統計化頻譜與極速時域掃描：5G 毫米波時代電磁干擾量測的範式轉移

在電磁相容性（EMC）技術演進的二十年長河中，量測領域正經歷一場前所未有的物理性變革，過去的技術架構主要圍繞著類比訊號的峰值捕捉，然而隨著 2020 年底全球物聯網（IoT）產品突破 200 億件，且 5G 技術全面向毫米波（FR2）頻段推進，傳統的步進式頻率掃描（Stepped Frequency Scan）已然觸及了時間成本與準確度的邊界。

當前的技術熱點不再僅僅是獲取一個數值，而是如何在頻譜擁擠且具備動態調變特性的電磁環境中，實現對干擾訊號「發生機率」與「時域特性」的全維度解析，這涉及到兩項關鍵技術的融合：時域掃描（Time Domain Scan, TDS）的算法極致優化，以及針對數位通訊抗擾特性而生的 Multi-CISPR APD（幅度概率分佈）分析，這不僅是量測工具的更迭，更是從「靜態波形觀測」向「動態統計分析」的範式轉移。

時域掃描（TDS）的物理實現：從分鐘級到秒級的效率革命

在 EMI（電磁干擾）測試的實務中，測試效率始終是縮短產品上市週期（Time-to-Market）的核心指標，傳統接收機採用局部振盪器步進的方式，在每個頻點停留一段時間，這種方法在處理數 GHz 的頻寬時，耗時極長，且極易遺漏瞬時的間歇性干擾。

FFT 算法與 CISPR 16-1-1 合規性的技術整合

現代高階接收機導入了基於快速傅立葉變換（FFT）的時域掃描技術，其技術核心在於透過強大的數位處理能力，在同一個時間視窗內並發處理數千個頻點，與傳統步進掃描相比，這種技術可以在幾秒鐘內完成以前需要數小時的全頻譜掃描。

特別是在車用電子標準 CISPR 25 中，對於 30 MHz 至 1000 MHz 頻段，若使用 9 kHz 的窄解析頻寬（RBW）進行量測，傳統掃描的計算複雜度極高，最新的「Fast TDS」模式透過優化重疊處理與窗函數算法，能將此類繁瑣測試的時間縮短至 40 秒以內，且依然完全符合 CISPR 16-1-1 對於準峰值（Quasi-peak）檢波器的嚴格要求，這種速度上的提升，讓系統能夠在開發早期就進行多次全掃描診斷，大幅降低了後期重新設計的成本。

毫米波 RSE 測試的頻率延伸挑戰

隨著 5G 毫米波 FR2 標準的實施，輻射雜散發射（RSE）的測試需求已擴展至 200 GHz，在這種極高頻段，訊號的空間衰減（路徑損耗）極其劇烈，對接收系統的靈敏度提出了近乎物理極限的挑戰，技術路徑上，必須整合專用的頻率轉換接收單元（Frequency-converting receive units），具備優異的感度（典型值達 –40 dBm/1 MHz），並結合自動化軟體進行 2D/3D 空間的正交掃描與總輻射功率（TRP）評估。

針對 5G FR2 高達 200 GHz 頻段設計的 RSE 測試系統，整合了倍頻器與頻率轉換單元，實現全自動化 TRP 評估。

統計化頻譜分析：Multi-CISPR APD 對數位通訊品質的深層解析

在 5G 與 Wi-Fi 7 共存的電磁環境中，單純的電壓幅值已不足以描述干擾對通訊鏈路的破壞性，現代數位傳輸具備前向錯誤更正（FEC）編碼，這表示通訊系統能容忍一定比例的位元錯誤而不導致斷連。

幅度概率分佈（APD）的統計學意義

APD 測試方法不再僅給出單一點的峰值電平，而是記錄在特定頻寬與時間窗內，訊號幅值超過特定水平的時間百分比，這對於評估「類雜訊」干擾源至關重要，例如，一個具備高幅值但極低發生頻率的脈衝干擾，其對 5G 傳輸量的影響可能遠小於一個幅值中等但持續存在的雜訊。

在最新修訂的 CISPR 11 標準中，APD 已被正式列為微波設備干擾評估的替代方案，量測結果以一條累積概率曲線呈現：橫軸為幅值（dBuV），縱軸為累積出現機率，一旦曲線進入標準定義的「失敗區域（Fail Area）」，即判定設備不合規。

67 通道併發：捕捉頻率漂移干擾的診斷利器

對於如微波爐這類運作頻率會隨溫度劇烈漂移的干擾源，單通道 APD 往往會因為頻率錯位而錯失真實的干擾特性，技術上的突破在於實現 Multi-CISPR APD 併發分析，能在高達 67 個通道中同時執行統計計算。

在單一顯示界面中，這項技術結合了 2D 統計曲線與 3D 概率分佈圖，透過觸控手勢，技術人員可以旋轉、縮放頻譜中的「機率峰值」，精確鎖定干擾源在頻域上的動態行為，這種直觀的數據可視化，讓原本難以除錯的隨機干擾問題變成了可追蹤的統計數據。

高階 EMI 接收機的 Multi-CISPR APD 顯示介面，同時展示 2D 統計曲線與 3D 頻譜概率分佈，用於深度分析數位干擾。

物理層的功率支柱：高場強測試下的放大器線性度與 VSWR 韌性

無論分析算法多麼精湛，發射端的物理訊號品質始終是量測準確性的基石，在輻射抗擾度（EMS）測試中，系統需要在 3 米甚至 1 米的距離下產生高達 200 V/m 的場強。

1 dB 壓縮點對頻譜純淨度的深遠影響

功率放大器的線性度是決定測試有效性的核心，當放大器進入壓縮區時，輸入功率的增加將不再按比例轉化為輸出功率，業界公認的衡量指標是 1 dB 壓縮點（P1dB），即實際輸出比理想線性輸出低 1 dB 的位置。

若放大器運作在 P1dB 附近或超出該點，會產生嚴重的諧波（Harmonics）與交互調變產物，這會產生一個極其危險的誤判風險：受測設備（EUT）可能對這些非預期的諧波頻率產生反應，而測試者卻誤以為是基頻訊號導致的故障，因此，頂級測試配置必須堅持使用 P1dB 遠高於實際運作功率的放大器，並要求在全功率輸出下諧波抑制需優於 -20 dBc。

Class A/AB 動態調諧與 VSWR 失配保護

傳統放大器架構通常在線性度（Class A）與效率（Class AB）之間做二選一，現代先進設計已演進至具備「可調諧偏壓點（Adjustable Bias Point）」的功能，允許用戶在運行中連續調整電晶體偏壓，在需要產生極致純淨的連續波（CW）時，切換至 Class A 模式；而在需要精確還原雷達脈衝訊號時，則切換至 Class AB 以獲得更好的動態響應；此外由於天線阻抗隨頻率變化劇烈，且待測物（如汽車或大型醫療設備）會產生強大的電磁反射，這形成了極高的電壓駐波比（VSWR），若放大器缺乏韌性，反射功率可能引發內部電弧或損壞功率晶體；卓越的寬頻放大器技術現在強調 100% 的失配耐受能力，即在 VSWR 無限大（如天線開路或短路）的極端情況下，仍能持續滿功率運行不發生損毀。

系統共振：從單點儀器到自動化監控生態系

在處理複雜的 EMC 任務時，單點設備的效能必須透過系統化的整合思維才能轉化為生產力，這涉及到自動化軟體的指揮功能與機器視覺的故障判讀。

閉迴路功率控制與路徑損耗自動補償

為了在受測區域獲得精確的電磁場強度，系統必須實施閉迴路功率控制（CLPC），透過功率感測器監控放大器的輸出，並動態補償電纜損耗、天線指向誤差以及路徑損耗，這種動態調整確保了即使在測試環境發生微小變化時，施加在待測物上的能量依然穩定可靠。

機器視覺在抗擾度判定中的應用

在抗擾度掃描過程中，判斷設備是否故障傳統上依賴人工觀察螢幕或指示燈，這不僅低效且容易出錯，當前的技術前沿是導入視覺檢查軟體（如 AdVISE），利用影像辨識技術自動監控待測物的狀態（如顏色變化、螢幕凍結、OCR 文字識別），一旦偵測到異常，軟體會自動記錄當前的頻率、場強與極化方向，並截取故障發生的影片片段，實現了真正的 100% 客觀且可重複的測試流程。

產品與關鍵解決方案介紹

基於上述對 5G 與高頻量測技術的深度剖析，Rohde & Schwarz提供了一系列代表業界最高標準的 EMC 解決方案，加速產品從標準定義到最終合規的進程：

R&S ESW EMI 測試接收機

業界首選的合規測試標竿，支援全新的 Multi-CISPR APD 分析與極速時域掃描（TDS），具備無與倫比的動態範圍與脈衝解析度。
 

R&S TS9975 與 TS9982 基座系統

全方位的 EMI 與 EMS 測試母平台，具備高度可擴展性，無論是 10 Hz 的傳導測試還是 40 GHz 的輻射量測，皆可透過模組化配置達成。
 

R&S BBA 系列寬頻放大器（BBA130/150/300）

BBA130： 提供可調諧 Class A/AB 偏壓技術，滿足從設計驗證到生產測試的多樣化線性度需求。
BBA150： 覆蓋高達 6 GHz 的關鍵頻段，具備 100% 的抗失配保護，是產生高場強的最佳動力源。
BBA300： 針對 5G 毫米波優化，頻率可連續延伸至 18 GHz，支援複雜的 OFDM 調變訊號。
 

R&S ELEKTRA EMC 測試軟體

現代化實驗室的指揮官，內建全球完整法規庫，將複雜的 UFA 校正、路徑切換與 200 GHz RSE 量測轉化為直觀的自動化流程。
 

R&S AdVISE 視覺檢查軟體

透過影像辨識科技取代傳統人眼，實現無人值守的自動化故障監控。
 

R&S HL562E ULTRALOG 寬頻天線

支援 30 MHz 至 6 GHz 的超寬頻範圍，單一天線即可同時執行 EMI 發射與 EMS 抗擾度量測，大幅提升實驗室稼動率。

在頻譜革命中構築電子設備的免疫屏障

回顧這二十年的發展，EMC 測試已不再是單純的法規過關檢測，而是對電子產品在複雜、動態且高密度的電磁生態系中可靠性的深度驗證，透過時域掃描的高效捕捉、Multi-CISPR APD 的機率分析，以及功率放大器在全反射環境下的極限韌性，技術團隊才能在瞬息萬變的頻譜戰爭中，為每一件電子裝置構築起一道堅實的電磁免疫屏障。未來的量測技術，將持續在統計維度與極高頻譜中探索，確保萬物互聯的承諾能在最嚴苛的物理環境下得以實現。