黃樹文，符 超，熊仕文

（珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519000）

0 引言

雜散輻射作為無線產(chǎn)品一項必測的射頻指標，倘若不合格不僅會影響智能產(chǎn)品其他的射頻指標，而且會影響通信質(zhì)量、干擾設備的運行。筆者在測試一款帶有藍牙模塊的無線產(chǎn)品輻射雜散過程中發(fā)現(xiàn)，它的輻射雜散超標，導致通信連接不穩(wěn)定。本文通過此案例分析雜散產(chǎn)生的原因，以提供正確的解決思路，以期日后遇到類似問題可以迅速得以解決。

1 雜散輻射的產(chǎn)生

雜散輻射是指在發(fā)射信道和相鄰信道以外的所有離散頻點上的騷擾輻射，事實上就是考察發(fā)射機對遠離載波頻點處的干擾水平。按照來源的不同，雜散輻射分為輻射型雜散（以下簡稱輻射雜散）和傳導型雜散（以下簡稱傳導雜散）兩種。傳導雜散是用RF Cable 連接天線插頭與50 Ω 負載進行纜測；輻射雜散則是在天線暗室中進行耦合測試。

1.1 輻射雜散簡介

當移動臺連接到非輻射純電阻負載或處于接收狀態(tài)時，移動臺以所述移動臺外殼和電源、控制和音頻電纜輻射的指定信道以外的頻率產(chǎn)生或放大的傳輸，則稱為輻射雜散。輻射雜散是CE/FCC/MIC認證中的一項重要內(nèi)容。任何無線傳輸產(chǎn)品在申請CE/FCC/MIC 認證時都必須進行測試，且該測試項目的通過率較低。很多產(chǎn)品在此會出現(xiàn)問題，特別是大功率發(fā)射的產(chǎn)品。

輻射雜散有多種測試方法，常見的是在全電波暗室運用替代法測試，如圖1 所示。

圖1 全電波暗室替代法

替代法的基本思想是先預掃描被測設備在接收天線處產(chǎn)生的輻射功率，再用信號發(fā)生器和標準天線替代被測設備在接收天線處產(chǎn)生相同的輻射功率，由此得到的標準天線發(fā)射功率即為被測設備在該頻點的輻射功率。

1.2 傳導雜散簡介

傳導雜散發(fā)射指的是在天線連接處的、不同于載波和調(diào)制相關的邊帶的各個頻點的雜散值。一般都是指測試TX 的指標，分析發(fā)射最大功率時對整個頻帶的影響。傳導雜散分為帶內(nèi)雜散和帶外雜散兩種。帶內(nèi)雜散是指信號發(fā)射時落在各頻段接收帶內(nèi)的干擾。帶外雜散主要是衡量發(fā)射信號的諧波分量。

傳導雜散測試不同于輻射雜散測試，是直接通過射頻線連接模塊傳輸信號而非通過空間傳輸信號，受外界干擾可能性比輻射雜散小，如圖2 所示。

2 實測案例

筆者在對一款使用5 V 電池供電的藍牙產(chǎn)品進行測試時發(fā)現(xiàn)，它的通信不穩(wěn)定，響應速度慢，甚至有時無響應。將它放入全電波暗室進行輻射雜散測試后發(fā)現(xiàn)，它的輻射雜散值超標。圖3 為輻射雜散測試結論。

如圖3 所示，可以清晰看到輻射雜散在939 MHz 有一個超標點，距限值差11 dB，輻射雜散不合格。

圖2 傳導雜散測試

圖3 輻射雜散結論

2.1 輻射雜散理論分析

輻射雜散的干擾源一般由3 個部分產(chǎn)生：射頻模塊的傳導雜散輻射、機箱及設備結構引起的輻射型雜散輻射和傳導雜散與電源線串擾產(chǎn)生的雜散輻射。由于輻射雜散通過無線空間傳播，因此可能輻射干擾的點是多種多樣的，如圖4 所示。

圖4 輻射雜散干擾因素

筆者將輻射雜散不合格的因素歸類為內(nèi)部因素和外部因素兩個因素。如果傳導雜散合格，意味著內(nèi)部因素合格，此時需從外部因素找尋輻射雜散不合格原因；如果傳導雜散不合格，不僅需從內(nèi)部因素找尋輻射雜散不合格原因，還需排查外部因素。

2.2 傳導雜散驗證排查

通過對2.1 章節(jié)中輻射雜散理論的分析，先進行傳導雜散的驗證。對藍牙模塊進行傳導雜散測量時發(fā)現(xiàn)，30 MHz～1 GHz 低頻部分存在大量雜散超標，且高頻部分存在3 次、4 次諧波同時超標，傳導雜散超標則輻射雜散也超標。傳導雜散測試結果如圖5 所示。

圖5 傳導雜散測試

2.3 傳導雜散理論分析

根據(jù)圖5 數(shù)據(jù)顯示，藍牙模塊的傳導雜散超標。因為傳導雜散是用射頻線連接天線插頭進行纜測，所以產(chǎn)生雜散的原因多種多樣。但是，它可以主要歸納為屏蔽效果、匹配電路、天線端口、射頻線、電源以及模塊走線布局等，如圖6 所示。

（1）屏蔽效果：屏蔽罩將元器件、電路、組件或整個系統(tǒng)包圍在干擾源之外，防止干擾電磁場擴散。如果屏蔽效果不好，會對測試信號產(chǎn)生雜散干擾。

（2）射頻端口：由于射頻端口裸露在外，其可能受到外界其他信號的干擾。

圖6 輻射雜散分析

（3）天線匹配：RF 線路的匹配對信號傳輸尤為重要，若匹配不合適，會影響天線性能。

（4）PA 功率放大器：PA 的作用是將射頻信號放大到足夠功率，經(jīng)匹配網(wǎng)絡由天線發(fā)射出去，起到一個放大器的功能。但是，功率得到放大，其噪聲也會得到放大，產(chǎn)生的干擾也會增加。

（5）RF 走線布局：天線要盡量遠離干擾元器件，因為這些元器件的非線性可能會對天線產(chǎn)生串擾，生成諧波而帶來干擾。

（6）電源串擾：如果PA 的電源穩(wěn)壓不好或其電源走線載有高頻噪聲，都會使發(fā)射端性能劣化，必然影響傳導雜散。

3 方案設計排查

根據(jù)2.2 章節(jié)中的傳導雜散不合格結論，結合2.1章節(jié)輻射雜散干擾因素（如圖4 所示），可以確定輻射雜散超標和模塊內(nèi)部因素的有關，但是否受外部因素影響還需驗證。因此，筆者開展了如下試驗。

首先，去掉藍牙產(chǎn)品外殼，其輻射雜散未發(fā)生變化，表明外殼對輻射雜散值沒有影響。其次，由于藍牙產(chǎn)品使用5 V 電池供電而非通過電源線接電，電池包裝完好無泄漏。筆者使用直流電源代替電池供電，其輻射雜散值未發(fā)生變化，因此可以排除電源因素。最后，結合傳導雜散超標嚴重的情況，基本可以確認輻射雜散超標是因為傳導雜散超標導致。結合2.3 章節(jié)中傳導雜散理論分析，筆者針對傳導雜散制定了以下最合適的方案。

3.1 降低功率方案。

由于諧波來自于元器件的非線性效應，此外PA 最有可能。通過降低主頻功率，諧波功率會下降。降低發(fā)射功率雖然有一定的改善，但是相應會減少通信距離，不能作為主要的解決措施。本案例中將藍牙從原先6 dBm 的發(fā)射功率降到3 dBm，對比圖5 和圖6 可以看到，高頻部分3 次諧波功率從-27.9 dBm 降到-33 dBm、4 次諧波-27.4 dBm 降到了-37 dBm，高頻部分雜散已經(jīng)合格，但低頻部分60 MHz 處傳導雜散超標仍然存在。

3.2 更改匹配方案

一般而言，傳導雜散超標可以通過更改匹配、加強濾波處理來解決，但要注意對發(fā)射信號的衰減。本案例發(fā)現(xiàn)低頻部分超標仍存在后更改了匹配，將1.2 pF 電容變?yōu)?.6 pF 電容，結果非常明顯，如圖7 所示，低頻雜散雜波大大減少，但還存在少量超標情況。

圖7 傳導雜散結論

3.3 天線布局方案

對天線最好的方式是壓縮其他區(qū)域，保持凈空區(qū)。案例中PCB 電路去掉了多余無用的線路和無用的匹配點，增加了天線凈空區(qū)域，減少了對天線干擾的可能。對比圖8 與圖9 可以清楚看出，天線區(qū)域空曠了一部分，也縮短了從射頻端到板載天線的距離。

圖8 整改前布局

圖9 整改后布局

3.4 RF 走線方案

RF 線是指IC RFIO 引腳到天線間的連線，必須小心控制。如果RF 阻抗不在50 Ω±10%內(nèi)，RF 性能將會受到很大影響。為了保證射頻信號從RFIO 到天線端的傳輸效率，添加一個阻抗匹配電路。當回波損耗大于10 dB 時，能使90%的能量傳輸?shù)教炀€端。

圖10 中，芯片端的阻抗匹配電路由3 個元件構成，天線端的阻抗匹配電路由另外3 個元件構成，從而使得在輸入阻抗1 和輸入阻抗2 端的阻抗為50 Ω。只有使用PCB 天線或芯片天線時，22 pF 的隔直電容才允許省略。芯片端的阻抗匹配網(wǎng)絡同樣用于諧波抑制，以保證RF 性能。

圖10 阻抗匹配電路

案例中該PCB 涉及RF 電路，對阻抗要求較嚴，具體參數(shù)要求按下列要求進行控制。整改前（如圖11 所示）RF 線路阻抗未控制在50 Ω 左右，造成了信號的大量反射。整改后圖12 左圖箭頭路線阻抗控制在50 Ω±5 Ω 內(nèi)，圖12 右圖阻抗線末端為IC 夾線不做阻抗控制。

圖11 整改前RF 線路

圖12 整改后RF 線路

3.5 電源電路走線方案

電源的Bypass 電容擺放必須靠近IC，走線必須先經(jīng)過電容再進入IC 或輸出給其他分支電源，如圖13 所示。

圖13 電源電路走線

圖14 中整改前只是經(jīng)過一個電阻，并不能起到很好的降噪作用。實測案例中，電源電路的走線先經(jīng)過電容再到芯片供電，如圖15 所示，能夠減少由于線路阻抗引起的壓降和高頻電磁場轉換而引起的噪聲，降低產(chǎn)生雜波的風險，但會影響到低頻段。

圖14 整改前電源走線

圖15 整改后電源走線

4 最終整改結果

經(jīng)過上述幾種設計方案的整改，藍牙模塊傳導雜散全部合格，低頻部分雜波消失，高頻部分3 次和4 次諧波消失，符合歐盟標準、國內(nèi)標準，且裕量充足，超過6 dBm，如圖16 所示。復測輻射雜散，圖17 輻射雜散超標點消失，輻射雜散測試合格，證明上述方案是可行的。

圖16 傳導雜散測試

圖17 輻射雜散測試

5 結語

對雜散輻射的測試原理、產(chǎn)生原因及整改方法進行詳細講解，不管是輻射雜散還是傳導雜散超標，總體可以分為外部對射頻模塊產(chǎn)生的干擾引起和內(nèi)部模塊自身問題產(chǎn)生的雜散超標。外部需逐步排除外部環(huán)境帶來的影響，內(nèi)部則促從器件、布局等方面進行整改。分部分進行仔細排查，最終找到最佳的解決之道。