关于杂散辐射产生原因及解决方法的研究*

黄树文，符 超，熊仕文

（珠海格力电器股份有限公司，广东 珠海 519000）

0 引言

杂散辐射作为无线产品一项必测的射频指标，倘若不合格不仅会影响智能产品其他的射频指标，而且会影响通信质量、干扰设备的运行。笔者在测试一款带有蓝牙模块的无线产品辐射杂散过程中发现，它的辐射杂散超标，导致通信连接不稳定。本文通过此案例分析杂散产生的原因，以提供正确的解决思路，以期日后遇到类似问题可以迅速得以解决。

1 杂散辐射的产生

杂散辐射是指在发射信道和相邻信道以外的所有离散频点上的骚扰辐射，事实上就是考察发射机对远离载波频点处的干扰水平。按照来源的不同，杂散辐射分为辐射型杂散（以下简称辐射杂散）和传导型杂散（以下简称传导杂散）两种。传导杂散是用RF Cable 连接天线插头与50 Ω 负载进行缆测；辐射杂散则是在天线暗室中进行耦合测试。

1.1 辐射杂散简介

当移动台连接到非辐射纯电阻负载或处于接收状态时，移动台以所述移动台外壳和电源、控制和音频电缆辐射的指定信道以外的频率产生或放大的传输，则称为辐射杂散。辐射杂散是CE/FCC/MIC认证中的一项重要内容。任何无线传输产品在申请CE/FCC/MIC 认证时都必须进行测试，且该测试项目的通过率较低。很多产品在此会出现问题，特别是大功率发射的产品。

辐射杂散有多种测试方法，常见的是在全电波暗室运用替代法测试，如图1 所示。

图1 全电波暗室替代法

替代法的基本思想是先预扫描被测设备在接收天线处产生的辐射功率，再用信号发生器和标准天线替代被测设备在接收天线处产生相同的辐射功率，由此得到的标准天线发射功率即为被测设备在该频点的辐射功率。

1.2 传导杂散简介

传导杂散发射指的是在天线连接处的、不同于载波和调制相关的边带的各个频点的杂散值。一般都是指测试TX 的指标，分析发射最大功率时对整个频带的影响。传导杂散分为带内杂散和带外杂散两种。带内杂散是指信号发射时落在各频段接收带内的干扰。带外杂散主要是衡量发射信号的谐波分量。

传导杂散测试不同于辐射杂散测试，是直接通过射频线连接模块传输信号而非通过空间传输信号，受外界干扰可能性比辐射杂散小，如图2 所示。

2 实测案例

笔者在对一款使用5 V 电池供电的蓝牙产品进行测试时发现，它的通信不稳定，响应速度慢，甚至有时无响应。将它放入全电波暗室进行辐射杂散测试后发现，它的辐射杂散值超标。图3 为辐射杂散测试结论。

如图3 所示，可以清晰看到辐射杂散在939 MHz 有一个超标点，距限值差11 dB，辐射杂散不合格。

图2 传导杂散测试

图3 辐射杂散结论

2.1 辐射杂散理论分析

辐射杂散的干扰源一般由3 个部分产生：射频模块的传导杂散辐射、机箱及设备结构引起的辐射型杂散辐射和传导杂散与电源线串扰产生的杂散辐射。由于辐射杂散通过无线空间传播，因此可能辐射干扰的点是多种多样的，如图4 所示。

图4 辐射杂散干扰因素

笔者将辐射杂散不合格的因素归类为内部因素和外部因素两个因素。如果传导杂散合格，意味着内部因素合格，此时需从外部因素找寻辐射杂散不合格原因；如果传导杂散不合格，不仅需从内部因素找寻辐射杂散不合格原因，还需排查外部因素。

2.2 传导杂散验证排查

通过对2.1 章节中辐射杂散理论的分析，先进行传导杂散的验证。对蓝牙模块进行传导杂散测量时发现，30 MHz～1 GHz 低频部分存在大量杂散超标，且高频部分存在3 次、4 次谐波同时超标，传导杂散超标则辐射杂散也超标。传导杂散测试结果如图5 所示。

图5 传导杂散测试

2.3 传导杂散理论分析

根据图5 数据显示，蓝牙模块的传导杂散超标。因为传导杂散是用射频线连接天线插头进行缆测，所以产生杂散的原因多种多样。但是，它可以主要归纳为屏蔽效果、匹配电路、天线端口、射频线、电源以及模块走线布局等，如图6 所示。

（1）屏蔽效果：屏蔽罩将元器件、电路、组件或整个系统包围在干扰源之外，防止干扰电磁场扩散。如果屏蔽效果不好，会对测试信号产生杂散干扰。

（2）射频端口：由于射频端口裸露在外，其可能受到外界其他信号的干扰。

图6 辐射杂散分析

（3）天线匹配：RF 线路的匹配对信号传输尤为重要，若匹配不合适，会影响天线性能。

（4）PA 功率放大器：PA 的作用是将射频信号放大到足够功率，经匹配网络由天线发射出去，起到一个放大器的功能。但是，功率得到放大，其噪声也会得到放大，产生的干扰也会增加。

（5）RF 走线布局：天线要尽量远离干扰元器件，因为这些元器件的非线性可能会对天线产生串扰，生成谐波而带来干扰。

（6）电源串扰：如果PA 的电源稳压不好或其电源走线载有高频噪声，都会使发射端性能劣化，必然影响传导杂散。

3 方案设计排查

根据2.2 章节中的传导杂散不合格结论，结合2.1章节辐射杂散干扰因素（如图4 所示），可以确定辐射杂散超标和模块内部因素的有关，但是否受外部因素影响还需验证。因此，笔者开展了如下试验。

首先，去掉蓝牙产品外壳，其辐射杂散未发生变化，表明外壳对辐射杂散值没有影响。其次，由于蓝牙产品使用5 V 电池供电而非通过电源线接电，电池包装完好无泄漏。笔者使用直流电源代替电池供电，其辐射杂散值未发生变化，因此可以排除电源因素。最后，结合传导杂散超标严重的情况，基本可以确认辐射杂散超标是因为传导杂散超标导致。结合2.3 章节中传导杂散理论分析，笔者针对传导杂散制定了以下最合适的方案。

3.1 降低功率方案。

由于谐波来自于元器件的非线性效应，此外PA 最有可能。通过降低主频功率，谐波功率会下降。降低发射功率虽然有一定的改善，但是相应会减少通信距离，不能作为主要的解决措施。本案例中将蓝牙从原先6 dBm 的发射功率降到3 dBm，对比图5 和图6 可以看到，高频部分3 次谐波功率从-27.9 dBm 降到-33 dBm、4 次谐波-27.4 dBm 降到了-37 dBm，高频部分杂散已经合格，但低频部分60 MHz 处传导杂散超标仍然存在。

3.2 更改匹配方案

一般而言，传导杂散超标可以通过更改匹配、加强滤波处理来解决，但要注意对发射信号的衰减。本案例发现低频部分超标仍存在后更改了匹配，将1.2 pF 电容变为3.6 pF 电容，结果非常明显，如图7 所示，低频杂散杂波大大减少，但还存在少量超标情况。

图7 传导杂散结论

3.3 天线布局方案

对天线最好的方式是压缩其他区域，保持净空区。案例中PCB 电路去掉了多余无用的线路和无用的匹配点，增加了天线净空区域，减少了对天线干扰的可能。对比图8 与图9 可以清楚看出，天线区域空旷了一部分，也缩短了从射频端到板载天线的距离。

图8 整改前布局

图9 整改后布局

3.4 RF 走线方案

RF 线是指IC RFIO 引脚到天线间的连线，必须小心控制。如果RF 阻抗不在50 Ω±10%内，RF 性能将会受到很大影响。为了保证射频信号从RFIO 到天线端的传输效率，添加一个阻抗匹配电路。当回波损耗大于10 dB 时，能使90%的能量传输到天线端。

图10 中，芯片端的阻抗匹配电路由3 个元件构成，天线端的阻抗匹配电路由另外3 个元件构成，从而使得在输入阻抗1 和输入阻抗2 端的阻抗为50 Ω。只有使用PCB 天线或芯片天线时，22 pF 的隔直电容才允许省略。芯片端的阻抗匹配网络同样用于谐波抑制，以保证RF 性能。

图10 阻抗匹配电路

案例中该PCB 涉及RF 电路，对阻抗要求较严，具体参数要求按下列要求进行控制。整改前（如图11 所示）RF 线路阻抗未控制在50 Ω 左右，造成了信号的大量反射。整改后图12 左图箭头路线阻抗控制在50 Ω±5 Ω 内，图12 右图阻抗线末端为IC 夹线不做阻抗控制。

图11 整改前RF 线路

图12 整改后RF 线路

3.5 电源电路走线方案

电源的Bypass 电容摆放必须靠近IC，走线必须先经过电容再进入IC 或输出给其他分支电源，如图13 所示。

图13 电源电路走线

图14 中整改前只是经过一个电阻，并不能起到很好的降噪作用。实测案例中，电源电路的走线先经过电容再到芯片供电，如图15 所示，能够减少由于线路阻抗引起的压降和高频电磁场转换而引起的噪声，降低产生杂波的风险，但会影响到低频段。

图14 整改前电源走线

图15 整改后电源走线

4 最终整改结果

经过上述几种设计方案的整改，蓝牙模块传导杂散全部合格，低频部分杂波消失，高频部分3 次和4 次谐波消失，符合欧盟标准、国内标准，且裕量充足，超过6 dBm，如图16 所示。复测辐射杂散，图17 辐射杂散超标点消失，辐射杂散测试合格，证明上述方案是可行的。

图16 传导杂散测试

图17 辐射杂散测试

5 结语

对杂散辐射的测试原理、产生原因及整改方法进行详细讲解，不管是辐射杂散还是传导杂散超标，总体可以分为外部对射频模块产生的干扰引起和内部模块自身问题产生的杂散超标。外部需逐步排除外部环境带来的影响，内部则促从器件、布局等方面进行整改。分部分进行仔细排查，最终找到最佳的解决之道。