基于衰减器、陷波器、POI 三者对杂散辐射测试影响的研究

李国旗 钱思齐

中通维易科技服务有限公司

0 引言

杂散辐射是指带外的由谐波辐射、寄生辐射、互调产物及频率转移产物（如本振泄漏）等产生的非期望辐射。

发信系统（通常是射频）本应该在规定的频率范围内发送无线信号，即发射带内信号。但是发信系统在制造时，内部元器件采用的并非理想器件，普遍存在一定的非线性，在发射无线信号的过程中，产生了很多非规定频率范围内的信号，即发生了杂散辐射，这可能对其他通信系统造成干扰。因此，杂散辐射是无线通信中的重要指标，各大运营商对该指标也十分重视。

目前在5G 网络建设过程中，由于更多频段的信号被拓展使用，针对杂散指标的研究对基站、直放站的落地建设具有重要的应用价值，只有解决通信信号之间的干扰问题，才能提高通信的速率和建设高效快速的通信系统。

1 直放站杂散辐射的测试方式

关于直放站的杂散辐射的测试方法，国家通信行业标准《YD/T 1596-2011 800MHz 2GHzCDMA 数字蜂窝移动通信网模拟直放站技术要求和测试方法》给出的系统模型如图1所示。总的框架模型就是用单载波CDMA 信号发生器激励，用频谱仪测量，设置合适的频段、BW 来测试和观察。

图1 系统模型

上述行业标准中并未对杂散辐射指标测试方法进行细化描述，这会造成各检测机构对杂散辐射测试不一致的情况，影响结果的准确性。对于杂散指标的要求如图2 所示。

图2 行业指标要求（下行链路的特殊频段指标要求）

我站按照标准连接测试系统，信号源、频谱仪均设置好对应频点频段。现以885MHz～915MHz 为例，指标要求为-67dBm；目前市面主流直放站下行功率一般在40W（46dBm）左右，而主流品牌频谱仪无法直接输入这么大功率（一般在30dBm以下），测试下行链路指标时需要加衰减器。考虑到载波信号峰均比和频谱仪动态范围，一般输入频谱仪的信号功率不宜超过0dBm，故选择衰减值50dB 的衰减器测试下行链路指标。但是衰减器的引入必然会造成仪表底噪的抬升，通过图3-1 和图3-2 可见在885MHz～915MHz 范围内频谱仪自身底噪在-100.46dBm 左右，而加装衰减器的频谱仪底噪被抬升到-50.75dBm，要求的-67dBm 淹没在仪表底噪中，无法有效测出。

图3-1 不加衰减器频谱仪底噪

图3-2 加衰减器频谱仪底噪

针对衰减器导致仪表底噪过高无法测试的问题，我站经过多次试验和评估，对杂散辐射试验方法进行了优化，选择使用陷波器或POI 代替衰减器进行测试。

2 方案制定与分析

第一种测试配件是陷波器，陷波器又称带阻滤波器，其原理是通过多次反射通带内的主信号，从而达到主信号减弱的目的，但并不削弱带外信号。其外观如图4 所示。

图4 陷波器外观

测试之前，用矢量网络分析仪测试其传输特性（如图5所示），展开阻带频率，观察到陷波器在869MHz-880MHz（CDMA 直放站下行工作频段）之间，损耗在-50 到-90 之间变化（如图6 所示），满足此前分析的下行衰减值要求。

图5 陷波器传输特性

图6 （频段展开后）陷波器传输特性

接着测出杂散要求频段（885MHz～915MHz）各频点插损（如图7 所示），在最终测直放站的杂散辐射指标系统中，设置仪器对应频点的补偿值用来消除陷波器对试验结果造成的不利影响，以达到准确测量的目的。各频点的插损记录如下：

根据此前频谱仪自身底噪-100.46dBm 计算，加装陷波器后，频谱仪底噪最高被抬升到了-100.46dBm -（-14.323dB）=-86.137dBm，优于杂散辐射指标要求的-67dBm，可以用于测试该指标。

图7 陷波器885MHz～915MHz 各频点插损

第二种测试配件是无源分布系统多系统接入平台（POI），其外观如图8 所示，原理是所有频段信号均可通过并将不同频段信号通过不同端口输出，测试中在通带频段接口接衰减器和负载，用来吸收通带的信号，防止其反射对测试造成干扰，其他频段信号在各自的频段区通过，互不影响，使测试结果更加准确。由图8 可以看出，POI 的每个接口对应的频段刚好是我们需要测的杂散所对应的频段。如陷波器一样，首先测各个接口的电气性能。以两条高频电缆线和无源分布系统多系统接入平台（POI）杂散测试箱组成的系统为例，其测得的插入损耗如下：

表 插入损耗

图8 多系统分布平台POI 外观

同样根据此前频谱仪自身底噪-100.46dBm 计算，加装POI 后，频谱仪底噪最高被抬升到了-100.46dBm-（-10.36dB）=-90.1dBm，优于杂散辐射指标要求的-67dBm，可以用于测试该指标。

3 试验方法优化评估

我站按照通信行业标准《YD/T 1596-2011 800MHz 2GHzCDMA 数字蜂窝移动通信网 模拟直放站技术要求和测试方法》连接直放站测试系统，按照标准要求找到标称最大功率点后，维持信号源输入电平不变，开始测试杂散辐射这一指标，将衰减器分别用陷波器和无源分布系统多系统接入平台（POI）替换，按照标准方法逐步测试，现将三者结果分析如下：

首先观察分析测得的最大输出功率通带频段情况，即接衰减器通带的频段，如图9 所示。

图9 衰减器通带信号

不难发现带外频段底噪为-49.90dBm，也就是图中M2 和M3 所示的位置，进一步证明单纯的接衰减器无法测出杂散辐射这一性能指标。将衰减器更换为陷波器，连接好测试系统后将陷波器插损补偿到频谱仪中，以消除陷波器自身原因对测试的影响。通带内测试结果如图10 所示，杂散辐射测试结果如图11 所示。

图10 陷波器通带信号

图11 陷波器杂散

由图10 可以看出波形呈现不规则的波峰和波谷，是由于多次发射造成的通带内信号削弱，带外的底噪也可以测得-90dBm 左右。由图11 可以看出测得885MHz～915MHz 杂散辐射为-67.20dBm，符合指标要求。

将陷波器换为无源分布系统多系统接入平台（POI）杂散环境箱，再次测试，其通带内信号完全被衰减器和负载吸收，不产生反射信号；直接测试885MHz～915MHz的杂散辐射指标，测试截图见图12。

图12 POI 环境试验箱下的杂散

测试结果为-70.10dBm，满足指标要求。

通过对比陷波器和POI 两种配件的测试结果，可以看出使用陷波器测试得到的结果比POI 差了3dB，我站对可能产生该差异的原因进行了分析：陷波器的原理是通过反射的方式阻止通带内的主信号进入仪表，而反射的信号会原路返回进入直放站输出端口，对直放站产生一些不可预期的影响，如驻波告警并关断信号、反射信号与发射信号叠加产生变化等；若反射信号对发射信号造成了影响，产生了谐波或寄生电平，就很有可能造成杂散指标的恶化。针对这一可能出现的问题，我站对陷波器测试方法进行了改进，在陷波器前加装了一个10dB 的大功率衰减器，加装衰减器后，885MHz～915MHz 的底噪被抬高到了-86.137dBm-（-10dB）=-76.137dBm，仍然满足测试杂散辐射的测试条件，但反射进入直放站的信号被衰减器进行了两次衰减降低了20dB，反射信号基本不会对直放站和指标测试产生影响。

我站用改进后的测试方法进行了实验，实验结果如图13所示。

图13 改进后陷波器杂散

从图中可看出，改进后的陷波器测试杂散辐射，得到-70.13dBm，与POI 测试结果基本一致，说明改进方法具备有效性。

4 结束语

陷波器和无源分布系统多系统接入平台（POI）都可以用于测试杂散辐射指标，两种测试方法略有区别：无源分布系统多系统接入平台（POI）杂散环境箱的性能最好，测试也最精确，但测试不同频段时需要连接不同端口，测试效率较低；陷波器只需要一次接线，就可以测出所有频段的杂散辐射，测试效率有较大提升，但由于其反射主信号，测试中会出现不确定性，对测试结果应加以分析判断。

本项测试的应用价值在于能准确地测出杂散发射指标对于通信质量的影响程度，据此能排除信号传输时的干扰，以及杂散辐射带来的危害，对4G 和5G 基站直放站落地实施有一定的帮助。