如何测杂散

杂散信号测量是射频工程与电磁兼容领域的核心技术，它关乎电子设备性能的纯净度与可靠性。本文将系统性地阐述杂散的定义、来源、测量标准、仪器选择、测试环境搭建、具体测量步骤、数据分析方法以及常见的抑制策略。内容涵盖从基础概念到实际操作的全过程，旨在为工程师和技术人员提供一份详尽、权威且具备高度实践指导价值的深度指南。

       在无线通信、雷达、卫星导航以及各类电子设备日新月异的今天，信号的纯净度已成为衡量系统性能的关键指标之一。一个微弱的、不期望出现的信号——我们称之为“杂散”——可能对主信号造成干扰，导致通信质量下降、数据传输错误，甚至引发系统间的相互干扰。因此，“如何测杂散”不仅是一个技术操作问题，更是确保产品合规性、可靠性与市场竞争力的基础工程。本文将深入探讨这一主题，为您呈现从理论到实践的完整图谱。

       理解杂散信号的本质与来源

       要有效测量，首先必须理解测量对象。杂散信号，简言之，是指电子设备在产生所需的主信号（如载波）时，附带产生的任何非预期的射频能量发射。它并不局限于谐波，其来源多种多样。根据工业和信息化部相关无线电设备管理规定，杂散发射通常指必要带宽之外的某个或某些频率的发射，其发射电平可降低而不致影响相应信息的传递。其主要来源包括：本地振荡器的倍频与分频产物、功率放大器的非线性失真产生的谐波与互调产物、开关电源的切换噪声、数字电路的高速时钟串扰，以及混频器等器件内部产生的寄生信号。

       确立测量标准与限值要求

       无规矩不成方圆，测量杂散必须依据明确的标准。不同行业、不同设备类型所遵循的标准各异。例如，在民用无线通信领域，常参考中国国家标准、行业标准以及国际电信联盟无线电通信部门的建议书。对于蜂窝移动通信设备，其杂散发射限值在相关的技术规范中有严格定义，通常要求在规定频段外的辐射功率低于一个绝对的功率电平（如负十三毫瓦分贝）或相对于载波功率的某个衰减值（如负六十至负八十分贝）。测量前，必须根据设备的工作频段、调制方式、功率等级等参数，准确找到适用的标准文件，这是所有测试工作的出发点和判决依据。

       核心测量仪器：频谱分析仪的选择与设置

       频谱分析仪是观测和测量杂散信号的“眼睛”，其性能与设置直接决定测量结果的准确性。选择时，需确保其频率范围能覆盖被测设备可能产生杂散的频段（通常从几十千赫兹到几十吉赫兹），并且其显示的平均噪声电平足够低，以免淹没微弱的杂散信号。关键的设置参数包括：分辨率带宽，它影响区分两个相邻信号的能力，测量杂散时通常使用较窄的分辨率带宽；视频带宽，用于平滑噪声，便于观察；扫描时间，需设置合理以保证测量精度；以及参考电平，应根据预期的信号强度进行设置。现代频谱分析仪还具备峰值搜索、标记功能以及自动测量套件，能极大提升测量效率。

       构建准确的测试环境

       环境噪声是杂散测量的大敌。理想的测量应在电磁屏蔽室或电波暗室中进行，以隔绝外界无线电信号的干扰。如果条件有限，至少应确保在背景噪声相对较低的环境下操作。被测设备应放置在非导电的测试台上，所有连接线缆应使用高质量的屏蔽电缆，并确保接头紧固，避免因连接不良引入额外的噪声或信号泄漏。对于辐射杂散测量，需要使用经过校准的接收天线；对于传导杂散测量，则需通过定向耦合器或衰减器将被测设备的射频输出端口与频谱分析仪安全可靠地连接起来。

       传导杂散发射的测量步骤

       传导杂散测量针对的是通过电缆、连接器或端口直接传导出来的杂散信号。首先，将被测设备设置为正常工作状态，输出额定功率。在射频输出端口与频谱分析仪之间接入必要的外部衰减器，以保护频谱分析仪输入端口不被烧毁。然后，设置频谱分析仪的起始频率和终止频率，使其扫描范围覆盖标准要求的全部测量频段。调整分辨率带宽、视频带宽等参数至标准规定值。启动扫描，观察频谱轨迹。利用峰值搜索功能，找出主信号以外的所有显著谱峰，记录其频率和幅度。最后，将测量结果与标准限值线进行比较，判断是否合规。

       辐射杂散发射的测量步骤

       辐射杂散测量更为复杂，它测量的是被测设备通过空间辐射出去的杂散电磁场。测试通常在开阔场或半电波暗室中进行。被测设备置于转台上，接收天线在固定距离（如三米、十米）外对准它。测量时，需要旋转转台并升降天线，以寻找被测设备辐射的最大场强位置。频谱分析仪通过接收天线捕捉空间信号。与传导测量类似，需要扫描宽频率范围，并记录下每个杂散频率点的场强值。此过程需考虑天线因子、电缆损耗等参数，将频谱分析仪读数转换为实际的场强值或等效辐射功率。

       关注特殊频段的测量要点

       在一些特殊频段，测量需要格外注意。例如，在测量接近载波频率的杂散（如邻道泄漏）时，频谱分析仪的本振相位噪声可能会影响测量精度，此时可能需要使用更高级的测量接收机。对于工作在多个频段或模式的设备（如多模手机），需要在其所有可能的工作状态和频段组合下分别进行测试，因为杂散特性可能随工作模式改变而不同。此外，对于大功率设备，测量其谐波时，要确保测试系统（包括衰减器、耦合器）能够承受足够的功率，避免器件饱和或损坏。

       利用峰值与平均值检波器

       频谱分析仪通常提供多种检波方式。峰值检波器能捕获信号在扫描过程中的最大值，适用于寻找脉冲或瞬态信号的峰值，是初步搜索和定位杂散信号的常用模式。平均值检波器则显示信号在一定时间内的平均功率，对于测量连续波或噪声类的杂散信号更为准确，能平滑掉随机波动，得到稳定的读数。许多标准会明确规定使用哪种检波器进行最终判决。理解并正确选择检波器，是获得有效、可比对数据的关键。

       测量不确定度的评估

       任何测量都存在误差，杂散测量也不例外。测量不确定度来源于多个方面：频谱分析仪本身的幅度精度、频率读数精度、分辨率带宽设置误差；外部衰减器、耦合器、电缆的插入损耗随频率和温度的变化；天线校准因子的不确定度；环境反射带来的多径效应等。一份严谨的测试报告应当包含对测量不确定度的评估。这要求测试人员定期对仪器和附件进行计量校准，并在测量时记录环境温湿度等可能影响结果的条件。

       数据分析与报告生成

       获得原始数据后，需要进行整理和分析。首先，将测量到的杂散信号幅度（通常为分贝毫瓦或分贝微伏每米）与标准规定的限值进行逐点比较。可以绘制频谱图，并在图上叠加限值线，直观显示超标情况。其次，分析杂散信号的频率特性，尝试追溯其可能来源，例如，某个频率点是主频的二次谐波，还是本振泄漏与时钟频率的互调产物。这有助于后续的整改。最后，生成规范的测试报告，报告应包含被测设备信息、测试依据、测试环境、仪器列表、测试设置参数、详细数据表格、频谱图、以及测量不确定度说明。

       常见杂散问题的诊断思路

       当测量发现杂散超标时，需要系统性地进行诊断。可以从电源开始检查，开关电源的噪声是常见源头；检查时钟电路，尤其是时钟信号的布线、屏蔽和滤波；审视射频链路，重点关注混频器、本振、功率放大器的匹配电路和屏蔽结构；检查印制电路板的接地是否良好，是否存在地环路。有时，简单的措施如增加电源滤波电容、为时钟线加装磁珠、改善屏蔽罩的接地，就能显著抑制杂散。

       主动抑制杂散的设计与整改策略

       测量是手段，抑制是目的。在电路设计阶段就应考虑杂散抑制。例如，为本地振荡器设计纯净的电源和良好的输出滤波；在功率放大器后接入性能优良的低通或带通滤波器，以滤除谐波；采用线性度更好的器件以减少互调失真；对数字和射频电路进行合理的分区布局与屏蔽。在整改阶段，针对已发现的特定频率杂散，可以尝试在相应路径上增加针对性的滤波器、吸收材料或调整相关电路的偏置点。

       自动化测试系统的应用

       对于生产线上的大批量测试或需要重复进行多种复杂测量的研发场景，手动操作频谱分析仪效率低下且易出错。此时，可以构建自动化测试系统。通过通用接口总线或局域网将频谱分析仪、信号源、电源、开关矩阵等设备与计算机连接，编写测试软件来控制整个测量流程。系统能自动设置参数、扫描频段、识别和记录杂散、生成报告，大大提升了测试的一致性和效率，并减少了人为误差。

       不同设备类型的测量差异

       测量杂散并非千篇一律。对于基站设备，其功率大，更关注谐波和带外辐射，测量时需使用大功率负载和衰减器。对于手机等移动终端，则需在多个电量等级、多种握持姿势下测试其辐射杂散，并特别关注其接收频段的阻塞特性。对于雷达设备，其脉冲工作特性使得测量时需使用峰值功率计或具备脉冲测量功能的频谱分析仪。理解被测设备的独特工作机理，是制定有效测量方案的前提。

       法规符合性认证中的角色

       杂散发射测量是无线电设备进入市场前必须通过的法规符合性认证的核心项目之一，如中国的无线电发射设备型号核准。测试必须由经过国家认证认可监督管理委员会认可的实验室，依据官方发布的技术标准实施。测试报告是提交给主管部门进行型号核准的关键文件。因此，测量的规范性、数据的准确性和报告的可追溯性都至关重要，直接关系到产品能否顺利获准销售。

       前沿技术与挑战

       随着第五代移动通信技术、毫米波通信、大规模天线阵列等技术的发展，杂散测量面临新的挑战。工作频率越来越高，带宽越来越宽，对测试仪器的频率范围和动态范围提出了更高要求。多天线设备需要测试其有源天线系统的杂散特性。此外，认知无线电、软件定义无线电等动态频谱接入技术，其杂散特性可能随时间、频率自适应变化，这要求测量方法具备更强的灵活性和智能化。紧跟技术发展，不断更新测量知识和方法，是每一位从业者的必修课。

       总而言之，“如何测杂散”是一个融合了标准理解、仪器操作、环境控制、数据分析与工程诊断的系统性课题。它要求测试人员既要有扎实的理论基础，又要有丰富的实践经验。从读懂一份标准文档开始，到熟练操作精密仪器，再到从纷繁的频谱中定位问题根源，每一步都凝聚着射频工程师的智慧与严谨。希望通过本文的梳理，能为您照亮这条从测量到掌控信号纯净度的专业道路，助您打造出更卓越、更可靠的电子产品。