调高功率并不等于测试更严格

辐射抗扰度测试的可信度，不会高于它所用的功率放大器。电平设置只做一次，用未调制的载波完成，此后每一个测试电平都是在功率放大器呈线性这一假设下由它推算出来的。测试时 80 % 调幅又把峰值再抬高 1.8 倍。只要功率放大器在这条链路的任何一处耗尽了余量，产品实际承受的场就不是报告上的场，而屏幕上不会有任何提示。饱和度检查与谐波检查，正是为了抓住这一点而存在。

测试电平是怎样确定的：算出来的，不是测出来的

IEC 61000-4-3 的电平设置用未调制载波完成，场强 E_L 至少为测试电平 E_T 的 1.8 倍。因此 10 V/m 的测试要在 18 V/m 上做电平设置，而测试时 80 % 调幅的峰值又把场拉回到这一电平。测试功率从来不是在测试过程中盯着探头调出来的：它是由一次恒定功率扫描计算得到的——先记录在起始点上产生 18 V/m 的那个功率，再把同一功率施加到其余十五个点上。标准给出了两种电平设置方法：恒定场强法（第 6.3.2 条）与恒定功率法（第 6.3.3 条）。这里展示的一切都遵循恒定功率法。在下面逐步操作，选择一个测试电平，把计算出的测试场与校准场作比较，并在功率放大器增益图上看到测试功率是如何从该频率上记录的功率推算出来的。

饱和度检查：增益曲线是直的吗？

再看一眼上面的增益图。测试点 P_T 是从记录下来的 P_c 沿增益直线下滑 Δ dB 得到的，信号发生器也移动同样的 Δ。只有这条线是直的，这一步才成立：P_T 处的增益必须等于在 P_c 处测得的增益。测试过程中没有任何环节会事后核对这一点。没有人会在测试期间把场强探头放回场中，功率就那样直接施加了。

接着，调制还要求更多。在 80 % 调幅下，峰值是载波的 1.8 倍，即高出 5.1 dB，因此在 10 V/m 的测试中，功率放大器会被推到电平设置时产生 18 V/m 的那个功率上。只要增益曲线在这一段的任何位置开始弯曲，峰值就会不足，产品承受的场就低于报告所述。整套方法成败系于一个假设：在实际使用的功率范围内，功率放大器的增益保持恒定。饱和度检查就是 IEC 61000-4-3 用来检验这个假设的手段。

检查本身很简单，而且要在每一个电平设置频率上做。P_L 是在最低场强点上产生 E_L = 18 V/m 的正向功率，用上面模拟工具的写法就是 P_c + 20·log(18 / E_low)；它是测试将要用到的功率范围的上端。把信号发生器保持在产生 P_L 的那个电平上，将其调低 5.1 dB——与 E_L/1.8 是同一个比值——然后记录新的正向功率。这个步进不是随意选的：它恰好覆盖 10 V/m 测试的调制峰值与其载波之间的那一段增益曲线。P_L 与新读数之差必须落在 3.1 dB 与 7.1 dB 之间。若落在其中，则认为功率放大器的线性度足够，该系统适合用于测试；若没有，则该系统在该频率与该电平下不适合用于测试。

P1dB，即 1 dB 压缩点，是功率放大器增益比其小信号值下降 1 dB 时的输出功率。在它以下，功率放大器接近线性：输入变化多少，输出就变化多少。在它以上，每多推 1 dB，输出的增加都不足 1 dB，直到功率放大器饱和、几乎不再增加。这就是功率放大器数据表中用来标称线性功率的那个数字。对 80 % 调幅而言，调制峰值比未调制载波高 5.1 dB，因此要让峰值不超过 P1dB，载波本身必须比 P1dB 低约 5.1 dB。如果一台功率放大器的 P1dB 额定值只是刚好覆盖载波功率，那么它已经在压缩自己本应输出的峰值。

• 小于 3.1 dB 意味着功率放大器在 P_L 处就已经压缩：电平设置功率中有一部分从未按比例输出，因此计算出的测试电平与调制峰值都不可信。
• 大于 7.1 dB 意味着输出的下降超过了输入，这是另一个方向上的非线性，例如增益扩张，或功率放大器内部有电平控制在起作用。
• 版本有差异。第 3.2 版接受 3.1 dB 至 5.1 dB，后来的一份解释单又接受了大于 5.1 dB 的下降。第 4.0 版把窗口写为 3.1 dB 至 7.1 dB，也就是 5.1 dB ±2 dB。
• 其他调制方式需要各自的检查。若使用 80 % 调幅以外的任何调制，标准要求依据该调制信号的峰值功率来做饱和度检查。

第 4.0 版还增加了附录 D.4，一项更完整的线性度检查：在实际使用的整个范围内——包括为调制而增加的 5.1 dB——以 1 dB 为步进推扫功率放大器，至少在每个频段的最低、中间与最高频率上进行，其增益应保持在 ±1 dB 以内。当一次电平设置被用来推导多个测试电平时，这一点尤其重要，例如由 10 V/m 的电平设置得出 3 V/m 的测试，跨越的是产生 1.67 V/m 到 18 V/m 所需的功率。把模拟工具中的测试电平滑块拉低到 3 V/m，增益图就说明了原因：计算出的 P_T 点此时远在直线下方，早已离开 5.1 dB 检查所考察的那一段。

饱和会对测试造成什么

看清饱和后果最直接的办法，是把同一个 80 % 调幅信号看两遍：一遍经过余量充足的功率放大器，一遍经过在调制峰值处耗尽余量的功率放大器。上面一行是标准所设想的样子。下面一行是产品从一台饱和的功率放大器那里实际收到的东西。

横向对比两行，差别一目了然：

• 无饱和时，频谱中恰好只有三条谱线：载波，以及两侧各 1 kHz 处的一个边带，每个都位于相对载波 −8 dB 处。这就是 80 % 调幅的特征，也是产品本应承受的唯一骚扰。2f 与 3f 处什么都没有。
• 饱和时，峰值被削平，频谱同时在两处发生变化。在载波周围，±2 kHz (−27 dB) 与 ±3 kHz (−40 dB) 处出现新的边带：这是 1 kHz 调制的谐波。而在远离载波处，2f (−37 dB) 与 3f (−26 dB) 处出现谱线：这是载波自身的谐波，宽带场强探头会把它们计入读数。
• 有用的边带反而变小。±1 kHz 边带降到 −9 dB，这意味着调制深度已从 80 % 降到约 71 %。本该用于调制产品的能量，跑到了标准从未要求的频率上。

对测试本身而言，这意味着：

• 峰值被削掉。产品收到的峰值场低于报告所述，调制也更浅。对多数产品来说，引起误动作的正是解调出来的 1 kHz 信号，因此更浅的调制意味着更宽松的测试。
• 电平设置是错的。如果功率放大器在电平设置期间处于压缩状态，那么正向功率数据建立在一个不成立的线性假设之上，由它算出的每一个测试电平都继承了这个误差。
• 骚扰不是标准所定义的那个。额外的 2 kHz 与 3 kHz 成分以及载波谐波，使产品暴露在标准未规定的信号之下，这既可能制造失效，也可能掩盖失效。
• 它可以藏起来。带有输出低通滤波器的功率放大器，或内部合成方式会在频段边缘抑制谐波的功率放大器，可能已经处于饱和却测不到载波谐波。±2 kHz 与 ±3 kHz 处的调制边带仍然存在，这正是 5.1 dB 检查必须独立进行、而不能从一个干净的频谱去推断的原因。对这类功率放大器，附录 D 建议永远不要超过 2 dB 压缩点，在该点上峰值幅度已经下降了约 20 %。

谐波检查：比基波低 6 dB

在功率放大器产生谐波的每一个频率上，谐波都应低到使电场中的谐波至少比基波低 6 dB。有两个细节很容易被忽略：

• 要看场，而不是功率放大器输出。天线在谐波处的效率常常远高于基波，尤其是在频段的低端。典型的宽带天线在 200 MHz 处的增益明显高于 100 MHz，驻波比也低得多：在 100 MHz，很大一部分正向功率被反射回来，被接受的那部分辐射效率也较低；而在 200 MHz，几乎全部功率都被接受并有效辐射。所以当 100 MHz 的测试信号带有 200 MHz 的二次谐波时，天线偏向谐波，一个在功率放大器输出端看起来可以接受的谐波，在场中相对基波可能强得多。附录 D 正是这样说的：视天线系数而定，功率放大器处的 6 dB 可能并不足够。
• 关注每个频段的低三分之一。谐波在每个功率放大器频段的低端最为要紧：在大约不超过功率放大器最高频率三分之一的范围内，二次与三次谐波仍然落在功率放大器和天线本就设计要输出的频段之内。

谐波会对场强探头读数造成什么

用于电平设置的场强探头是宽带的。它们并不知道自己看到的是哪个频率：它们对场中的一切都有响应，并套用被告知的那个频率的修正因子。因此谐波会被当作基波一并计入。它们加进去多少，取决于探头的检波器：真有效值响应的探头按功率相加，而工作在平方律区之外的二极管探头部分地响应峰值，此时谐波可能几乎全额相加，具体取决于它的相位。这就是附录 D 说误差为 10 % 或更大的原因。

• 产品受到的考核不足。附录 D 举了一个例子：10 V/m 的宽带读数由 9 V/m 的基波与 4.5 V/m 的谐波构成。电平设置在探头读到目标值时就停止，于是基波——也就是报告上的那个频率——最终比目标值低 10 % 或更多。
• 探头的修正用错了频率。所施加的修正因子是基波的。探头在 2f 或 3f 处的灵敏度可能相差 1 dB 以上，这会带来下面的简单计算并未包含的额外误差。
• 均匀性数据是错的。谐波在电波暗室中有自己的场分布，因此均匀场域的十六个读数混合了两个不同的场，由它们得出的正向功率数据哪一个场都描述不了。
• 虚假的失效。在测试频率上本来稳健的产品，可能在其谐波处失效。失效被记在了错误的频率名下，并可能导致一次本不必要的重新设计。
• 接收机是特例。即使非常微弱的谐波也可能使灵敏的接收机过载：在 300 MHz 上测试一台 900 MHz 的接收机，三次谐波正好落进它的频段。这里 6 dB 是不够的。信号发生器的非谐波杂散输出也会造成同样的后果。

动手试试：拖动谐波电平

滑块设定场中谐波相对基波的强弱，并显示一只按功率相加的探头会报出什么读数。示例实验室按 IEC 61000-4-3 对 80 % 调幅的做法，为 10 V/m 的测试在 18 V/m 上做电平设置。数字背后的假设列在图下方。

在记录中应当核对什么

合起来意味着什么：不确定度、合规性与功率放大器的选择

饱和与谐波作用于同一个方向。压缩的功率放大器给出的功率低于计算出的测试功率，并削去调制峰值；谐波则让探头把不在测试频率上的场也读了进去。无论哪一种，产品承受的场都低于报告所述。不过两者的处理方式不同。饱和由标准强制要求的检查来把关：通过 5.1 dB 步进的功率放大器就被视为足够线性，不确定度预算中不为它保留任何分量——这正是这项检查必须做、而且必须在每一个电平设置频率上做的原因。谐波却没有这样一道关口。6 dB 的指引给出了限值，却把误差留在原地，而附录 J 的示例预算中也没有对应的分量。把谐波滑到附录 D 指引的 −6 dBc，仅偏差一项就接近 1 dB，占总量的三分之一，比预算中除场强探头本身之外的每一个分量都大。

这不只是不确定度数字变大的问题。一份写着 10 V/m、而产品实际只承受了 9 V/m 的报告，并没有描述真正做过的那次测试。对认可实验室而言，ISO/IEC 17025 要求评定不确定度的每一项显著贡献，并要求监控结果的有效性；一个无人测量过的考核不足，两者都不满足。而那台通过了测试的产品，可能根本不符合要求。

这里面很多事，在选定功率放大器的那一天就已经决定了。在市场上稍加浏览就会发现，许多品牌的功率放大器只标出一个输出功率，却不说明那是饱和功率还是能线性输出的功率。许多干脆不给 P1dB。谐波常常完全不作规定，即使给出，也可能是降功率下的典型值，或只是在功率放大器输出端比基波低 13 dB 至 15 dB。所以在把一份数据表当真之前，值得先问几个问题：

• 标称的是哪一个功率？饱和功率、额定功率与 P1dB 之间可以相差 2 dB 以上。测试需要的是载波再加上调制峰值的 5.1 dB，而且要线性地输出；只有 P1dB，或者更好的、实测的线性度，才能说明这一点是否做得到。
• 是最小值还是典型值，又在频段的什么位置？一个典型值，或者只在单一频率上测得的值，几乎说明不了频段低端的情况，而那里恰恰是天线效率最低、所需功率最大的地方。
• 谐波是在多大功率下给出的？在降功率下给出、或根本没有注明功率的谐波指标，对你实际运行的电平什么也说明不了。而功率放大器输出端的 13 dB 至 15 dB，一旦天线在场中开始偏向谐波，就几乎不剩什么裕量。

功率放大器通常是辐射抗扰度系统中最大的一笔投入，而数据表上的数字终究只是数字。实验室真正买的，是这个数字可以被信赖、并且已经过验证的那份保证。

我们据以挑选所售产品的，正是这一点。两款 Teseq 功率放大器覆盖 IEC 61000-4-3 的频率范围。两者的设计都针对饱和与谐波对测试的影响：标称数字给出的就是线性功率，谐波按最差情况而非舒适的回退量给出保证，而驱动它们的软件会把这些检查做完：

80 MHz 至 1 GHzTeseq CBA 80M1G E 系列 A 类，单频段，四个型号。标称功率就是线性功率：P1dB 处 100 W、225 W、450 W 与 975 W，饱和值另行标出。谐波按最差情况在 P1dB 处规定，最小 −20 dBc；产品手册还印有增益误差曲线，并在上面画出 P1dB 线。

0.8 GHz 至 6 GHzTeseq CBA 6G D 系列 A 类，P1dB 处 30 W 至 400 W，内置已校准的定向耦合器用于测量正向功率。200 W 型号同样在 P1dB 处规定谐波：0.8 GHz 至 1 GHz 为 −17 dBc，1 GHz 至 6 GHz 为 −19 dBc，两者都是最小值而非典型值。

测试软件Nexio BAT-EMC 辐射抗扰度模块负责完成电平设置，并在每一个电平设置频率上同时做 5.1 dB 饱和度检查，结果与正向功率数据保存在一起。附录 D.4 的线性度步进与 16 点场均匀性也由同一模块、同一套驱动运行，并自动进入报告。

两款功率放大器都能 100 % 耐受失配且不降额回退，这在频段低端尤其重要——那里天线会把给它的大部分功率反射回来——并且都提供三年制造商保修。以上数据取自制造商数据表；以数据表为准，规格可能变更。

其余的是我们这边的工作。我们按贵方的测试方案来配置功率放大器，而不是按标称瓦数；饱和度检查、附录 D.4 线性度检查与谐波，都可以作为场均匀性验证的一部分在贵方自己的系统上运行，使这些数字不只是印在纸上，而是被展示出来，并且在每次重做电平设置时都被记录，而不是只在采购时记录一次。