5G 時代的電磁雜訊新紀元：從傳統檢波邁向 Multi-CISPR APD 的技術演進

在電磁相容性（EMC）領域深耕二十餘載，我們見證了測量技術從類比時代的簡單峰值捕捉，演進到如今高度數位化、統計化的精密分析，早期的電磁干擾（EMI）量測主要關注連續波（CW）或簡單的脈衝訊號，當時的測試工具足以應付，然而隨著 2020 年底全球物聯網（IoT）產品突破 200 億件，且大量運作於 2.4 GHz ISM 等非授權頻段，頻譜環境已變得前所未有的擁擠與動態。

當前的技術挑戰在於：現代數位通訊訊號（如 5G NR、Wi-Fi 7）具備複雜的調變特性與前向錯誤更正（FEC）機制，這意味著傳統的「峰值（Peak）」或「平均值（Average）」檢波器已無法準確衡量干擾對通訊品質的真實影響，為了應對這一變革，幅度概率分佈（Amplitude Probability Distribution, APD），特別是 Multi-CISPR APD 技術，已成為當前 EMC 領域最受矚目的技術指標，它不僅改變了我們定義雜訊的方式，更重新定義了合規性測試的效率邊界。

為什麼傳統檢波器在寬頻數位通訊前顯得力不從心？

傳統的 EMI 接收機主要依賴幾種基礎檢波模式：峰值（Peak）、準峰值（Quasi-Peak）與平均值（Average），這些模式在處理固定頻率的連續干擾時非常有效，但在面對現代數位設備產生的「類雜訊」干擾時，卻存在明顯的物理侷限性。

峰值、準峰值與平均值的物理侷限性

峰值檢波捕捉的是極短時間內的能量最大值，而準峰值則引入了權重函數來模擬人耳對廣播干擾的感知，然而數位通訊系統（如 LTE 或 5G）對於干擾的忍受度並非僅取決於「瞬時最大能量」，現代數位接收機具備 FEC 編碼，可以校正一定比例的位元錯誤，如果一個干擾訊號雖然峰值很高，但出現頻率極低（低佔空比），數位系統可能完全不受影響；反之，一個峰值中等但持續存在的干擾，則可能導致整個通訊鏈路崩潰，傳統檢波器無法提供關於干擾「發生機率」的資訊，這導致測試結果與真實效能之間存在巨大的鴻溝。

數位調變訊號與 FEC 的抗擾特性

在 5G 時代，評估電磁環境必須考慮到功能性無線性能（Functional Wireless Performance, FWP），數位訊號的穩健性來自於其統計特性，若要評估一個非意圖性輻射源（如工業微波設備或家用電器）是否會干擾 5G 基地台，我們需要知道干擾電平超過接收機容許門檻的時間比例，這正是 APD 技術介入的切入點：它不再只給出一個單一的電壓值，而是給出一條描述「幅值與出現機率」關係的統計曲線。

深度解析 APD（幅度概率分佈）：電磁干擾評估的統計學革命

APD 測試方法提供了一個維度，讓我們能深入洞察干擾訊號在定義頻寬與時間窗口內的行為。這是一場從「點測量」到「分佈測量」的統計學革命。

APD 的技術原理：時間、幅值與機率的三角關係

APD 的核心在於記錄訊號幅值超過特定水平的時間比例，在 APD 圖表中，橫軸（X-axis）代表訊號幅值（通常以 dBuV 表示），縱軸（Y-axis）則代表累積出現機率，例如，某個點位顯示「在 60 dBuV 時機率為 10^-2」，這意味著在整個觀測時間內，訊號強度有 1% 的時間超過了 60 dBuV。

透過這種方式，技術人員可以輕易區分兩種截然不同的干擾源：

1. 高幅值、低頻率脈衝：
   在圖中表現為曲線在高端迅速下降，這類干擾通常可被數位接收機的 FEC 修正。
2. 低幅值、高頻率雜訊：
   曲線下降緩慢，代表干擾持續存在，極易導致通訊傳輸量（Throughput）下降或封包錯誤率（PER）飆升。

CISPR 11 與微波爐測試：APD 的第一個實戰戰場

微波爐是 2.4 GHz 頻段最強大的干擾源之一，其運作頻率會因振盪器品質而產生劇烈漂移，最新的 CISPR 11 標準引入了 APD 方法作為評估微波設備的替代方案，在 APD 測試中，標準定義了一個「失敗區域（Fail Area）」（通常在圖表中以紅色標記），一旦測量曲線進入該區域，即判定為不合規，這比傳統的對數平均值法（Log Average Method）更具診斷價值，因為它能精確顯示干擾是如何損害數位通訊容量的。

APD 分析圖表，展示了不同幅值下的累積出現機率，紅色區域為 CISPR 11 定義的失敗判定區。
 

Multi-CISPR APD：應對頻譜漂移與多通道併發的終極方案

雖然單通道 APD 已具備強大的分析能力，但在面對 5G 等寬頻系統或頻率會漂移的干擾源時，單通道量測顯得捉襟見肘，這促成了 Multi-CISPR APD 技術的誕生，它代表了當前頂級 EMI 接收機（如 R&S ESW）的最高技術成就。

67 通道併發：捕捉「捉摸不定」的漂移干擾

現代數位接收機可以利用強大的運算力，同時執行多達 67 個通道的 APD 評估。這對於監控如微波爐這類頻率不穩定的干擾源至關重要，傳統方法需要頻繁更換中心頻率，極易遺漏瞬時漂移，Multi-CISPR APD 可以在中心頻率及其上下各 5 MHz、10 MHz 等多個點位同時進行統計，確保即使干擾源發生頻率偏移，接收機也能在至少一個通道中捕捉到完整的 APD 特性。

從 2D 到 3D：全維度電磁環境的可視化

Multi-CISPR APD 不僅提供傳統的二維曲線，最新的分析軟體能將多通道數據整合為 3D 瀑布圖或機率分佈圖。技術人員可以透過觸控手勢進行縮放、旋轉，從不同角度觀察頻率、幅值與機率的連動關係。這種直觀的可視化能力，讓複雜的電磁環境除錯（Debug）工作從原本的「猜測」轉變為數據驅動的「診斷」。

系統整合的關鍵：時域掃描（TDS）與高精度接收機的協同

要在極短時間內完成如此複雜的統計計算，後端的接收機架構必須具備革命性的突破，這涉及到 時域掃描（Time Domain Scan, TDS） 技術的全面優化。

TDS 最佳化：縮短 99.9% 的測試週期

傳統的步進掃描（Stepped Scan）在執行寬頻測試時極其耗時，難以捕捉間歇性干擾，現代接收機利用快速傅立葉變換（FFT）的時域掃描技術，可以在幾秒鐘內完成過去需要數小時的頻譜掃描。

根據實測數據，針對車用標準 CISPR 25 的 9 kHz 解析度頻寬（RBW）量測，使用優化後的 TDS 技術可以將掃描時間從幾十分鐘縮短至 40 秒以內，這種速度上的飛躍不僅僅是效率問題，更表示我們能夠在測試過程中實施更複雜的 APD 分析，而不會導致總體測試成本失控。

5G FR2 的挑戰：高達 200 GHz 的 RSE 量測

隨著 5G 邁向毫米波頻段（FR2），輻射雜散發射（Radiated Spurious Emissions, RSE）的測試需求已擴展至驚人的 200 GHz，這要求測試系統具備極佳的靈敏度（如典型值 –40 dBm/1 MHz），在這種極高頻段，訊號的衰減極快，系統必須整合專用的頻率轉換接收單元（如 R&S TC-RSE），並在 ELEKTRA 自動化軟體的指揮下，精確執行 2D/3D 空間掃描與總輻射功率（TRP）評估。

高階 EMI 接收機展示 Multi-CISPR APD 分析界面，結合 2D 統計曲線與 3D 頻譜分佈圖。
 

射頻鏈路的最後一哩路：寬頻放大器與天線的線性度考量

無論分析軟體多麼先進，前端硬體的訊號品質始終是決定測量準確性的基石，在高場強輻射抗擾度（EMS）或共存性測試中，功率放大器的線性度與 VSWR 耐受力是重中之重。

1dB 壓縮點與諧波失真的交互影響

一個優質的 EMC 放大器必須具備高線性度，1dB 壓縮點（P1dB） 是衡量線性度的黃金指標：在此點之後，輸入功率的增加不再產生等比例的輸出功率增長，如果放大器運作在壓縮區，會產生嚴重的諧波與交互調變產物，在進行 RSE 或 APD 分析時，放大器產生的非預期諧波可能會掩蓋受測設備真實的雜散發射，導致測試結果的誤判；因此資深實務者會堅持選用 P1dB 遠高於實際運作功率的放大器，並優先選擇 Class A 架構，Class A 放大器具備 360° 的導通角，能提供最精確的訊號複製與最低的諧波失真。

 

VSWR 失配保護：確保大功率輸出下的穩定性

在輻射測試中，天線的阻抗會隨頻率劇烈變化，且受測設備（如大型汽車）的電磁反射會耦合回天線，形成極高的電壓駐波比（VSWR），高 VSWR 意味著大量能量反射回放大器內部，可能導致功率晶體燒毀，頂級的寬頻放大器（如 R&S BBA 系列）具備 100% 的失配耐受能力。即使在天線端發生開路或短路（VSWR 無窮大）的極端情況下，放大器仍能持續滿功率運作而不發生物理損壞，這種硬體層級的韌性，是確保長時間、全自動化 EMC 測試任務成功的核心保障。

產品與解決方案介紹

在構建具備 5G 時代分析能力的 EMC 測試實驗室時，儀器的整合性與前瞻性至關重要，針對上述 APD 分析、TDS 掃描與高頻 RSE 需求，奧創系統提供以下核心解決方案：

R&S ESW EMI 測試接收機

合規性測試的標竿，支援全新的 Multi-CISPR APD 分析選項與快速 TDS 模式，具備無與倫比的動態範圍與脈衝解析度。

 

R&S BBA 系列寬頻放大器（BBA130/150/300）

• BBA130：
  全球首款支援 Class A 與 Class AB 在線調諧的放大器，滿足從精確 CW 到高功率脈衝的多樣化需求。
• BBA150：
  專為 4 kHz 至 6 GHz 設計，具備 100% 抗失配保護，是輻射測試系統的理想動力源。
• BBA300：
  覆蓋高達 18 GHz 的超寬頻帶，適合 5G FR1/FR2 與微波通訊測試。

R&S BBA300 放大器具備 VSWR 6:1 高失配容忍度、連續掃頻以及 SCPI 智慧控制，確保 EMC 實驗室和產線測試的高效與可靠。
 

R&S TS9975 (EMI) 與 TS9982 (EMS) 測試基座系統

模組化架構的一站式解決方案，可依據商業、車用、軍用或無線法規進行彈性配置。

Rohde & Schwarz 提供可擴展的 EMC 一站式測試系統 (Turn-key Systems)，以 TS9975 (EMI) 與 TS9982 (EMS) 為核心，針對汽車、軍用、商業及無線通訊法規量身打造
 

R&S ELEKTRA EMC 測試軟體

系統的「指揮官」，內建完整法規庫與自動化校正流程，全面支援 5G FR2 的 RSE 量測與 APD 數據管理。

R&S ELEKTRA 是現代化實驗室的核心，它不僅僅是執行測試，更是一個工作流程管理工具
 

R&S HL562E ULTRALOG 寬頻天線

支援 30 MHz 至 6 GHz，實現單天線同時執行 EMI 與 EMS 量測，極大化暗室運作效率。

超寬頻天線，覆蓋 30 MHz 至 6 GHz，其獨特之處在於可同時用於 EMI 發射量測與 EMS 抗擾度測試（10 V/m 以上），實現「單天線解決方案」，無需在不同測試項目間更換天線，大幅縮短測試時間
 

構築數據驅動的電磁相容性評估體系

從傳統的檢波技術轉向 APD 與 Multi-CISPR APD 分析，標誌著 EMC 測試已從單純的「法規過關」進化為「效能保障」，在 5G 與萬物互聯的未來，電磁干擾不再是一個靜止的數值，而是一個充滿機率與動態的統計量，透過結合時域掃描的高速效能、高階接收機的統計分析能力，以及寬頻放大器的穩健硬體，我們方能為現代數位社會建構起一道堅實的電磁韌性屏障。這不僅是技術的升級，更是對電子可靠性認知的全面範式轉移。