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從RE到RSE:聊聊無線產品EMC認證測試中的輻射項(下)

英利檢測 ? 2023-05-29 06:00 ? 次閱讀

當無線產品開啟個人通信時代之際,EUT這個載體變了,輻射發射測試標準要不要變?怎么變?

回答這個問題的不再是ANSI和CISPR,而是聯合國下屬機構國際電信聯盟無線電通信部門(ITU-R)以及著名的移動通信組織3GPP(第三代合作伙伴計劃,3rd Generation PartnershipProject)。

一、

不走尋常路的ITU-R

ITU-R另辟蹊徑,提出了一種新的輻射發射測試思路,它不再基于RE雙線模型,也不再測量到達接收天線處的噪聲大小,而是直接測量噪聲源的大小。

ITU-R在參考建議文件Rec. ITU-R SM329中,系統地討論了發信機騷擾發射測量的方法。這是一個射頻測量的總體方案,不僅針對產品整體的輻射發射,也針對射頻端口的傳導發射。

雜散域

SM.329最重要的內容,是引入了雜散發射(SpuriousEmission)的概念。它按照距離主頻信號中心頻點的遠近,將整個測量頻段劃分成三個域(domain):工作域,帶外域和雜散域。主頻信號中心頻點f0,工作帶寬(或占用的信道帶寬)為B,以f0為基準,+/-2.5B以外的頻率范圍都是雜散域(Spurious domain)。頻率落在雜散域內的無用信號,被稱作雜散信號。

get?code=OTIxMTNmYTRhZWI1MjUzZjNiZTI5ZDAzMzJjM2VmNTIsMTY4NTA2OTQzNTM2Mw==

(SM.329中對三個域的定義)

替代法測量

SM.329中另外一個非常關鍵的內容,是提出了用替代法測量輻射發射。簡單來說,就是在同一個位置上,用信號源加上發射天線(增益已知)替換EUT,通過調節信號源的輸出,使得測量儀器上得到的讀數與測量EUT時的讀數相同,一個頻點接一個頻點測量下去,那么每個頻點上EUT輻射騷擾的大小,都可以通過信號源的輸出功率和天線的增益推算出來。這個思路后來演化成為搭建RSE測試系統時必須要做的路徑損耗(Tranducer)校準。

get?code=YjAxNjI3ZGEwMWQ4Zjk0MGY2MjY4NTFhNjQzNDFmNTAsMTY4NTA2OTQzNTM2NA==

(ITU-R SM.329-10,替代法測量輻射雜散)

讓人抓狂的SM.329

SM.329中有不少模棱兩可的地方,比如討論雜散信號的測量單位時,指出測試結果可以使用:

  • 場強,度量單位μV/m或dB(μV/m)或A/m或dB(μA/m)
  • 功率(e.r.p或e.i.r.p),度量單位W或mW或dBW或dBmW
  • 功率譜密度pdf,度量單位W/m2或dB(W/m2)

(有點暈,到底用哪個~)

關于測試場地,SM.329說,30MHz~1GHz頻段內,還是要用OATS和半電波暗室滴,至于其它的測試場地,像全電波暗室、混響室、TEM這些能不能用來測輻射雜散,以后再討論……

(當年看到這兒,我內心是崩潰的:1GHz以下用半電波暗室??那天線要不要上下掃描?公司現在測RSE用的就是全電波暗室,你告訴我說能不能用還待定~ T_T)

最早讀SM.329的時候,我經常會冒出沖動想抓著寫這標準的大牛問個清楚。后來才慢慢有點明白,SM.329是參考建議文件,它負責提出各種可能,具體細節還需要產品類的標準去落實。

這個任務落在了3GPP身上。

二、

勞模3GPP

按照ITU-R規劃的道路,以勤奮著稱的3GPP開始埋頭苦干,在針對不同移動通信制式分別制定的測試標準中,進一步規定了兩種類型的雜散發射測試:

  • 將位于射頻鏈路與EUT天線之間的天線接頭作為測試參考點,測量從射頻發射鏈路輸出的雜散信號幅度。即傳導雜散測試
  • 將EUT看做一個黑盒(enclosure),測量天線接收整個黑盒對外的雜散發射,而不區分哪些是從手機天線輻射出的噪聲,哪些是從其它部分輻射出的噪聲。即輻射雜散測試(Radiated Spurious Emission,RSE)

3GPP根據ITU-R SM.329里對雜散域的定義,詳細規定了對不同移動通信制式做RSE測試時的RBW設置;給定了不同測量頻段上的限值;將測量結果確定為功率值,單位dBm;將測試場地確定為全電波暗室;和通常的射頻功率測試一樣,測量儀器為頻譜儀,基本采用PK檢波。

全電波暗室

前面已經提到過全電波暗室(FullyAnechoic Room,FAR),FAR是在半電波暗室的地面上加鋪一層吸波材料,消除掉地面反射,形成一個沒有任何反射的電磁波傳播環境。FAR模擬自由空間,由于沒有地面反射路徑的存在,到達接收天線處的只有直射波。接收天線不再需要上下掃描尋找噪聲最大值。

RSE的測量參考點在EUT的相位中心上——而RE的測量參考點在接收天線的相位中心。這個區別決定了在滿足遠場條件下,RSE測量結果實際上與測試距離無關。我們可以在任意距離(滿足遠場條件)下,利用替代法測量RSE。

到這里,我們可以停下來對RSE測試再劃個重點:

  • 測量場地為FAR
  • 測量儀器為頻譜儀
  • 測量參考點在EUT處,測量結果是功率值(dBm)
  • 用替代法測量時不需要規定測試距離(需要滿足遠場條件)
  • 測量天線無需上下掃描
  • 大部分情況下采用PK檢波
  • 場地檢驗采用SVSWR法

誰的地盤

從RSE的定義可以看出,RSE測量的不僅僅是發信機搞出來的噪聲,它覆蓋的是整個雜散域,既包含有意發射,也包含EUT中與發信機無關的其它電路的無意發射。

3GPP標準頒布以后,RSE測試成為衡量無線產品EMI性能的重要測試。與此同時,不難發現,RE和RSE測試的考察范圍存在著重疊……

(RE測試:你,你搶我地盤~ RSE測試:怪我咯~)

那么該如何給無線產品的RE測試尋找合適的定位呢?

歐盟無線產品標準EN301489系列中,將RE測試明確定義為測量EUT的無意發射,當測到的騷擾噪聲來自發信機時,即使超標也會被忽略不計。同時,傳統ITE時代RE測試關注線纜等附件的做法也被繼承下來,在無線產品的RE測試中,EUT需要帶上充電器、耳機等附件,重點考察整體的輻射發射性能——測試甚至可以在EUT不建立通信鏈接的情況下進行。

三、

回到上期文章開頭的那兩張圖。

測量單位和限值暴露了這兩張圖的身份——第一張是RSE測試,第二張是RE測試。親您答對了嗎?

不光測試結果看起來相似,實際操作中,RE測試和RSE測試的測試布置往往在外表上看來也傻傻分不清楚:

  • 在有些公司的研發測試中,為了加快測試,降低成本,1GHz以下的RE測試也在全電波暗室中進行,僅將測量結果換算到半電波暗室;
  • 搭建RSE測試系統的時候,通常采用替代法校準得到固定測試距離下的路徑損耗(Tranducer),在這之后,RSE測試就不用再費勁地用替代法一個頻點一個頻點地測量,而是在保持固定測試距離(例如3m)的情況下掃頻進行

。。。

結果就是,我們表面上看到的RE和RSE測試,越長越像……

get?code=NzBhMDg3ZjUxZDA5NWUzOTE5ZGJiZTdmOWRiNTQ3NWMsMTY4NTA2OTQzNTM2NA==

(猜一猜,這是RE測試?還是RSE測試?答案在文末)

結語

我們用了兩期的篇幅來分別講述無線產品的RE測試和RSE測試,如果把它們的細節放在一起,不難發現,RSE在測試時間、暗室空間和建造成本以及考察的全面性上,要優于RE測試——以至于ETS和R&S后來都推出了用于RSE預測試的小型屏蔽箱。

疑問自然而生:為什么針對無線產品還需要兩個測試項?為什么不在RSE測試中,也將EUT帶上附件,然后取消RE測試呢?

這也是我一直以來的疑惑。

在這里,說說我的看法,希望可以拋磚引玉:

  • 從技術的角度來說:

如果僅僅基于理論推導的話,1GHz以下RE測試的限值要比RSE更低,也就是說,在衡量1GHz以下頻段無意發射的時候,RE測試是更嚴格的

  • 從實際操作的角度來說:

RE測試和RSE測試是由不同標準組織制定的、來源完全不同的兩個測試。舉個栗子,在國內做認證的時候,RE測試隸屬3C,RSE測試屬于型號核準,取消一個?呃,當我沒說過……

一代人走,一代人來,太陽落下,太陽照常升起。

測試標準的演進是一個緩慢而又不可阻擋的過程,CISPR32取代CISPR22,RED指令取代R&TTE指令……上學時印在課本上的那些老朋友們都慢慢成為了歷史。

載體變了,標準怎么可能不變。

5G商用化,全球規劃的工作頻段從20幾GHz到80GHz;Tesla電動車autopilot主動雷達系統工作頻率77GHz;802.11ad啟動60GHz頻段……仿佛一夜之間,毫米波頻段的眾多應用就顛覆了我們對于高頻的固有認識。面對如此高的頻率,該如何開展電磁兼容研究和測試?現有的電磁兼容場地、設備和測試方法都顯得捉襟見肘。就和當初曾經站在1GHz這個臨界點前一樣,我們又一次站在了頻率的奇點前。

新的技術醞釀著一場新的變革,電磁兼容測試標準也不例外。

未來已來,讓我們拭目以待。

揭曉答案:上面那張圖里,雖然是全電波暗室、EUT帶附件測試,但卻真的不是1GHz以上的RE測試。

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