1. 引言
发射机的重点检测目标就是辐射杂散RSE (Radiated spurious emissions)，这一部分是决定终端好坏的主要一环，特别是车载终端。因为测试车载终端产品是比较特殊的，使用的集成通信模块一般都过了官方认证，对于传导部分(包括传导功率、传导杂散等射频性能)是可以免除检测的，只有辐射杂散需要强制检测。目前车载终端最容易出问题的就是辐射杂散检测。因此有必要对车载终端辐射杂散进行举例分析。
2. 辐射杂散的定义与测试目的
RSE辐射杂散定义：是指无线设备除开天线发射机的主频信号(工作频率信号)外，由主频影响落在其他频率的信号为辐射杂散，这种信号属于无用信号。进入欧洲市场的车载终端产品必须要取得CE RED指令证书，在欧洲RED指令的测试标准中RSE有着非常严格的限制，其中2G部分测试的频率要求从30 MHz到4 GHz，其他通信的模式测试的频率都要求从30 MHz到12.75 GHz；测试杂散功率限值30 MHz到1 GHz为−36 dBm，1 GHz以后到12.75 GHz (包含2G部分1 GHz到4 GHz)限值为−30 dBm [1] 。
检测目的：验证车载终端发射机天线端由于主频震荡(傅里叶变换出来的信号)的谐波信号，以及与其他模块交调出来的信号能量，不能影响到其他工作频率的正常运行，这种无用发射信号对于其他频率来讲就是干扰信号，因此，这种干扰信号需要进行非常细致的测试，并严格按照标准来进行判定是否符合要求。
3. 车载终端辐射杂散测试与结果分析
在欧洲标准测试中RSE问题很常见，但很多人把RE (Radiated Emission)与RSE容易混淆，RE是电源端口或者是其他端口连接线辐射出来杂波信号；而RSE是终端样机天线辐射出来的杂波信号，那么车载终端的RSE问题大多都出现在2G GSM模式下 [2] [3] 。
下面以GSM 900MHz为例，RSE具体测试按照如下设置进行操作。
1) 首先将EUT(被测终端)按照下图1，根据3GPP 51.010-1国际标准要求搭建测试环境(必须在全电波暗室搭建测试环境)。
2) 将EUT(被测物)放置测试转台上，并调整测试高度为1.5米，确定测试天线与EUT距离为3米距离。
3) 通过综合测试仪(BS)与EUT进行连接，在连接完成后，将BS的功率控制等级调到最大，GSM 900MHz等级为5，控制被测EUT功率最大发射。
4) 在测试软件中导入需要测试的限值，将测试天线端的路径损耗加入到测试系统中，旋转EUT一周，调整天线垂直于水平极化的方向。
5) 在频谱分析仪中观察所有的杂散点信号，记录下最大的杂散信号的值，超出限值的信号点需要重点记录。
测试结果分析：
上图2的测试结果为车载T-box 2G GSM的测试结果，被测样品的主频为900 MHz，可以看出来30 MHz到1 GHz并没有的杂散信号超出标准限值，而最后面三个杂散信号都严重超出标准限值，这三个杂散信号依次是二次(1804.7 MHz)、三次(2707.3 MHz)、四次(3609.3 MHz)谐波。二次谐波(1804.7 MHz)功率为−2.04 dBm，三次谐波(2707.3 MHz)功率为−1.05 dBm，四次谐波(3609.3 MHz)功率为−10.94 dBm，比标准限值−30 dBm分别高了27.96 dB，28.95 dB和19.06 dB。
其中三次谐波信号的值达到了−1.05 dBm，这个测试值是非常恐怖的结果，在同频干扰的条件下一般干扰信号达到−10 dBm，就可以使工作在此频率的终端完全停止通信，也就是说谐波这么高，相同频率的周边通信设备根本无法正常通信。
4. RSE产生的原因以及推理分析
车载通信系统中RSE杂散信号产生的原因有很多，比如说射频模块之间的互调、PA非线性信号、天线布局、PCB布局、排线和元器件干扰都会产生杂散，由于辐射杂散是由天线通过无线空间传播出去的，因此可能辐射杂散干扰的点是多种多样的。但主要可归纳为：天线端口，射频模块，电源线，射频模块附近元器件等 [4] 。
其中杂散信号最主要的为谐波信号，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。谐波频率是基波(调制波)频率的整倍数，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波为正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相位角。
特别是GSM 900MHz的通信模块，最大的功率可以达到38 dBm，单个信道的占用带宽在200 kHz到250 kHz之间，这种模式功率大而带宽窄的条件下，谐波本来就不好控制，在加上车载终端内部布局的复杂，谐波就更是难以处理 [5] 。
为什么要去除掉RSE呢？其实RSE最直接的影响就是干扰在其他信道工作的通信终端，因为在其他任何信道上如果有一个非常大的非法信号，附近的通信终端刚好工作在相邻信道上，那么这种信号的干扰将会使正在工作的通信终端停滞，使其无法工作，经过试验得出同频干扰的信号一旦达到−10 dBm，那么就会导致通信中断连接。
另一方面，根据功率守恒定理，如果在相邻信道上有比较大的泄露功率，那么主信道的功率就会减小，通信系统的效率就会比较低，从而造成自身比较大的功耗问题。
5. 车载终端RSE的整改案例
从上面的车载终端RSE产生的原因分析，通过试验排除法查找原因,具体方法分四部分情况：
第一、射频模块之间天线的互调产生的谐波：本车载终端产品的天线采用的2G、3G、4G天线和GNSS (全球定位系统)天线是一体化设计，天线之间靠得比较近，很容易产生2G、3G、4G天线与GNSS天线产生互调。图3我们在车载终端拆除GNSS天线后再次复测GSM 900MHz频段的二次、三次和四次谐波分别为−4.37 dBm，−3.08 dBm和−11.79 dBm。拆除GNSS天线后，GSM 900MHz的杂散只有1到2 db的改善，说明射频模块之间天线的互调产生的谐波不是GSM 900MHz频段产生杂波信号的主要原因。
Figure 3. Test GSM 900MHz RSE results after removing GNSS antenna
图3. 拆除GNSS天线后测试GSM 900MHz RSE结果
第二、射频PA非线性信号产生谐波信号：本车载终端采用装配234G模组来实现234G网络功能的，有可能由于GSM 900MHz频段的PA没有校准功率过大，导致PA产生非线性信号从而产生谐波信号，或者PA的其他参数没有经过校准而产生的谐波信号。我们要通过测试GSM 900MHz的传导功率和传导杂散是否正常来查找车载终端的RSE产生的原因。经常过测试GSM 900MHz的传导功率为32.62 dBm，GSM 900MHz的功率是正常的；测试GSM 900MHz频段的传导杂散二次、三次、四次谐波都有25 db以上的余量，说明234G模组的GSM 900MHz频段PA是正常的，没有产生非线性信号的谐波信号。
第三、PCB布局、排线和元器件干扰都会产生杂散与天线耦合产生的谐波信号：我们整改方式是用铜箔包裹主板的关键的电源、IC器件，屏蔽掉主板上发的干扰信号。并且让车载终端主机部分远离终端的天线，再一步降低车载终端主板上的元器件与天线产生耦合的可能性。图4测试GSM 900MHz频段的RSE二次、三次和四次谐波分别为−8.87 dBm，−3.58 dBm和−13.79 dBm，距离标准限值−30 dBm还有一大段距离。说明PCB布局、排线和元器件干扰都会产生杂散与天线耦合产生的谐波信号的原因是不成立的。
Figure 4. Test GSM 900MHz RSE results after wrapped the motherboard with copper foil and placing the host part away from the antenna
图4. 用铜箔包裹主板将主机部分远离天线后测试GSM 900MHz RSE结果
第四、由于234G模块已经做过CE认证检测的，说明了234G模块是RSE是没有问题，但是234G和GNSS模组与天线端口之间增加了防静电电路和ESD(静电释放)器件如图5，有可能防静电电路和ESD器件会影响到天线的阻抗特性，从而导致天线会产生谐波信号。我们采用排除法拆除①2、3、4G主集天线端口射频线路上的④防静电电路的电感，测试GSM 900MHz频段RSE的谐波信号，如图6所示，GSM 900MHz的二次谐波和四次谐波都下降到−30 dBm以下且余量充足，三次谐波的功率值为−4.17 dBm，还是需要进一步整改。
在除去④防静电电路的电感的基本上再去除④处的ESD器件，复测测试GSM 900MHz频段RSE的谐波信号，如图7所示，三次谐波信号也有明显的下降，其功率值为−30.99 dBm，余量不足1 dB，所以还需要进一步的整改。
在除去②GNSS天线端口处的⑤防静电电路的电感、ESD器件和③234G分集的天线端口处的⑥ESD器件，再次复测GSM 900MHz RSE的谐波杂散，如图8所示GSM 900MHz频段的三次谐波“消失”了，功率为−45.18 dBm，余量有15.18 dB。
从以上整改及测试的过程中看，GSM 900MHz频段RSE的谐波信号产生的原因是2、3、4G与GNSS模组的天线匹配电路上加入了防静电电路和ESD器件，导致了天线的匹配阻抗与模组射频阻抗失配。
Figure 5. RF circuit of the EUT Mainboard
图5. EUT主板的射频线路
Figure 6. RSE result after removing antistatic inductors
图6. 拆除防静电电感整改RSE结果
Figure 7. RSE rectification results after removing ESD components from the ESD circuit
图7. 防静电电路中拆除ESD元器件整改RSE结果
Figure 8. RSE rectification results of removing inductors and ESD components at the main and diversity sets and GNSS antennas
图8. 拆除主集、分集以及GNSS天线处的电感与ESD元器件整改RSE结果
在只去除天线端口与模组间的防静电电路和ESD器件后，重新测试GSM 900MHz频段的RSE，如图9所示，GSM 900MHz频段30 MHz到4 GMHz的RSE已经可以满足3GPP 51.010-1章节12.2.1的要求，并且RSE杂散信号的余量也非常完美。我们也验证了去该防静电电路和ESD器件是否导致EMC的静电放电测试会不通过，我们按照EN 301 489-1标准测试接触放电±2 kV、±4 kV和空气放电±2 kV、±4 kV、±8 kV都可以顺利通过。
Figure 9. RSE results of the whole frequency band retested after rectification
图9. 整改后复测整个频段的RSE结果
6. 结语
从车载终端RSE测试结果以及整改的过程来看，谐波信号是最容易出问题的地方。整改谐波信号前要分析其产生的原因，再根据其可能产生的原因进行整改，验证整改的方法是否有效。其次是分析查验整改后是否会产生其他副作用，如果整改没有产生副作用才能完成整改。这样才能保证车载终端的信号在各种环境下处于正常状态的传输。
从上述测试结果以及分析来看，防静电元器件应该远离射频天线端匹配电路，若是在天线中一个干净的匹配电路中间加上其它元器件一定会将RSE的谐波增大，谐波信号过大势必会导致其他通信终端的运行中断，如果被干扰的这种通信终端是航天、船舶等公共设备那么会有很大的事故发生，这种事故是无法预估的，所以终端的杂波信号必须得到严格的控制，也只有这样才能预防由于通信杂波信号带来的危害 [6] 。