無線產品的EMC認證測試里，有兩個與輻射發(fā)射有關的項目：Radiated Emission（RE）和Radiated Spurious Emission（RSE）。

RE和RSE，名字上僅一字之差，測試結果看起來也仿佛孿生哥倆。下面有兩張測試結果的截圖，您能分辨出哪張屬于RE測試，哪張是RSE嗎？

對于熟悉傳統(tǒng)ITE設備的EMC工程師來說，很少有機會接觸RSE；對于搞射頻收發(fā)鏈路的同志們來說，輻射雜散好理解，而RE相對陌生一些——同飲一江水，相望兩不知。那么，無線產品為什么會有兩個輻射發(fā)射測試項？它們的區(qū)別和聯系又在哪里？

關于這個話題，我們不妨先從RE測試的歷史聊起。

一、

RE測試的演進過程中，頻率是很關鍵的一個因素。

20世紀70年代，當工程師們開始為消費類電子產品制定輻射發(fā)射測量標準的時候，首先考慮到了如下特點：

這些產品的工作頻率大概在幾十兆到百兆赫茲級別，產生的電磁騷擾絕大部分能量都分布在幾百兆赫茲以下

大多數產品都放置在接近地面的高度上使用，受干擾的設備接收到的噪聲信號來自直射波和空間反射波的疊加

這些產品對外的電磁騷擾屬于無意發(fā)射，充當天線的都是“臨時工”——例如線纜、“浮地”的金屬部件、形成環(huán)路的走線等等

工作頻率低于108MHz的設備，人們把它的輻射發(fā)射簡化為這樣一種情況：從被測設備（EUT）輻射發(fā)出的騷擾信號，在周圍空間中的反射是受控的，有且僅有地面這一個反射面（半自由空間），除此之外，不存在任何其他反射；測量天線處接收到的是直達波和地面反射波的矢量和。這就是輻射發(fā)射測量的雙線模型。測量的頻率上限定為1GHz。

（輻射發(fā)射測量的雙線模型）

從事EMC基礎標準制定的組織有很多，其中最著名的是歐洲的CISPR（國際無線電干擾特別委員會）和美國的ANSI（美國國家標準化協(xié)會）。圍繞雙線模型的共識，兩個組織陸續(xù)定義了測試場地、測試天線、測量儀器、測試方法和限值，細節(jié)上有所差異。

開闊試驗場

作為半自由空間模型的一種逼近，開闊試驗場（Open AreaTest Site，OATS）應運而生。先來看兩張照片。

這是位于北京市昌平十三陵鎮(zhèn)的中國計量科學研究院計量級OATS（特別感謝孟東林博士提供的高清照片）。

由于開闊場的選址要求環(huán)境噪聲絕對干凈（現代計量級OATS可以通過矢網鎖相環(huán)技術消除背景噪聲的影響），所以只能修建在人跡罕至、遠離市中心的郊區(qū)。開闊場的四周是開放空間，不能存在任何反射。長方形的白色區(qū)域是鋪設的金屬地面，四周還鋪設有三角形金屬柵格作為由金屬板到大地的阻抗?jié)u變，從而逼近理想的鏡面反射。

隨著民用無線通信業(yè)務的興起、工業(yè)無線電噪聲的日益嚴重，開闊場的選址越來越困難。所以，到了20世紀80年代，替代OATS的測試場地開始出現。這就是半電波暗室（Semi-Anechoic Chamber，SAC）。

半電波暗室

半電波暗室的主框架是個金屬屏蔽室。既然是OATS的替代，地面依然是電連續(xù)的金屬反射地面，而為了搞掉四壁和天花板對電波的反射，這五個面上貼裝了吸波材料對到達的電磁波進行吸收。地面不鋪吸波材料——這也是所謂“半”的來源。

測試場地建好以后，怎么驗收性能？這涉及到場地性能檢驗方法。ANSI和CISPR于90年代初相繼制定了輻射發(fā)射測試場地的NSA（歸一化場地衰減）檢驗方法。國內，北方交通大學張林昌教授最早引入這一理論，并研究拓展了國外標準中未定義的NSA理論數據，是國內電波暗室理論研究領域名副其實的開拓者。

上面這張照片拍攝于2000年左右，是當時的北方交通大學EMC實驗室半電波暗室。照片中看起來有些陳舊的SAC，卻是當時國內乃至國際EMC研究領域最領先的前沿陣地。

測量儀器

早期噪聲測量，采用的儀器是超外差式選頻電壓表，原理類似于收音機。后來在選頻電壓表的基礎上出現了測量接收機（EMI Receiver）。

接收機里有一個關鍵部件叫做檢波器。檢波器的電路構成不同，接收機測到的噪聲也不相同。早期RE測試的一個重要目的是保護廣播通訊不受干擾，在1GHz以下的測量頻段，準峰值（QP）檢波能較好地模擬人耳對脈沖噪聲的響應，所以在定義輻射發(fā)射的檢波方式時，最早采用的是QP檢波。

度量單位

測量天線接收到噪聲信號以后，將電磁場轉化為感應電流。工程師們把輻射發(fā)射的測量參考點放置在測量天線的相位中心點上，測量單位定為電場強度（dB(μV/m)）。天線將空間場轉化到電路導行波的能力，在RE測試中體現為天線系數。

測量距離和限值

由于測量參考點在測量天線處，所以RE的測量結果與測試距離有關，前輩們定義了不同的測試距離，也就是通常所說的3m法，5m法，10m法和30m法測試。采用什么樣的測試距離，與測試設備的尺寸和測量頻率有關，最終目的是為了減少EUT與測量天線間的耦合，保證測量滿足遠場條件。不同的測試距離，因為測試結果不同，所以限值也不一樣。

傳統(tǒng)ITE設備和手機屬于應用于民用環(huán)境的B類產品。按照FCC規(guī)定，B類產品輻射發(fā)射測試距離為3m；按照CISPR22標準，則應該采取10m法測試。由于手機尺寸較小，3m的距離也基本滿足遠場條件，考慮到測試場地的建造成本，通常都按照3m法測試，只是將CISPR 10m法的限值轉換成3m法的限值。由于遠場的場強與距離成反比，很容易推導得到兩個限值之間的轉換關系：

E(10m, dBuv/m)=E(3m, dBuv/m)-10.5(dB)

天線掃描

雙線模型里，由于兩條波走的路徑長度不同，最后到達接收天線處的相位也不同，疊加后幅度有可能增強，也可能減弱。為了抓到EUT輻射發(fā)出的噪聲最大值，就需要測量天線在一定高度上來回掃描，對于3m的測試距離，天線掃描高度為1~4m。

以上所有規(guī)定，共同實現了RadiatedEmission測試，即RE測試。

二、

說到這里，讓我們稍微停下來喘口氣兒。

RE的測量方法從醞釀到定型，是一個緩慢演進的過程。總結上面談論的早期的RE測試，我們來劃下重點：

測量場地為OATS或SAC

測量儀器為接收機

測量參考點在接收天線處，測量結果是電場強度（dB(μV/m)）

要規(guī)定測試距離

天線要上下掃描抓最大值

測量頻段低于1GHz

QP檢波

場地性能檢驗采用NSA法

在實際測量的過程中，許多弊端也漸漸暴露出來。例如：

天線需要上下掃描，測試時間長，天線步進精度對測試結果影響較大，對暗室空間要求高，建造成本高

QP檢波，測試時間長

NSA法檢驗較為繁瑣，結果精度不高

。。。

這個時候，ITE產品的時鐘頻率已經越來越高（遠遠超過108MHz），原先設定的1GHz頻率測量上限不夠用了。當EMC工程師們把目光投入到1GHz以上頻段RE測量時，他們突然發(fā)現：這是個重啟的好機會。

CISPR經過長期研究，對于1GHz以上的RE測量，提出了完全不同的玩法：

測量場地上，用全電波暗室替代半電波暗室（1GHz頻段以上的輻射發(fā)射以直射波到達為主）

檢波方式上，AV和PK取代QP

場地檢驗上，電壓駐波比法取代NSA

。。。

所以，當把全頻段的RE測試限值放在一起的時候，就會得到下面這張圖：

（CISPR限值，30MHz~6GHz RE測試，1GHz以下限值按10m法規(guī)定換算到3m法）

這張圖很有意思，以1GHz為分界線，左右兩邊涇渭分明。紙面上看得到的，是限值和檢波方式的變化；紙面背后的，是半電波暗室與全電波暗室，是天線上下掃描與固定高度，是測試時間和投入成本的PK……當我第一次看到它時，腦子里想到的是，“廢井田，開阡陌”~

三、

在RE測試標準逐漸演進的同時，上世紀90年代，以手機為代表的無線產品也開啟了個人通信的新時代。工程師們面臨著新的問題：對于無線產品來說，已有的輻射發(fā)射測試是否合適？

無線產品工作頻率高。以早期出現的GSM為例，工作頻段850/900/1800/1900MHz，這些工作頻率，或接近或遠遠高于1GHz——我們上面講過，RE測試以1GHz為分界，玩法完全不同。無線產品就好像站在街角的十字路口，向左走，還是向右走？

另外，無線產品有收發(fā)信機，以發(fā)射和接收攜帶有用信息的電磁波為目的。當電子產品中沒有收發(fā)信機的時候，噪聲輻射是一種無意發(fā)射，當有收發(fā)信機的時候，發(fā)信機會造成額外的噪聲，例如諧波、各種互調、交調產物等等，這是有意發(fā)射，噪聲輻射的一個主要途徑是產品自身的天線。

有意發(fā)射產生的噪聲幅度要遠遠大于無意發(fā)射，那么，原有的RE測試限值要不要變？怎么變？

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