4、杂散信号定义与分类：传导杂散、辐射杂散、带内杂散、带外杂散及常见来源
杂散信号（Spurious Emission）是频谱仪测试中最常遇到、也最容易误判的一类信号。它并非发射机有意辐射的载波或调制信号，而是由设备内部非线性电路、振荡器泄漏、电源耦合、数字时钟谐波等机制产生的无用信号。在无线通信设备认证（如3GPP TS 36.521、ETSI EN 300 328、FCC Part 15）中，杂散发射限值直接决定产品能否通过型号核准。本章将从定义出发，系统梳理杂散信号的分类维度、典型来源、测试判定方法及工程中的常见误区，帮助学员建立一套完整的杂散排查思维框架。
上图展示了杂散信号的两大分类维度和六大常见来源。实际测试中，一个杂散信号往往同时具备多个属性，例如某LTE模块在1.2GHz处出现一个-35dBm的尖峰，它既是传导杂散（从天线端口测到），又属于带外杂散（不在工作频段内），其来源可能是DCDC开关频率的27次谐波。理解这种多维属性，是后续制定测试计划和定位问题的前提。
4.1 核心原理：杂散的本质与分类逻辑
杂散信号的本质是“非功能性发射”。国际电信联盟（ITU）和3GPP将杂散发射定义为“由无用发射引起的，包括谐波发射、寄生发射、互调产物及频率变换产物，但不包括带外发射”。这个定义包含两个关键点：第一，杂散是“无用”的，即不是信息载体；第二，杂散的产生机制是“非线性”或“耦合”，而非有意调制。
从工程测试角度，杂散分类遵循两条主线：
- 按传播路径：传导杂散（Conducted Spurious）指通过天线端口、线缆或PCB走线直接传导出来的信号；辐射杂散（Radiated Spurious）指通过空间电磁波辐射出来的信号。传导测试需要50Ω负载或天线端直接连接频谱仪，辐射测试则需在电波暗室中用天线接收。
- 按频段位置：带内杂散（In-band Spurious）指落在设备工作频段（含邻道）内的无用信号，通常与ACLR（邻道泄漏比）测试相关；带外杂散（Out-of-band Spurious）指工作频段之外的杂散，是认证测试的重点区域。
需要特别注意的是，带内杂散与带外杂散的界限并非绝对。3GPP TS 36.521中，带外杂散的测量范围从9kHz到12.75GHz（或更高），但工作频段两侧各有一段“过渡区”（即带外发射区域），该区域内的杂散限值比远离频段的限值宽松。因此，测试前必须明确被测设备的发射频段、接收频段以及对应的限值标准。
| 分类维度 | 子类 | 定义 | 典型测试方法 | 常见限值（示例） |
|---|---|---|---|---|
| 传播路径 | 传导杂散 | 从天线端口/线缆传导 | 频谱仪直接连接天线端口，50Ω负载 | ≤-36dBm（1GHz以下，3GPP） |
| 辐射杂散 | 空间电磁波辐射 | 电波暗室，天线接收，3m或10m法 | ≤-30dBm（1-3GHz，FCC） | |
| 频段位置 | 带内杂散 | 工作频段内/邻道 | 频谱仪RBW=1MHz，积分带宽 | 与ACLR限值联动（如-45dBc） |
| 带外杂散 | 工作频段外 | 频谱仪RBW=100kHz，峰值检波 | ≤-36dBm（30MHz-1GHz） |
4.2 判断方法：杂散测试的标准流程与参数设置
杂散测试不是简单地“扫一圈频谱”，而是需要严格遵循标准流程，否则极易产生误判。以下是工程中通用的杂散测试操作流程：
- 确定测试条件：明确被测设备的工作频段、信道带宽、发射功率、调制方式。例如测试一个5G NR设备，需指定n78频段（3.3-3.8GHz）、100MHz带宽、最大发射功率。
- 设置频谱仪参数：频率范围从9kHz到12.75GHz（或标准要求的最高频率）；RBW根据频段选择——带外杂散通常用100kHz，带内杂散用1MHz；检波方式为峰值检波；扫描时间需足够长以保证捕获瞬态杂散。
- 连接测试链路：传导测试时，将设备天线端口通过同轴电缆连接至频谱仪，中间可加衰减器保护频谱仪输入；辐射测试时，设备置于暗室转台上，测量天线与设备保持规定距离。
- 执行扫描并记录：先做全频段预扫描，标记所有超过限值线10dB以上的尖峰；再对每个尖峰进行精确测量，记录频率、幅度、带宽。
- 判定与复测：将测量结果与限值线比较，若超限则需排查来源；若临界，需改变设备状态（如不同信道、不同功率）复测确认。
一个容易被忽视的细节是扫描时间与检波方式的配合。现代频谱仪默认使用自动扫描时间，但对于突发性杂散（如蓝牙跳频时的杂散），自动扫描可能漏检。此时应使用“最大保持”模式，并延长扫描时间至数秒，确保捕获所有瞬态信号。
4.3 案例拆解：某NB-IoT模块带外杂散超标排查
下面通过一个真实案例，展示杂散分类知识如何指导工程排障。
背景与约束：某NB-IoT模组工作于Band 8（900MHz），发射功率23dBm，需通过3GPP传导杂散认证。测试标准要求：30MHz-1GHz频段内，杂散≤-36dBm；1GHz-12.75GHz频段内，杂散≤-30dBm。模组体积受限，PCB面积仅25mm×30mm，电源方案采用一颗升压DCDC（开关频率1.2MHz）为PA供电。
初始现象：在预扫描阶段，频谱仪在1.44GHz处发现一个-28dBm的尖峰，超出限值（-30dBm）约2dB。该信号频率恰好是1.2MHz的1200次谐波（1.2MHz×1200=1.44GHz）。
分析判断过程：根据杂散分类，该信号属于带外杂散（1.44GHz不在900MHz工作频段内），且为传导杂散（从天线端口测到）。初步怀疑来源是DCDC开关噪声通过电源走线耦合至PA输出端，再经天线端口辐射出来。为验证，使用近场探头在PCB表面扫描，发现DCDC电感附近1.44GHz场强最强，确认源头在电源部分。
实际操作步骤：
- 在DCDC输出端增加一颗100pF的MLCC电容（自谐振频率约1.4GHz），用于旁路高频噪声；
- 在PA电源引脚处增加磁珠（阻抗@1.4GHz≥600Ω），隔离电源噪声；
- 调整DCDC开关频率从1.2MHz改为1.5MHz，使谐波频率移至1.8GHz（该频段限值更宽松且远离接收频段）；
- 重新测试，1.44GHz尖峰消失，但1.8GHz处出现-32dBm信号，仍低于-30dBm限值，通过。
结果对比：整改前1.44GHz处-28dBm超标；整改后全频段最大杂散为-32dBm，余量2dB。同时ACLR指标未受影响，发射功率和EVM均正常。
风险与代价：增加磁珠和电容占用PCB面积约4mm²，成本增加约0.02美元；调整开关频率后需重新验证DCDC效率（下降约1.5%）和EMI辐射（通过）。
复盘经验：杂散排查应遵循“先分类、再定位、后整改”的思路。本例中，若一开始就盲目加屏蔽罩或改PCB布局，可能事倍功半。通过分类确定“带外+传导”属性，直接锁定电源耦合路径，快速解决问题。
4.4 常见误区与总结复盘
在杂散测试与整改中，工程师常陷入以下误区：
- 误区一：混淆带内杂散与ACLR。带内杂散是离散尖峰，ACLR是邻道泄漏功率比，两者测试方法不同（RBW、积分带宽不同），但都反映发射机线性度。不能用一个指标替代另一个。
- 误区二：忽略频谱仪底噪影响。当杂散信号接近频谱仪底噪时，测量结果可能包含噪声分量。此时应减小RBW（如从100kHz降至30kHz）或加前置放大器，但需注意RBW变化会影响限值判定（限值通常基于特定RBW定义）。
- 误区三：只测传导不测辐射。某些杂散（如屏蔽盖缝隙泄漏）只通过辐射路径传播，传导测试完全测不到。认证测试通常两者都要做，但预测试阶段可先用近场探头快速排查。
- 误区四：忽视瞬态杂散。设备在发射功率切换、信道切换瞬间可能产生宽带杂散，普通扫描模式难以捕获。应使用“时域扫描”或“零频宽”模式观察特定频率的时变特性。