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5 @& u- a# j2 {# P$ ` 无线产品的EMC认证测试里，有两个与辐射发射有关的项目：Radiated Emission（RE）和Radiated Spurious Emission（RSE）。 / I/ E& i1 g( s7 e1 N4 f
RE和RSE，名字上仅一字之差，测试结果看起来也仿佛孪生哥俩。下面有两张测试结果的截图，您能分辨出哪张属于RE测试，哪张是RSE吗？ $ G# s2 N# N2 D5 q
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( @6 q7 Y4 n( F" Z6 n0 J: C0 s' I 对于熟悉传统ITE设备的EMC工程师来说，很少有机会接触RSE；对于搞射频收发链路的同志们来说，辐射杂散好理解，而RE相对陌生一些——同饮一江水，相望两不知。那么，无线产品为什么会有两个辐射发射测试项？它们的区别和联系又在哪里？ 2 n$ i4 r9 y" [8 a! Z
关于这个话题，我们不妨先从RE测试的历史聊起。
2 ?# }* c* _: T/ y# X 一、
* F: u" r$ l/ [$ T- i* U$ ^ RE测试的演进过程中，频率是很关键的一个因素。 3 T2 O2 K& U" Y# \; t- v% m) B
20世纪70年代，当工程师们开始为消费类电子产品制定辐射发射测量标准的时候，首先考虑到了如下特点： 7 R% }# N0 \7 t8 [4 |+ V
这些产品的工作频率大概在几十兆到百兆赫兹级别，产生的电磁骚扰绝大部分能量都分布在几百兆赫兹以下大多数产品都放置在接近地面的高度上使用，受干扰的设备接收到的噪声信号来自直射波和空间反射波的叠加这些产品对外的电磁骚扰属于无意发射，充当天线的都是“临时工”——例如线缆、“浮地”的金属部件、形成环路的走线等等
; Y. Q+ ?/ V2 y$ T' \ 工作频率低于108MHz的设备，人们把它的辐射发射简化为这样一种情况：从被测设备（EUT）辐射发出的骚扰信号，在周围空间中的反射是受控的，有且仅有地面这一个反射面（半自由空间），除此之外，不存在任何其他反射；测量天线处接收到的是直达波和地面反射波的矢量和。这就是辐射发射测量的双线模型。测量的频率上限定为1GHz。 4 b, L1 L' B q
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6 [5 s+ L: z2 N+ V _; z9 z （辐射发射测量的双线模型） - i7 B: b8 [! W. ^
从事EMC基础标准制定的组织有很多，其中最著名的是欧洲的CISPR（国际无线电干扰特别委员会）和美国的ANSI（美国国家标准化协会）。围绕双线模型的共识，两个组织陆续定义了测试场地、测试天线、测量仪器、测试方法和限值，细节上有所差异。
) C1 \- Z+ I- g% y 开阔试验场
# V; t, C" m9 T% D _9 f+ A 作为半自由空间模型的一种逼近，开阔试验场（Open AreaTest Site，OATS）应运而生。先来看两张照片。
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- u) {0 g9 {, I; p# ]) x- { （远景） # T( R( c! {. n6 j
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z: g/ {! N! u& f! J( i （中景） - s5 ^- H9 E3 N- h3 W
这是位于北京市昌平十三陵镇的中国计量科学研究院计量级OATS（特别感谢孟东林博士提供的高清照片）。 " A) P3 N; C" o' F7 |" L* Y
由于开阔场的选址要求环境噪声绝对干净（现代计量级OATS可以通过矢网锁相环技术消除背景噪声的影响），所以只能修建在人迹罕至、远离市中心的郊区。开阔场的四周是开放空间，不能存在任何反射。长方形的白色区域是铺设的金属地面，四周还铺设有三角形金属栅格作为由金属板到大地的阻抗渐变，从而逼近理想的镜面反射。
% J3 n3 M: }" R7 ?5 a+ s S: f 随着民用无线通信业务的兴起、工业无线电噪声的日益严重，开阔场的选址越来越困难。所以，到了20世纪80年代，替代OATS的测试场地开始出现。这就是半电波暗室（Semi-Anechoic Chamber，SAC）。 ) W, `- b) Q! X+ h. P# G' e
半电波暗室 ) P& F) C6 Z% B. P; ?# N7 \; _3 S) T' K
半电波暗室的主框架是个金属屏蔽室。既然是OATS的替代，地面依然是电连续的金属反射地面，而为了搞掉四壁和天花板对电波的反射，这五个面上贴装了吸波材料对到达的电磁波进行吸收。地面不铺吸波材料——这也是所谓“半”的来源。
9 @ A, G$ C9 x: i 测试场地建好以后，怎么验收性能？这涉及到场地性能检验方法。ANSI和CISPR于90年代初相继制定了辐射发射测试场地的NSA（归一化场地衰减）检验方法。国内，北方交通大学张林昌教授最早引入这一理论，并研究拓展了国外标准中未定义的NSA理论数据，是国内电波暗室理论研究领域名副其实的开拓者。 & ~+ A& P* }* i+ B z$ N4 V
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上面这张照片拍摄于2000年左右，是当时的北方交通大学EMC实验室半电波暗室。照片中看起来有些陈旧的SAC，却是当时国内乃至国际EMC研究领域最领先的前沿阵地。 3 ^1 O6 `0 }& m7 A! |1 b
测量仪器 1 N7 O" C1 g2 u6 C
早期噪声测量，采用的仪器是超外差式选频电压表，原理类似于收音机。后来在选频电压表的基础上出现了测量接收机（EMI Receiver）。 ( h" ?; N- L# Q; V. q7 r$ D" E) E
接收机里有一个关键部件叫做检波器。检波器的电路构成不同，接收机测到的噪声也不相同。早期RE测试的一个重要目的是保护广播通讯不受干扰，在1GHz以下的测量频段，准峰值（QP）检波能较好地模拟人耳对脉冲噪声的响应，所以在定义辐射发射的检波方式时，最早采用的是QP检波。
0 @% q7 J- M' c& b0 w3 C 度量单位 6 Y3 k% \0 o3 v' m; W, D
测量天线接收到噪声信号以后，将电磁场转化为感应电流。工程师们把辐射发射的测量参考点放置在测量天线的相位中心点上，测量单位定为电场强度（dB([gf]b5[/gf]V/m)）。天线将空间场转化到电路导行波的能力，在RE测试中体现为天线系数。 $ O. d7 \9 S$ h! X# \: s( Q
测量距离和限值
" y, i6 q& o# \; e' e 由于测量参考点在测量天线处，所以RE的测量结果与测试距离有关，前辈们定义了不同的测试距离，也就是通常所说的3m法，5m法，10m法和30m法测试。采用什么样的测试距离，与测试设备的尺寸和测量频率有关，最终目的是为了减少EUT与测量天线间的耦合，保证测量满足远场条件。不同的测试距离，因为测试结果不同，所以限值也不一样。 : n1 m. k9 O- N' Q
传统ITE设备和手机属于应用于民用环境的B类产品。按照FCC规定，B类产品辐射发射测试距离为3m；按照CISPR22标准，则应该采取10m法测试。由于手机尺寸较小，3m的距离也基本满足远场条件，考虑到测试场地的建造成本，通常都按照3m法测试，只是将CISPR 10m法的限值转换成3m法的限值。由于远场的场强与距离成反比，很容易推导得到两个限值之间的转换关系：
% f0 U1 ]! \/ k E(10m, dBuv/m)=E(3m, dBuv/m)-10.5(dB) 2 A( W* l9 f2 ^5 I: q; P6 E. Z
天线扫描 & v) W; E1 L6 f3 Z& F) T# A
双线模型里，由于两条波走的路径长度不同，最后到达接收天线处的相位也不同，叠加后幅度有可能增强，也可能减弱。为了抓到EUT辐射发出的噪声最大值，就需要测量天线在一定高度上来回扫描，对于3m的测试距离，天线扫描高度为1~4m。 * h) G; V" W% z5 E4 k
以上所有规定，共同实现了RadiatedEmission测试，即RE测试。
. {/ X9 ^& B9 P7 T4 Q8 @0 H& f, ^ 二、
0 J! A4 J9 ~# `1 @0 B( ? 说到这里，让我们稍微停下来喘口气儿。 , S5 d1 }9 T5 e2 I- \8 ^
RE的测量方法从酝酿到定型，是一个缓慢演进的过程。总结上面谈论的早期的RE测试，我们来划下重点：
: b& b- }0 p% O0 m$ d/ x 测量场地为OATS或SAC测量仪器为接收机测量参考点在接收天线处，测量结果是电场强度（dB([gf]b5[/gf]V/m)）要规定测试距离天线要上下扫描抓最大值测量频段低于1GHzQP检波场地性能检验采用NSA法 5 W' J* Q- H( W$ {
在实际测量的过程中，许多弊端也渐渐暴露出来。例如：
' l, _$ A$ P7 q 天线需要上下扫描，测试时间长，天线步进精度对测试结果影响较大，对暗室空间要求高，建造成本高QP检波，测试时间长NSA法检验较为繁琐，结果精度不高 / h- a8 [' G7 E! p
这个时候，ITE产品的时钟频率已经越来越高（远远超过108MHz），原先设定的1GHz频率测量上限不够用了。当EMC工程师们把目光投入到1GHz以上频段RE测量时，他们突然发现：这是个重启的好机会。
8 |# M) p9 P" E6 F( G CISPR经过长期研究，对于1GHz以上的RE测量，提出了完全不同的玩法： * l& z4 j2 w5 |) F
测量场地上，用全电波暗室替代半电波暗室（1GHz频段以上的辐射发射以直射波到达为主） . h1 R$ r3 n& v7 p7 R. q4 @
检波方式上，AV和PK取代QP - o& ^& N8 ^5 e$ E8 @0 K
场地检验上，电压驻波比法取代NSA 6 P8 Y* u |6 W
所以，当把全频段的RE测试限值放在一起的时候，就会得到下面这张图： , v! E/ L' G: X6 q) M' M1 `
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（CISPR限值，30MHz~6GHz RE测试，1GHz以下限值按10m法规定换算到3m法）
1 M8 Y8 Z, s: l4 _# t- P4 p 这张图很有意思，以1GHz为分界线，左右两边泾渭分明。纸面上看得到的，是限值和检波方式的变化；纸面背后的，是半电波暗室与全电波暗室，是天线上下扫描与固定高度，是测试时间和投入成本的PK……当我第一次看到它时，脑子里想到的是，“废井田，开阡陌”~
' Z$ }, B5 L- H# P2 q8 z$ L 三、
; }, p5 v" J5 J2 n8 ^2 s, \ i 在RE测试标准逐渐演进的同时，上世纪90年代，以手机为代表的无线产品也开启了个人通信的新时代。工程师们面临着新的问题：对于无线产品来说，已有的辐射发射测试是否合适？ 5 B0 |% C N/ ^2 K. k
无线产品工作频率高。以早期出现的GSM为例，工作频段850/900/1800/1900MHz，这些工作频率，或接近或远远高于1GHz——我们上面讲过，RE测试以1GHz为分界，玩法完全不同。无线产品就好像站在街角的十字路口，向左走，还是向右走？
1 c0 ]! E% H8 `( _/ V4 A, c6 t5 @ 另外，无线产品有收发信机，以发射和接收携带有用信息的电磁波为目的。当电子产品中没有收发信机的时候，噪声辐射是一种无意发射，当有收发信机的时候，发信机会造成额外的噪声，例如谐波、各种互调、交调产物等等，这是有意发射，噪声辐射的一个主要途径是产品自身的天线。 - W7 N' h% Y3 u9 q- a
有意发射产生的噪声幅度要远远大于无意发射，那么，原有的RE测试限值要不要变？怎么变？ $ y6 I) `% ?4 m7 x9 L) ^
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