如何有效地進(jìn)行無線輻射雜散調(diào)試

隨著5G時(shí)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(fèi)市場(chǎng)面臨著一系列開發(fā)與驗(yàn)證的問題。其中，越來越小的設(shè)計(jì)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(yàn)證中面臨的巨大挑戰(zhàn)。若要以更高的精度、更強(qiáng)的自信探索開創(chuàng)性的概念，來推動(dòng)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(shí)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(cè)試解決方案。
克服這些難題需要對(duì)智能終端設(shè)備進(jìn)行有效的測(cè)試和測(cè)量，這樣能確保準(zhǔn)確地生成和分析信號(hào)，從而正確地測(cè)試和測(cè)量通信鏈路（如發(fā)射機(jī)和接收機(jī)）。采用的信號(hào)生成和分析解決方案應(yīng)當(dāng)提供快速的測(cè)量時(shí)間和切換速度，并且具有可擴(kuò)展性，讓測(cè)試工具可以適應(yīng)用戶不斷變化的測(cè)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(yàn)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(fèi)市場(chǎng)認(rèn)可。是德科技在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域有著悠久的歷史，從1938年第一臺(tái)諧波分析儀面世（彼時(shí)還時(shí)HP公司）到如今110GHz毫米波測(cè)試測(cè)量方案的開發(fā)，一直為我們產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域的驗(yàn)證帶來不同的驚喜。
以下通過一個(gè)案例，使用是德科技測(cè)試測(cè)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(diǎn)：

● GSM850 RSE測(cè)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(cè)試結(jié)果

圖2 調(diào)試前傳導(dǎo)輻射測(cè)試結(jié)果

調(diào)試設(shè)備：

● Keysight CXA N9000A+ N9311X 套件

首先，針對(duì)三次諧波分析雜散輻射來源是否通過傳導(dǎo)傳播，通過測(cè)試驗(yàn)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(duì)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(huì)更快速精準(zhǔn)的找出方案。這里我們使用性價(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)形探針來掃描手機(jī)的近場(chǎng)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(cè)試結(jié)果來看，諧波超標(biāo)很嚴(yán)重，這一點(diǎn)與天線區(qū)域的雜訊信號(hào)很相似，考慮到傳導(dǎo)嫌疑已經(jīng)排除，因此分析的重點(diǎn)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(shí)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(qiáng)輻射范圍，因此無需再進(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(diào)試前2.55GHz近場(chǎng)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(chǎng)輻射結(jié)果

接下來針對(duì)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)形探針以及來掃描及點(diǎn)測(cè)手機(jī)的近場(chǎng)雜訊，如圖6所示發(fā)現(xiàn)該頻率以及750MHz的信號(hào)最強(qiáng)近場(chǎng)輻射區(qū)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(huì)在調(diào)制過程中頻移到信號(hào)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(hào)源，卻無法定位精確的位置。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)探頭來確定最強(qiáng)區(qū)域。最終發(fā)現(xiàn)在750MHz+/-17MHz在紅色框標(biāo)示區(qū)域最強(qiáng)。測(cè)試結(jié)果請(qǐng)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(diào)試前750MHz及2.25GHz近場(chǎng)輻射最強(qiáng)區(qū)域

圖7  調(diào)試前750MHz及2.25GHz近場(chǎng)輻射測(cè)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(duì)750MHz做濾波設(shè)計(jì)。為了克服這種干擾應(yīng)該對(duì)基帶信號(hào)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(chǎng)掃描Max Hold的結(jié)果可參考圖9所示近場(chǎng)輻射結(jié)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(diào)試后750MHz及2.25GHz近場(chǎng)輻射測(cè)試結(jié)果

最后我們?cè)龠M(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(qǐng)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(shí)傳導(dǎo)輻射也有所改善。

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圖10  調(diào)試后輻射雜散測(cè)試結(jié)果

圖11  調(diào)試后傳導(dǎo)輻射測(cè)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(chǎng)探頭測(cè)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(gè)快速精準(zhǔn)及高性價(jià)比的設(shè)備往往能夠高效的完成研發(fā)驗(yàn)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(cè)試測(cè)量技術(shù)請(qǐng)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(cè)量新視野:
http://www.keysight.com/main/campaign.jspx?cc=CN&lc=chi&ckey=2791947&id=2791947

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