法定位精確的位置。此時我們需要進(jìn)一步使用套件中精度更高的磁場環(huán)形探頭或者垂直向磁場探頭來確定最強區(qū)域。最終發(fā)現(xiàn)在750MHz+/-17MHz在紅色框標(biāo)示區(qū)域最強。測試結(jié)果請參考圖7所示，此處750MHz附近的近場輻射為-83.21dBm，2.25GHz處最大近場輻射為-44.18dBm。

圖6 調(diào)試前750MHz及2.25GHz近場輻射最強區(qū)域

圖7  調(diào)試前750MHz及2.25GHz近場輻射測試結(jié)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(shè)計。為了克服這種干擾應(yīng)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(biāo)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)行近場掃描Max Hold的結(jié)果可參考圖9所示近場輻射結(jié)果，此處750MHz附近的近場輻射已經(jīng)下降到了-92.42dBm，2.25GHz處最大近場輻射下降到了-53.08dBm：

圖9  調(diào)試后750MHz及2.25GHz近場輻射測試結(jié)果

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

?

圖10  調(diào)試后輻射雜散測試結(jié)果

圖11  調(diào)試后傳導(dǎo)輻射測試結(jié)果

總結(jié)

本案例向我們揭示了一種通過使用頻譜儀和近場探頭測試解決方案來完成無線智能通訊設(shè)備的輻射雜散調(diào)試的方法。一個快速精準(zhǔn)及高性價比的設(shè)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(chǔ)應(yīng)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(chǔ)工具書鏈接：http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5952-0292CHCN.pdf

● 開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