2. 毫米波信号与信道特性

毫米波频段通常指 24 GHz 以上、直至 100 GHz 甚至更高的频率范围。在《Keysight毫米波射频系统测试指南》所关注的 5G FR2、卫星通信、汽车雷达和 802.11ad/ay 等场景中，信号频率高、波长极短，这既带来了大带宽和紧凑天线的优势，也让信道与信号本身呈现出与低频截然不同的行为。理解路径损耗、大气吸收、多径效应和相位噪声这四类特性，是正确设计测试方案、选择仪表和判读结果的前提。

一、路径损耗：自由空间与频率的平方关系

自由空间路径损耗（FSPL）是最基础的传播损耗模型，其表达式为：

FSPL(dB) = 20·log10(d) + 20·log10(f) + 32.44
其中 d 单位为 km，f 单位为 MHz

若改用米和赫兹，则常写作 FSPL(dB) = 20·log10(4πd/λ)。关键结论是：在距离不变时，频率每提高 10 倍，路径损耗增加 20 dB。例如 3.5 GHz 与 28 GHz 相比，后者在相同距离上多出约 18 dB 损耗。这意味着毫米波链路预算中，发射功率、天线增益和接收灵敏度的余量必须重新核算。测试时，若用电缆直接连接被测件与仪表，则不存在空间损耗，但电缆和连接器在 28 GHz 的插入损耗可能达到每米 1～2 dB，必须用矢量网络分析仪先做校准和去嵌，否则测得的 EVM 或灵敏度会被电缆损耗污染。

二、大气吸收：氧气与水汽的谐振峰

毫米波在空气中传播时，氧分子和水汽分子会在特定频率产生吸收峰。60 GHz 附近是氧气的强吸收带，衰减可达 15 dB/km 量级；183 GHz 附近是水汽吸收峰。相反，28 GHz、39 GHz 和 77 GHz 等频点处于相对“窗口”，衰减较小。这一特性对测试有两点影响：第一，室外长距离链路测试必须把大气衰减计入链路预算，不能只算 FSPL；第二，在暗室或屏蔽室中做 OTA 测试时，空气吸收可忽略，但吸波材料的反射和暗室路径损耗需要单独标定。若在 60 GHz 做短距离通信测试，反而可以利用高吸收实现空间复用，但测试距离和功率设置要相应调整。

三、多径效应：时延扩展与频率选择性衰落

毫米波波长只有几毫米，环境中墙面、金属、人体等反射体产生的多径分量在幅度和相位上差异明显。多径导致两类问题：一是时延扩展，表现为符号间干扰；二是频率选择性衰落，使宽带信号中某些子载波深衰落。在 5G NR 中，这直接反映为 EVM 随子载波变化、PDSCH 解调失败或波束赋形方向图畸变。测试时常用信道模拟器构造 EPA、EVA、ETU 等标准多径模型，观察接收机在不同时延扩展下的误块率。若没有信道模拟器，也可在暗室中布置金属反射板，人为制造两径或三径环境，用矢量信号分析仪观察星座图扩散和均衡器收敛情况。判断依据是：均衡后 EVM 是否回到 3GPP 要求的限值以内，以及误块率曲线是否出现明显的“瀑布区”偏移。

四、相位噪声：频谱再生与 EVM 恶化

相位噪声是振荡器输出信号相位的随机抖动，在频域表现为载波两侧的连续边带。毫米波频段由于倍频次数多、Q 值低，相位噪声通常比低频更差。它对测试的影响体现在三方面：第一，本振相位噪声会通过混频转移到被测信号上，使 EVM 底噪抬高；第二，在 OFDM 系统中，相位噪声引起公共相位误差（CPE）和载波间干扰（ICI），前者使星座图整体旋转，后者使星座点云状扩散；第三，在雷达测试中，相位噪声会恶化目标速度测量精度和近距离杂波抑制。评估时，可用相位噪声分析仪测量单边带相位噪声曲线，再换算成积分相位误差，与系统 EVM 预算对比。例如某 28 GHz 本振在 1 MHz 偏移处相位噪声为 -95 dBc/Hz，积分到 10 MHz 后可能贡献约 1.5% 的 EVM，若系统总 EVM 要求 3%，则留给其他损伤的余量就非常有限。

五、四类特性在测试中的耦合与分离

实际测试中，四类特性往往同时作用，难以直接分离。一个实用的排查顺序是：先确认链路预算是否足够，排除路径损耗和大气吸收造成的功率不足；再用连续波信号观察接收频谱是否平坦，判断是否存在频率选择性衰落；最后关闭多径模拟，单独测量相位噪声对 EVM 的贡献。例如在 28 GHz OTA 测试中，若发现 EVM 在部分子载波上突然恶化，优先怀疑多径；若 EVM 整体偏高且星座图呈环形扩散，则优先怀疑相位噪声。只有把四类特性分别量化，才能定位是信道环境、仪表本振还是被测件本身的问题。

综上，毫米波信道与信号特性并非孤立的理论参数，而是直接决定测试连接方式、仪表选型、校准步骤和结果判读的工程约束。掌握路径损耗的频率平方关系、大气吸收的频点分布、多径的时延扩展表现以及相位噪声的积分换算，才能在 5G FR2、雷达和卫星通信等场景中建立可信的测试链路。