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FCC和ETSI对ASK调制/短距离UHF发送器的要求

时间:11-10 来源:3721RD 点击:

范指出,测量带宽必须至少是允许的20dB发射带宽的1%。所以对于315MHz的信号,787.5kHz带宽的1%大约为8kHz,那么将频谱分析仪的带宽设置为10kHz即可满足要求。而对于433.92MHz的信号,1.085MHz带宽的1%略大于10kHz。此时频谱分析仪的带宽必须设置为30kHz,因为这是10kHz以上最接近10kHz的设置。对于315MHz和433.92MHz中的任意一种信号,测量带宽都低于100kHz。

不同厂商生产的锁相环(PLL)发送器的相位噪声谱密度会有很大的不同。在距离载波频率500kHz处测量时,Maxim系列RF CMOS发送器的相位噪声密度介于-85dBc/Hz和-90dBc/Hz之间。这说明在100kHz最大FCC带宽内测量的相位噪声比距离载波频率500kHz处的功率小35dB以上。若数据速率较低,当测量距离载波频率500kHz处的频谱时,相位噪声的存在会增加调制谱的测量值,尽管其理论旁瓣功率电平比载波波瓣功率小35dB以上。

如果使用较宽的测量带宽(如100kHz),由于ASK调制对VCO的瞬态牵引,会使测量的谱高度增加5dB。具有"Max Hold" (最大值保持)功能的宽分辨率滤波器可以检测到这些只存在几微秒的瞬态频谱变化。将滤波器的分辨带宽减小到30kHz或更低时,可以基本消除这一现象对测量频谱的影响。

采用FCC所要求的峰值检波器或"Max Hold"设置时,鉴于以上三种因素的影响,会使测量功率增加多达10dB。因此,距离载波频率500kHz频点处的发射带宽测量频谱可能只比载波功率小20dB到25dB,尽管理论上调制谱要小35dB到55dB。由于理论频谱和测量频谱之间存在这一巨大差异,高数据速率的ASK发送器在进行FCC测试时可能出现问题。因为FCC要求考虑所有影响因素后,距离载波频率大约500kHz处的频谱要比载波波瓣功率小20dB。对应不同的数据速率,表1列出了距离载波频率500kHz处ASK调制边带的理论谱高度。同时也给出了采用100kHz、30kHz和10kHz带宽时测量的功率。

图4和图5分别示出了MAX1472 ASK发送器IC使用100kHz和30kHz测量带宽时的测量频谱,调制信号采用数据速率为19.2kbps的方波信号。计算出的功率电平和测量功率电平之间的差异是由相位噪声、VCO瞬态牵引和"峰值保持"测量技术造成的。使用30kHz的分辨带宽可以使功率测量值从-25dBc降至-30dBc,从而增加了满足发射带宽要求的裕度。

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图4. 频谱分析仪采用100kHz分辨带宽进行FCC发射带宽测量时,所测量的MAX1472已调信号频谱,调制信号为9.6kHz方波信号。
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图5. 频谱分析仪采用30kHz分辨带宽进行FCC发射带宽测量时,所测量的MAX1472已调信号频谱,调制信号为9.6kHz方波信号。

杂散辐射

FCC第15.231(b)(3)节指出,杂散辐射的信号强度必须保持在该节表格中列出的规定电平以下。该表格规定了载波频率处的有意发射限制值和发射带宽之外的杂散辐射限制值。这些杂散信号强度要比所允许的最大有意发送电平低20dB。也就是说,如果发送器正在辐射最大允许电平,那么发射带宽之外的辐射功率必须比载波功率电平低20dB以上。这符合辐射最大功率时的20dB发射带宽要求。根据CISPR-16,需使用一个准峰值检波器或者带峰值检波器的频谱分析仪测量杂散辐射。除了频谱分析仪的带宽设置为100kHz外,该过程很像发射带宽的测量过程。

我们应该注意到,如果发送器辐射的不是最大允许功率,那么最大杂散辐射电平仍然采用表格中所规定的绝对信号强度值。这样的话,发射带宽外的杂散辐射可能并不需要比有意辐射功率低20dB。

ETSI对ASK发送器的要求

在欧洲,433.05MHz至434.79MHz的频带内允许发送高达+10dBm的信号。满足ETSI EN 300 220-1规范要求的主要目的是使带外发射保持在250nW (或-36dBm)以下,并且在470MHz至862MHz频段内保持在4nW (或-54dBm)以下。433MHz频带的"带外"是指433.05MHz至434.79MHz的1.74MHz频谱之外的任意频率。选择433.92MHz,因为它刚好处于频带的中心频点。以载波频率为参考点,任何±870kHz之外的发射都属于"带外"。有两个发射类别要符合-36dBm限制要求。第一类是落在±870kHz之外的信号调制边带。第二类是杂散辐射。

调制边带

使用上述的式1至式3可以构成表2,表2与表1类似,只是与载波频率的距离改为870kHz,而不再是FCC要求的近似500kHz。

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如图3所示,对应8kbps数据速率,每个边带都是以4kHz的奇数倍频率为中心的。也就是说,4kHz的第219个谐波边带是距离载波频率870kHz以外的第一个完整边带,而且该边带的总功率必须低于-36dBm。根据表2,第219个边带的功率比载波波瓣谱高度低51dB,看起来可很好地满足低于-36dBm这一限制要求。由于+10dBm限制值对应未调制载波的测量发送功率(ETSI EN 300 220-1,第8.2节),边带功率实际上比未调制的载波功率低57dB,看起来效果更好。在发送器辐射+10dBm最大允许功率的情况下,计算的边带功率是-47dBm,比-36dBm的限制要求低11dB。与FCC规定的情况一样,发送器的相位噪声和功率测量技术会提高测量的功率电平,使其高于理论值。

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