2.4GHz ISM 设备占用带宽和扩频带宽/因子检测

2.4GHz ISM设备占用带宽与扩频带宽/因子检测：核心检测项目详解

一、占用带宽（Occupied Bandwidth, OBW）检测

定义：占用带宽指设备发射信号99%能量分布的频谱宽度，用于评估频谱利用率。

检测项目：

1. 能量分布测试

   • 方法：使用频谱分析仪（如Keysight N9020B）的OBW功能，设置分辨率带宽（RBW）为信号符号速率的1%~3%，扫描带宽覆盖预期范围。
   • 标准：FCC要求OBW不得超过标称频段的限制（如Wi-Fi 20MHz信道OBW≤22MHz）。
   • 数据处理：通过积分功率计算，确定99%能量边界点。

2. 带外杂散发射（Out-of-Band Emissions）

   • 附加测试：验证OBW外的杂散功率是否低于限值（如-20dBc/100kHz）。

关键仪器：

• 高精度频谱分析仪、信号发生器、衰减器。

二、扩频带宽与扩频因子检测

扩频技术分为直接序列扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS），检测需分技术讨论。

A. DSSS系统检测

1. 扩频带宽（Chip Rate验证）

   • 定义：扩频后的码片速率（Chip Rate）决定带宽，如IEEE 802.15.4（ZigBee）的2MHz码片速率对应约5MHz扩频带宽。
   • 测试：通过矢量信号分析仪（如R&S FSW）解调信号，提取码片速率，验证是否符合标准（如±10%容差）。

2. 处理增益（Processing Gain）与扩频因子

   • 扩频因子（SF）：SF = 码片速率 / 符号速率（如802.11b中SF=11，对应1Mbps符号速率和11Mchip/s）。
   • 验证方法：测量符号速率（如通过星座图分析）与码片速率的比值，计算SF是否达标。

B. FHSS系统检测

1. 跳频信道数与间隔

   • 标准要求：如蓝牙经典（Bluetooth BR/EDR）需在79个1MHz信道中跳频，ETSI规定至少15个信道。
   • 测试：记录跳频序列，统计实际使用信道数及间隔是否符合规范。

2. 驻留时间（Dwell Time）

   • 定义：信号在单一信道的停留时间（如FCC限制≤400ms/30s）。
   • 方法：通过时间门控频谱分析，测量每个信道的持续时长。

3. 跳频速率（Hop Rate）

   • 验证：蓝牙标准要求1600跳/秒，需通过时域信号捕捉分析跳频切换速度。

关键仪器：

• 实时频谱分析仪（如Tektronix RSA500）、协议分析仪。

三、测试流程与挑战

1. 预测试设置

   • 校准仪器，屏蔽环境干扰，设置设备为大发射功率。

2. 动态参数处理

   • 对自适应跳频（AFH）或功率控制设备，需锁定测试模式。

3. 数据验证

   • 多次测量取平均值，对比标准限值表（如ETSI EN 300 328 V2.2.2的OBW限值）。

常见挑战：

• 信号瞬态跳变导致OBW测量偏差，需调整频谱仪平均扫描模式。
• 低功耗设备（如BLE）信号不稳定，需延长捕获时间。

四、结论

合规性检测是2.4GHz ISM设备市场准入的核心环节：

• 占用带宽确保频谱资源合理分配，减少相邻信道干扰。
• 扩频参数验证直接关联抗干扰能力与通信可靠性。通过标准化测试（如FCC/CE认证），厂商可证明设备符合法规要求，提升产品竞争力。

附录：典型测试报告需包含设备配置、测试环境、仪器型号、详细数据及合规结论。