浅谈RSE测试环境

董思乔，石庆琳

（国家无线电监测中心，北京 100037）

浅谈RSE测试环境

董思乔，石庆琳

（国家无线电监测中心，北京 100037）

本文介绍了RSE测试场地，测试设备，以及各种设备在测试过程中的作用，给出了测试距离要求，分析了链路中的谐波失真以及补偿方法，对测试原理以及测试环境中的不确定度进行了讨论。

RSE；测试环境；设备检测

1　引言

RSE（Radiation Spurious Emission）是辐射杂散骚扰的缩写，是指当无线电发射设备与非辐射性纯阻负载相连接或者在接收机状态时，由无线电发射设备产生或放大的通过设备机壳、电源、控制设备、音频各电缆辐射的工作频率外上的发射。若无线电发射设备在某一频率上的RSE过大，会导致工作在该频率上的设备无法进行正常使用，给相关业务的开展造成不良影响。RSE测试是考察无线电发射设备性能，从源头上杜绝有害干扰的重要技术手段。

理想的测试环境是客观准确考察无线电发射设备RSE的重要保障，通过对测试环境各个环节的分析，能够明确各个环节在测试过程中所发挥的作用，以及对测试结果产生的影响，这对提高测试环境的搭建水平，保证对无线电发射设备RSE进行客观准确的定量有着重要意义。

2　测试场地

2.1全电波暗室

全电波暗室的作用为RSE测试提供场地，通过全电波暗室可以在有限的场地条件下模拟自由空间环境。全电波暗室由隔离室和吸波材料构成。

隔离室主要有三种形式：三明治式、钢板模块式以及钢板焊接式。三明治式隔离室是由两层金属导体夹实心绝缘体作为基本模块，在模块之间用铁板和螺母连接以构成。它具有成本低、裁剪方便、暗室高度可随意调整的优点；缺点是重量大、牢固性差、隔离度一般并随时间恶化明显。钢板模块式隔离室是由具备特殊折弯结构的两毫米镀锌钢板块通过螺母直接连接构成。它的优点是隔离度高且不随时间恶化、整体性能最优、方便扩充和搬迁；缺点是成本高、模块化结构无法随意调整隔离室高度，容易受建造地点高度的限制。钢板焊接式隔离室是由两毫米厚钢板焊接而成，它的优点是成本低，对施工人员的技术要求低；缺点是隔离度差，一旦隔离度出现问题难以解决，无法搬迁。

吸收体主要有三类：铁氧体、海面吸收体和混合吸收体。铁氧体主要用于吸收30MHz至1GHz频段的电磁波，它占用空间小，但重量大，通常的尺寸为长宽各100mm，厚度为6mm，尺寸具有很高的精度。海面吸收体主要用于吸收100MHz至18GHz频段的电磁波，它的回波损耗由碳含量和结构决定，吸收频率下限由尺寸决定。混合吸收体是在铁氧体上悬挂海面吸收体，这种结构主要用于宽频测试，但它的高频性能没有单独使用海面吸收体好。

常见的全电波暗室有3米、5米和10米。在测试具体设备时，应按照有关标准的规定选择全电波暗室的大小。若标准中没有给出具体要求，电波暗室的静区应尽量满足辐射远场的测试条件，即：

式中，R为辐射远场区的边界距离；D为接收天线物理口径的最大尺寸；d为被测设备发射天线最大辐射尺寸；λ为发射设备的工作频率。

若被测设备采用的是电小天线，要附加峰谷起伏判断共同决定辐射远场的距离。若全电波暗室无法使被测设备和测试天线满足辐射远场条件，至少应使被测设备和测试天线满足辐射近场条件，并测量完成后通过换算公式得出等效辐射远场条件下的测试结果。

2.2控制室

控制室是与电波暗室相连的隔离室。控制室应有良好的隔离度，能够有效隔离室外无线电信号，这样就可避免室外无线电信号与馈线接头产生耦合使部分能量输入到频谱仪当中，从而对测试结果产生不良影响。

3　测试设备

3.1模拟基站

在手机RSE测试过程中，需要模拟基站与手机进行通信，使手机进入到工作状态，模拟基站链路通常由手机综合测试仪、馈线以及螺旋天线构成。螺旋天线放置在电波暗室转台的正上方，通过暗室接口与馈线相连接，馈线的另一端与综合测试仪相连接。通过综合测试仪的模拟基站的功能使手机与其建立通信，这样手机便处在工作状态下。若被测设备是无线接入设备，则不需要与模拟基站相连接。

3.2切换单元

切换单元由单刀多置的电路开关、控制单元、若干条屏蔽电路和补偿电路组成（如图1所示）。它的作用是连接各接收天线，屏蔽被测设备的主信号，补偿RSE测试中由于空间损耗而衰减的RSE信号。单刀多置的电路开关可以在不改变接口与馈线的连接状态，同时能够变换接收天线、屏蔽电路及补偿电路，避免了因变换接口而产生的校准工作；控制单元按照计算机指令对各个电路开关进行控制，使测试人员通过操作计算机测试软件就可以选择测试所需要使用的链路；屏蔽电路是由一组滤波器组成，通过各滤波器不同的通带及阻带用以屏蔽不同的主信号，并保证RSE信号的顺利通过；补偿电路是由一组放大器组成，通过连接线性范围不同的放大器补偿RSE测试中由于空间损耗而衰减的RSE信号。通过开关电路接通不同的屏蔽电路和补偿电路可以组成不同的测试链路，对不同工作频率下的被测设备进行正常有效的RSE测试。

图1　RES切换单元结构示意图

在测试过程中，RSE信号由于空间损耗和链路损耗后使频谱仪捕捉难度增大，为了解决这个问题，就需要在频谱仪前增加放大电路对RSE信号进行补偿。在补偿过程中，被测设备的主信号经过放大器后，放大器由于存在谐波失真而产生主信号的高次谐波。同理，二次谐波、三次谐波的RSE信号经过放大器后，放大器由于存在谐波失真而分别产生二次谐波、三次谐波的RSE信号的高次谐波，即：

式中，Pn（nf1）为主信号的n次谐波下产生的功率；Pn（nf2）为RSE二次谐波的n次谐波下产生的功率；Pn（nf3）为RSE三次谐波的n次谐波下产生的功率；Gn为放大器增益（n=1）及由于谐波失真导致在n次谐波下的等效增益（n=1，2，3…）；Pf1为被测设备主信号进入放大电路时的功率；Pf2为被测设备RSE二次谐波信号进入放大电路时的功率；Pf3为被测设备RSE三次谐波信号进入放大电路时的功率。整理以上式，得

式中，Pout-f2为经过放大器后的RSE二次谐波输出功率；Pout-f3为经过放大器后的RSE三次谐波输出功率。

由上式可以得知，当第二项等于0时，输出端产生的RSE信号功率误差最小，但在实际测试过程中，Gn是由放大器的系统特性决定，选定了放大器就选定了Gn。为了减小误差，实际测试时应使Pf1足够小，这就需要在放大器前端加入相应的滤波器将主信号f1滤除，滤除主信号f1后就可以保证在误差的允许范围内对RSE信号进行放大补偿。

加入滤波器后，由于滤波器自身存在过渡带宽，被测设备发射的信号一旦落入过渡带宽内，由于受到滤波器性能的不完全影响会产生失真，从而无法准确地测出实际值。为了降低这种影响，滤波器的过渡带宽应尽量设计窄些。如果是滤除某一特定的设备主信号时，滤波器的过渡带的陡度应大于信号边缘的陡度。

3.3频谱仪

频谱仪共分为两大类：扫频式频谱分析仪和实时式频谱分析仪。

（1）扫频式频谱分析仪是具有显示装置的扫频超外差接收机，主要用于连续信号和周期信号的频谱分析。它工作于音频直至亚毫米波频段，只显示信号的幅度而不显示信号的相位。其工作原理是：本地振荡器采用扫频振荡器，它的输出信号与被测信号中的各个频率分量在混频器内依次进行差频变换，所产生的中频信号通过窄带滤波器后再经放大和检波，加到视频放大器作示波管的垂直偏转信号，使屏幕上的垂直显示正比于各频率分量的幅值。本地振荡器的扫频由锯齿波扫描发生器所产生的锯齿电压控制，锯齿波电压同时还用作示波管的水平扫描，从而使屏幕上的水平显示正比于频率。

（2）实时式频谱分析仪是在存在被测信号的有限时间内提取信号的全部频谱信息进行分析并显示其结果的仪器。主要用于分析持续时间很短的非重复性平稳随机过程和暂态过程，也能分析40MHz以下的低频和极低频连续信号，能显示幅度和相位。傅里叶分析仪是典型的实时式频谱分析仪，其基本工作原理是：被分析的模拟信号经模数变换电路变换成数字信号后，加到数字滤波器进行傅里叶分析；由中央处理器控制的正交型数字本地振荡器产生按正弦变化和按余弦变化的数字本振信号，也加到数字滤波器与被测信号作傅里叶分析。正交型数字式本振是扫频振荡器，当其频率与被测信号中的频率相同时就有输出，经积分处理后得出分析结果供示波管显示频谱图形。正交型本振用正弦和余弦信号得到的分析结果是复数，可以换算成幅度和相位。分析结果也可送到打印绘图仪或通过标准接口与计算机相连。

依据有关标准，RSE检测范围的上限往往大于12.75GHz，所以应采用频率范围足够宽的扫频式频谱分析仪。

3.4转台和天线

转台的作用是不移动测试天线和被测设备的条件下，通过旋转被测设备测量其水平面上每一个方向发射信号功率的大小。由于频谱仪完成一次扫描需要一定的时间，所以由于转台的旋转过程中，通过采集被测设备的水平全向中若干个离散点用以近似表示水平全向，测量的最大值是若干个离散点中的最大值。在实际测量过程中：

式中，msum为转台旋转一周时频谱仪分析被测设备水平全向的总次数；Tcircle为转台旋转一周的时间周期；Tsweep为频谱仪的扫描周期。

由式（9）可知：降低转台速度和频谱仪的扫描时间都可以增加被测设备的采样点，使测试精确度提高，但与此同时会降低测试速度。因此，为了保证测试的精确度与测试速度，应把握好转台速度与频谱仪扫描速度之间的关系。

测量天线通常使用线极化的宽带定向天线，线极化天线通过正交调整天线姿态的两次测量可将所有极化类型的电磁波准确的接收，有效避免了因极化失配导致的测量误差。宽带天线接收频率范围广，两副宽带天线可以覆盖RSE测试所要求的全部频率范围。定向天线方向性强，对于主方向来波接受灵敏度高，而对于其他方向来波有很好的屏蔽作用，从而对经电波暗室衰减后的多径反射波在接收天线处再次进行衰减，进而提高测试精度。

3.5计算机及测试控制软件

使用计算机和测试控制软件可以大大提高测试效率，通过在计算机上运行相关的测试软件，将需要测试的各种参数预先设置好，运行后，计算机会控制各个仪器、转台和天线自动完成对被测设备的测试。这样，测试人员在测试程序运行时可以腾出时间来对其他被测设备做一些准备和后处理工作。但是，由于被测设备的各种问题导致的测试中断现象，计算机控制的测试系统无法进行排除，依然需要人为进行故障判定和排除，所以在测试个别性能不稳定的被测设备时，计算机自动测试便失去了效率优势。

4　测试链路分析

4.1测试原理

如图2所示，被测设备发射信号经暗室静区被天线接收，经馈线进入切换单元后再进入频谱仪，频谱仪接收到的RSE信号功率值为：

式中，Pr为频谱仪接收到的RSE功率值；Pt为被测设备RSE发射功率；Lspa为空间损耗；Δ为极化匹配因子；Gr为接收天线增益；Lcab为馈线损耗；Linsert为切换单元插入损耗；Gamp为切换单元中功率放大器增益；C为影响测试结果的其他因素，如放大器产生的谐波失真、其他信号在馈线接口出产生的耦合等。

图2　RSE测试原理图

4.2不确定度计算

在RSE测试环境中，人为测量、读数误差、随机误差、测量元件精度、失配损耗、链路损耗、环境温度变化、电压变化等因素都会对不确定度产生影响。具体可以表示为：

式中，k为扩展系数；u0为测量功率产生的不确定度；c0为测量功率不确定度的传播系数；uc为测量元件产生的不确定度；cc为测量元件不确定度的传播系数；um为失配损耗产生的不确定度；cm为失配损耗不确定度的传播系数；ul为链路损耗产生的不确定度；cl为链路损耗不确定度的传播系数；ut为温度变化产生的不确定度；ct为温度变化不确定度的传播系数；uv为电压变化产生的不确定度；cv为电压变化不确定度的传播系数。

在式（11）中，扩展系数k通常取2，各个不确定度分量的传播系数通常取1。对于测量功率u0、失配损耗um、链路损耗ul采用不确定度A类评定，其他分量采用不确定度的B类评定。

5　结束语

通过对RSE测试环境进行讨论，可以进一步了解RSE测试对场地和设备的要求，明白各种设备在RSE测试过程中的作用，理解各个环节对测试结果产生积极或消极的影响，掌握整个测试链路的工作原理和导致不确定度变化的原因，这对搭建RSE测试环境，提高测试效率，改善测试方法有着重要的参考价值。

The Testing Environment of RSE

Dong Siqiao， Shi Qinglin
（State Radio Monitoring Centre， Beijing， 100037）

The test field， test equipment and utility of test equipment in RSE testing environment are introduced. requirement distance of testing is given. harmonic distortion and the way of compensate are analyzed. the measuring principle and uncertainty of testing environment are discussed.

RSE； testing environment； equipment testing

10.3969/j.issn.1672-7274.2015.03.011

TN92文献标示码：A

1672-7274（2015）03-0046-05

董思乔，男，1984年出生，硕士，现在国家无线电监测中心工作。石庆琳，男，1987年出生，硕士，现在国家无线电检测中心工作。