1. 课程导入与测试对象界定

在射频发射机的研发、认证与产线验证中,ACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio,邻道泄漏比)与杂散发射(Spurious Emission)是两项最常被同时提及、却经常被混为一谈的指标。它们都描述"发射机在非期望频点上输出了多少能量",但考察的频段范围、产生机理、限值来源和测试方法完全不同。本课程以 R&S(罗德与施瓦茨)测试平台为工程背景,围绕这两类指标建立一套可复现的测试流程。在动手连接仪器之前,必须先回答三个问题:测什么、测到什么程度、交付什么。

1.1 工程目标:从"能发射"到"干净地发射"

发射机的核心任务是在指定信道内把信号有效地辐射出去,但任何真实的功放、混频器、本振和数模转换链路都会在信道之外产生多余能量。这些多余能量带来两类后果:一是泄漏到相邻信道,抬升邻道接收机的底噪,降低系统容量;二是落在其他业务频段内,形成对异系统接收机的干扰。因此工程目标可以概括为两条:把邻道泄漏压到协议规定的门限以下,把带外和带外远端的杂散压到监管机构规定的门限以下。

需要强调的是,ACLR 与杂散虽然都是"多余能量",但它们的判据来源不同。ACLR 的限值通常来自通信标准(如 3GPP、IEEE 802.11 等),是系统内共存要求;杂散的限值通常来自无线电管理法规(如各国的频谱使用规定、3GPP TS 38.101 的通用杂散要求),是跨系统共存要求。测试时若把两者混用同一套限值,结论必然错误。

1.2 适用设备类型与测试边界

本课程讨论的对象是具备完整射频发射链路的发射机整机或模块,典型包括:基站射频单元(RRU/RU)、终端发射模块、微波与卫星通信发射机、专用无线通信电台,以及用于研发验证的发射机评估板。对于仅有基带输出、不含射频前端的设备,ACLR 与杂散测试不成立,因为指标定义在射频端口上。

测试边界必须明确到端口。工程上通常约定:

  • 被测端口:发射机射频输出连接器(如 N 型、SMA、2.92 mm),测试参考面为该连接器的配合面。
  • 负载条件:以 50 Ω 标称阻抗为基准,实际测试中通过衰减器、隔离器或定向耦合器把功率降到分析仪安全范围。
  • 工作状态:发射机处于额定输出功率、规定调制方式、规定信道配置下的连续发射状态;若设备支持多载波或波束赋形,需明确测试的是单载波还是聚合状态。
  • 环境条件:温度、供电电压按产品规范,通常要求在常温与极限温度下分别验证。

边界不清是测试争议的主要来源。例如,把测试参考面定在功放输出而忽略输出滤波器,测得的杂散会明显偏高;把参考面定在天线端口而忽略馈线损耗,测得的 ACLR 又会偏乐观。因此测试报告中必须写明参考面、连接方式和补偿量。

1.3 核心术语的工程语境

频谱发射模板(Spectrum Emission Mask,SEM):以载波中心为基准,按频率偏移分段规定允许的最大发射功率或功率谱密度。它是一条"包络线",测试时把实测频谱与模板逐点比较,任何一点超出即判不合格。SEM 关注的是紧邻载波的过渡带和带外近端,通常与 ACLR 配合使用。

邻道泄漏比(ACLR):主信道功率与相邻信道功率之比,用 dB 表示。以 3GPP 常用的定义为例,ACLR 为载波功率与偏移信道功率之比,偏移量由信道带宽决定。例如 20 MHz 带宽的 NR 载波,第一邻道中心偏移通常为 20 MHz,第二邻道为 40 MHz。ACLR 是一个积分量,必须明确积分带宽、信道滤波器和测量带宽,否则不同仪表、不同设置之间无法比对。

杂散发射(Spurious Emission):在必要带宽之外、由调制、谐波、互调、寄生振荡等非期望机理产生的离散或宽带发射。工程上通常把杂散分为谐波杂散、互调杂散、本振泄漏与相位噪声边带等类别。杂散测试的关键是扫描范围、分辨率带宽(RBW)和检波方式三者的组合,因为它们直接决定能否捕捉到窄带杂散峰值。

记忆要点:SEM 是"模板比对",ACLR 是"功率比值",杂散是"绝对电平门限"。三者判据形式不同,不能互相替代。

1.4 交付物与测试链路概览

一次完整的 ACLR 与杂散测试,最终交付的不只是几个数字,而是一套可追溯的证据链:测试配置记录(仪表型号、衰减器与线缆损耗、参考面)、被测件工作状态记录(功率、频点、调制、温度)、原始频谱截图或数据文件、限值来源与判定结论、以及异常项的复测记录。缺少任何一项,测试结论在评审或认证环节都可能被质疑。

下图给出本节需要建立的测试对象与信号链路关系:从被测发射机射频端口出发,经功率调理与耦合,进入 R&S 频谱分析仪或信号分析仪,分别完成 SEM 比对、ACLR 积分和杂散扫描三类测量,并输出对应的判定结果。

发射机 ACLR 与杂散测试对象与信号链路 被测发射机 RRU / 终端 / 电台 额定功率 · 规定调制 射频输出端口 测试参考面 功率调理与耦合 衰减器 / 隔离器 定向耦合器 · 线缆损耗 R&S 分析仪 频谱分析仪 / 信号分析仪 RBW · 检波器 · 积分带宽 参考电平 · 衰减设置 信道滤波器配置 SEM 模板比对 逐点包络判定 ACLR 功率比值 主信道 / 邻道积分 杂散扫描 绝对电平门限 交付物证据链 测试配置记录 仪表 · 衰减 · 参考面 线缆损耗补偿 工作状态记录 功率 · 频点 · 调制 温度 · 供电电压 原始数据 频谱截图 / 数据文件 扫描参数记录 限值来源 标准条款 / 法规 判定结论 异常复测 复现条件 整改闭环

1.5 本节小结与工程约定

本节确立了后续所有章节的共同基础:测试对象是含射频前端的发射机,测试参考面在射频输出连接器配合面,测试状态为额定功率下的规定调制发射。ACLR 与杂散分别对应系统内共存与跨系统共存两类要求,判据形式分别为功率比值与绝对电平门限,SEM 则作为过渡带与近端带外的模板约束。后续章节将分别展开这三类测量的仪表设置、扫描策略、限值读取与结果判读。

常见误区:把 ACLR 测试中使用的信道功率积分带宽直接套用到杂散扫描上,会导致窄带杂散被平均掉而漏检。杂散扫描必须使用足够小的 RBW 并配合峰值检波或 RMS 检波,具体选择依据标准要求确定。

在进入具体仪表操作之前,建议先完成一次"空载校准":断开被测件,用信号源或分析仪自带的校准信号验证链路损耗补偿是否正确,确认参考面处的功率读数与预期一致。这一步只需几分钟,却能避免后续所有测量结果出现系统性偏差。