无线通信设备EMC测试中杂散辐射与带外辐射的区别说明

在无线通信设备的EMC（电磁兼容性）测试中，杂散辐射与带外辐射是两项核心指标，直接关系到设备是否会对其他无线系统造成干扰。不少从业者常因两者都涉及“非有用频率”辐射而混淆，但实际上，它们在定义、产生原因、频率范围及测试要求上有本质差异。理清二者区别，不仅是通过认证的关键，更能帮助工程师针对性优化设备电磁性能。

一、定义本质：“非有用辐射”的核心差异

杂散辐射（Spurious Emission）是设备正常工作时，除有用信号（载波及调制信号）外，由内部非线性特性产生的寄生辐射，完全属于“额外生成”的信号，比如功放的谐波、混频器的互调产物。带外辐射（Out-of-Band Emission）则是有用信号带宽之外的辐射，属于“有用信号的延伸”——因调制频谱扩展或滤波器性能不足，导致有用信号能量泄漏到相邻频段，比如LTE信号的旁瓣跑到有用带宽外的频段。

举个直观例子：2.4GHz WiFi路由器的4.8GHz（2次谐波）信号是杂散；而该路由器2.412-2.472GHz有用带宽外、泄漏到2.472-2.5GHz的部分，则是带外辐射——前者是“无中生有”，后者是“没管住有用信号”。

二、产生根源：非线性器件与频谱控制的区别

杂散的核心根源是“非线性器件”。无线设备中的功放、混频器、振荡器等非线性器件，会将输入信号失真，生成谐波（如2f、3f）或互调产物（如f1+f2、2f1-f2）。比如，功放输入2.4GHz信号时，若非线性失真严重，就会输出4.8GHz、7.2GHz等谐波。

带外辐射的根源是“频谱控制不足”。数字调制（如OFDM）的频谱本身有旁瓣扩展，若未用足够陡的滤波器抑制，或脉冲成形不够优化（如未用升余弦滤波器），旁瓣能量就会泄漏到带外。比如，LTE 20MHz带宽信号的旁瓣功率仅比主瓣低13dB，若滤波器过渡带宽太宽，旁瓣会直接流入相邻频段。

三、信号特性：离散点与连续频谱的直观差异

杂散的信号特性是“离散频率点”。它来自谐波或互调，频率是确定的整数倍或组合值，在频谱分析仪上显示为“孤立的尖锐峰值”。比如，2.4GHz的3次谐波是7.2GHz，会在频谱上出现一个单独的高电平点。

带外辐射是“连续频谱”。它是有用信号的自然扩展，从有用带宽边缘开始，功率随频率增加逐渐下降（如每10MHz下降20dB）。在频谱仪上，带外显示为“主瓣旁边的连续斜坡”——比如LTE信号主瓣（1805-1825MHz）旁，从1825MHz开始的连续下降曲线。

四、频率范围：从“邻近”到“全频段”的跨度

杂散的频率范围几乎覆盖“全频段”——从30MHz低频到GHz级高频都可能出现。比如，2.4GHz设备的杂散可能出现在30MHz（电源谐波）、4.8GHz（2次谐波）、7.2GHz（3次谐波），甚至与其他信号互调产生10GHz以上的频率。

带外辐射的频率范围则“紧邻有用带宽”。它不会离有用频率太远，通常在有用带宽外几MHz到几十MHz内。比如，LTE Band 3（1805-1880MHz）的带外辐射主要集中在1880-1900MHz（相邻Band 2频段），不会跑到5GHz或更高频率——因带外能量随频率快速衰减，远场功率已很低。

五、测试要求：限值、方法与设备的不同

杂散测试需“测全频段”：设备需在最大发射功率下，测量所有非有用频段的辐射。频谱分析仪需设为“峰值检波”或“准峰值检波”，RBW（分辨率带宽）选100kHz或1MHz（覆盖可能的杂散频率）。比如，3GPP TS 34.121要求杂散测试覆盖30MHz-12.75GHz的所有频段。

带外测试则“聚焦相邻频段”：需测量有用带宽外的邻近频段，用“有效值检波（RMS）”，RBW匹配有用信号带宽（如LTE用30kHz）。比如，LTE设备的带外测试要测有用带宽外5MHz、10MHz处的功率，计算邻道泄漏功率比（ACLR）——要求相邻信道功率比主瓣低45dBc以上。

三、信号特性：离散点与连续频谱的直观差异

杂散辐射的信号特性是“离散频率点”。由于杂散多来自谐波或互调，这些信号的频率是确定的整数倍或组合频率，比如2.4GHz的3次谐波是7.2GHz，与5GHz信号的互调产物可能是7.4GHz（2.4+5），每个杂散都是单独的、离散的频率点，在频谱分析仪上显示为“尖锐的峰值”。

带外辐射的信号特性则是“连续频谱”。它是有用信号频谱的自然扩展，比如LTE信号的有用带宽是20MHz（1805-1825MHz），其带外辐射会从1825MHz开始，以连续的频谱向更高频率延伸，功率随频率增加逐渐下降（比如每10MHz下降20dB）。在频谱分析仪上，带外辐射显示为“主瓣旁边的连续斜坡”，而非单独的峰值。

这种差异让测试时的“信号识别”变得容易：如果频谱上出现孤立的高电平点，大概率是杂散；如果是主瓣旁边的连续下降曲线，则是带外辐射。

四、频率范围：从“邻近”到“全频段”的跨度

杂散辐射的频率范围几乎覆盖“全频段”——从30MHz的低频到GHz级的高频，甚至更高。比如，2.4GHz WiFi设备的杂散可能出现在30MHz（电源谐波）、4.8GHz（2次谐波）、7.2GHz（3次谐波），甚至与其他设备的信号互调产生10GHz以上的频率。只要设备内部有非线性器件，任何频率都可能产生杂散。

带外辐射的频率范围则“紧邻有用信号带宽”。它不会离有用频率太远，通常在有用带宽外的几MHz到几十MHz范围内。比如，LTE Band 3（1805-1880MHz）的带外辐射主要集中在1880-1900MHz（相邻的Band 2频段），不会跑到5GHz或更高频率——因为带外是有用信号的延伸，能量随频率增加快速衰减，远场的辐射功率已经很低。

简言之，杂散是“到处都可能有”，带外是“只在有用频段旁边”。

五、测试标准：限值、方法与设备的不同

杂散辐射的测试要求更“宽泛”：需要测量设备在“最大发射功率”状态下，所有非有用频段的辐射。测试时，频谱分析仪需设置为“峰值检波”或“准峰值检波”（针对不同频段），RBW（分辨率带宽）通常设置为100kHz或1MHz（覆盖可能的杂散频率）。比如，3GPP TS 34.121要求，杂散测试需覆盖30MHz-12.75GHz的所有频段，每个频段都要测量。

带外辐射的测试则更“聚焦”：只需测量有用带宽外的“相邻频段”。测试时，频谱分析仪的RBW需匹配有用信号的带宽（比如LTE的RBW是30kHz），检波方式为“有效值检波（RMS）”，测量的是“邻道泄漏功率比（ACLR）”或“带外辐射功率（OOB）”。比如，LTE设备的带外测试需测量有用带宽外5MHz、10MHz、20MHz处的功率，计算与主瓣功率的比值。

此外，杂散测试通常需要“屏蔽室”或“开阔场”，避免外界干扰；带外测试则可以在实验室环境下进行，只要保证没有强干扰源。

六、干扰影响：对其他系统的不同威胁

杂散辐射的干扰是“跨系统、远距离”的。比如，2.4GHz设备的5次谐波是12GHz，可能干扰卫星通信系统（卫星通信常用12GHz频段）；30MHz的电源杂散可能干扰广播电台（AM广播在530-1600kHz）。这些干扰的受害者往往是“不相关的系统”，距离设备可能很远——比如，一台WiFi路由器的杂散可能影响几公里外的卫星接收站。

带外辐射的干扰则是“相邻、同类型”的。比如，LTE Band 3的带外辐射会干扰相邻的LTE Band 3载波（1880-1900MHz），或GSM Band 3（1800MHz）的信号。这些干扰的受害者是“同频段或邻近频段的无线系统”，距离设备通常较近——比如，同一基站下的LTE用户可能因带外辐射导致信号信噪比下降，出现掉话。

这种差异让“干扰排查”更有针对性：如果远处的卫星系统出现干扰，优先检查杂散；如果相邻的LTE用户频繁掉线，优先检查带外辐射。

七、优化策略：从“器件”到“频谱控制”的不同路径

杂散辐射的优化核心是“抑制非线性”。比如，选用线性更好的功率放大器（如GaN功放的非线性失真比GaAs功放小30%以上）、在功放输出端增加谐波滤波器（如LC陷波滤波器，可抑制2次谐波40dB以上）、隔离设备内部的不同频率路径（减少互调产物产生）。某WiFi设备曾因4.8GHz杂散超标（-20dBm），工程师加了一个4.8GHz陷波滤波器后，杂散降到-50dBm，顺利通过认证。

带外辐射的优化核心是“控制频谱扩展”。比如，使用更陡的带通滤波器（如腔体滤波器的过渡带宽可从10MHz缩小到2MHz，旁瓣抑制提升30dB）、优化调制的脉冲成形（如采用升余弦滤波器，旁瓣抑制比可达40dB）、降低有用信号的峰值平均功率比（PAPR——PAPR越低，功放非线性失真越小，频谱扩展越弱）。某LTE设备的ACLR曾仅35dBc（要求45dBc），工程师将原LC滤波器换成腔体滤波器后，ACLR提升到48dBc，满足标准要求。