手機(jī)OTA測(cè)試

2016-12-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1OTA 測(cè)試介紹

1.1 手機(jī)的無源測(cè)試和有源測(cè)試

當(dāng)前在手機(jī)射頻性能測(cè)試中越來越關(guān)注整機(jī)輻射性能的測(cè)試,這種輻射性能反映了手機(jī)的最終發(fā)射和接收性能。目前主要有兩種方法對(duì)手機(jī)的輻射性能進(jìn)行考察:一種是從天線的輻射性能進(jìn)行判定,是目前較為傳統(tǒng)的天線測(cè)試方法,稱為無源測(cè)試;另一種是在特定微波暗室內(nèi),測(cè)試手機(jī)的輻射功率和接收靈敏度,稱為有源測(cè)試。OTA(Over The Air)測(cè)試就屬于有源測(cè)試。

無源測(cè)試側(cè)重從手機(jī)天線的增益、效率、方向圖等天線的輻射參數(shù)方面考察手機(jī)的輻射性能。無源測(cè)試雖然考慮了整機(jī)環(huán)境(比如天線周圍器件、開蓋和閉蓋)對(duì)天線性能的影響,但天線與整機(jī)配合之后最終的輻射發(fā)射功率和接收靈敏度如何,從無源測(cè)試數(shù)據(jù)無法直接得知,測(cè)試數(shù)據(jù)不是很直觀。

有源測(cè)試則側(cè)重從手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率和接收靈敏度方面考察手機(jī)的輻射性能。有源測(cè)試是在特定的微波暗室中測(cè)試整機(jī)在三維空間各個(gè)方向的發(fā)射功率和接收靈敏度,更能直接地反映手機(jī)整機(jī)的輻射性能。

CTIA(Cellular Telecommunication and Internet Association)制定了OTA(Over The Air)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。OTA 測(cè)試著重進(jìn)行整機(jī)輻射性能方面的測(cè)試,并逐漸成為手機(jī)廠商重視和認(rèn)可的測(cè)試項(xiàng)目。

OTA測(cè)試系統(tǒng)

OTA測(cè)試全波暗室

1.2 OTA 測(cè)試的目的

目前只有通過FTA(Full Type Approval)認(rèn)證測(cè)試的手機(jī)型號(hào)才能上市銷售,在FTA 測(cè)試中,射頻性能測(cè)試主要進(jìn)行手機(jī)在電纜連接模式下的射頻性能測(cè)試;至于手機(jī)整機(jī)的輻射發(fā)射和接收性能,在FTA 測(cè)試中沒有明確的規(guī)定,而OTA 測(cè)試正好彌補(bǔ)FTA 測(cè)試在這方面測(cè)試的不足。同時(shí),終端生產(chǎn)廠家必須對(duì)所生產(chǎn)手機(jī)的輻射性能有清楚的了解,并通過各種措施提高手機(jī)輻射的發(fā)射和接收指標(biāo)。如果手機(jī)輻射性能不好,將產(chǎn)生手機(jī)信號(hào)不好、語音通話質(zhì)量差、容易掉線等多方面的問題,這也是客戶投訴比較多的問題。

在手機(jī)通話時(shí),由于人腦靠近手機(jī)天線,將降低手機(jī)的發(fā)射和接收性能,手機(jī)整機(jī)輻射的發(fā)射和接收性能都會(huì)降低。在手機(jī)研發(fā)過程中應(yīng)定量測(cè)量人腦對(duì)手機(jī)的發(fā)射和接收性能的影響,進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使發(fā)射和接收性能降低不能太大,即減少人體和天線的電磁耦合效應(yīng)。

為考察手機(jī)的輻射性能,除考察手機(jī)天線的無源性能之外,整機(jī)的有源性能也是一個(gè)重要的考察方面。當(dāng)前整機(jī)有源性能越來越受到終端廠商的重視,因此在手機(jī)輻射性能的考察中應(yīng)將兩種輻射性能綜合起來考慮。目前終端天線廠商在研發(fā)中一般都要求天線供應(yīng)商提供無源和有源測(cè)試報(bào)告。

2OTA 測(cè)試及手機(jī)其他的主要參數(shù)

2.1 OTA 測(cè)試中的主要測(cè)試參數(shù)及相關(guān)計(jì)算

在OTA 測(cè)試中,輻射性能參數(shù)主要分為兩類:接收參數(shù)和發(fā)射參數(shù)。
發(fā)射參數(shù)有TRP、NHPRP;接收參數(shù)有TIS、NHPIS。

TRP(Total Radiated Power):通過對(duì)整個(gè)輻射球面的發(fā)射功率進(jìn)行面積分并取平均得到。它反映手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率情況,跟手機(jī)在傳導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能有關(guān)。

NHPRP(Near Horizon Partial Radiated Power):反映在手機(jī)的H面附近天線的發(fā)射功率情況的參數(shù)。

TIS(Total Isotropic Sensitivity):反映在整個(gè)輻射球面手機(jī)接收靈敏度指標(biāo)的情況。它反映了手機(jī)整機(jī)的接收靈敏度情況,跟手機(jī)的傳導(dǎo)靈敏度和天線的輻射性能有關(guān)。

NHPIS(Near Horizon Partial Isotropic Sensitivity):反映手機(jī)在H面附近天線的接收靈敏度情況的參數(shù)。

對(duì)于手持終端,OTA 測(cè)試中還將考察終端在有模擬人頭情況下的上述參數(shù),比較在有無模擬人頭情況下相關(guān)參數(shù)的變化情況。

2.2 其他有關(guān)的天線參數(shù)

在考察天線性能的時(shí)候,還有其他需要了解的參數(shù)如:APIP、Gain、Directivity、EIRP、ERP。

Gain(dBi):在相同的輸入功率下,天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想無方向性點(diǎn)源天線在同一點(diǎn)的功率的比值,該增益單位為dBi,手機(jī)天線廠家提供的天線測(cè)試報(bào)告中的增益一般以dBi 為單位。

Gain(dBd):在相同的輸入功率下,天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想半波偶極子天線最大輻射方向上功率的比值,該增益的單位為dBd。

Directivity:在相同的輻射功率下,某天線在空間某點(diǎn)產(chǎn)生的功率與理想無方向點(diǎn)源天線在同一點(diǎn)產(chǎn)生的功率的比值。

Efficiency:天線輻射功率和天線輸入功率的比值。

APIP(Antenna Port Input Power):加入到天線口的功率大小,是PA 輸出到天線口的功率大小。該功率大小主要跟手機(jī)的傳導(dǎo)發(fā)射功率大小有關(guān)。

EIRP(Effective Isotropic Radiated Power):等效全向輻射功率是天線得到的功率與天線以dBi 表示的增益的乘積,反映天線在各個(gè)方向上輻射的功率的大小。

PEIRP(Peak Effective Isotropic Radiated Power):峰值等效全向輻射功率。

ERP(Effective Radiated Power)的概念與EIRP 相同,但ERP 是天線得到的功率與以dBd 表示的增益的乘積。

3OTA 測(cè)試中的TRP 和SAR 指標(biāo)的制約關(guān)系

TRP 反映的是天線遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射性能,而SAR 反映是天線的近場(chǎng)輻射性能。對(duì)于OTA 中的TRP 指標(biāo),一般是希望其TRP 比較大,這樣從PA 出來進(jìn)入天線的功率才被有效輻射,無線接口的連接性才比較好。在SAR 測(cè)試中,則希望TRP 數(shù)值比較小,這樣被人腦吸收的功率才比較小,保證能通過SAR 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。因此,TRP 指標(biāo)與SAR 指標(biāo)是一對(duì)相互矛盾的指標(biāo),在天線設(shè)計(jì)中如何保證兩個(gè)指標(biāo)都達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),滿足設(shè)計(jì)需要,在天線設(shè)計(jì)的之初就得考慮。

以下是一些解決措施:

(1) 選用合適的天線形式,最為重要。比如內(nèi)置天線中的Monopole 具有效率高但SAR 也高的特點(diǎn),因此在使用之前就應(yīng)該對(duì)此有所認(rèn)識(shí),即Monopole 和人腦的耦合效應(yīng)較強(qiáng)。PIFA 天線綜合性能較好,由于其靠近人腦的一側(cè)被PCB 的地遮擋,其高頻頻段在人腦方向比最大輻射方向有5-6dB的衰減,因此PIFA 天線的SAR 值比較低,是內(nèi)置天線中比較理想的天線形式。

(2) 在天線的設(shè)計(jì)之初就考慮SAR 問題,主要在結(jié)構(gòu)問題上進(jìn)行設(shè)計(jì),結(jié)合手機(jī)的結(jié)構(gòu)選用合適形式的天線,保證天線性能的同時(shí)還滿足通過SAR 指標(biāo),比如采取將天線放置于PCB 的底部等措施。對(duì)于外置式的螺旋天線一般應(yīng)注意天線與人腦之間的距離,保證滿足SAR 測(cè)試的需要。

(3) 在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)SAR 測(cè)試超標(biāo),可通過調(diào)低天線性能的方式解決,如使用損耗稍大的材料等方法,這需要與天線廠家配合進(jìn)行。

(4) 更改天線走線方式,調(diào)整方向圖等措施。

(5) 在標(biāo)準(zhǔn)允許的情況下,降低PA 的輸出功率。
以上方法是在滿足SAR 和TRP 測(cè)試需要的情況下,取得兩者的折中。

4總結(jié)

CTIA 的OTA 測(cè)試指標(biāo)直接反映了手機(jī)的輻射性能,因此越來越受到測(cè)試機(jī)構(gòu)和相關(guān)廠商的重視。在手機(jī)天線指標(biāo)判定時(shí),需要將無源和有源性能指標(biāo)綜合考慮,對(duì)整機(jī)天線性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

OTA天線測(cè)試暗室需要符合CTIA的OTA測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),測(cè)試系統(tǒng)采用的SG24的近場(chǎng)折算遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量方案,是目前最準(zhǔn)確的天線測(cè)試方法。有重復(fù)性高,準(zhǔn)確度高,解析度高等優(yōu)點(diǎn)。SG24 是全球少數(shù)能完全符合CTIA 要求的測(cè)試系統(tǒng)。能提供CTIA 所需要的TRP/TIS 測(cè)試。測(cè)試適用范圍:CTIA OTA (GSM900,DCS1800,Cellular 850,PCS1900);3D 天線場(chǎng)型測(cè)量、增益、天線效率、方向圖、極化性能。

SG24使用一個(gè)有源切換裝置來在天線測(cè)量和空中有源測(cè)試(OTA)之間進(jìn)行切換。對(duì)于天線的測(cè)量,一個(gè)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀會(huì)被用作射頻源/接收器。測(cè)量速度可快3倍,取決于使用的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀型號(hào)而定,如:Agilent(安捷倫)PNA-X N5242A?？刂蒲b置驅(qū)動(dòng)兩個(gè)定位馬達(dá)和探頭陣列的電子掃描?？罩杏性礈y(cè)試(OTA)以數(shù)個(gè)無線電通信儀來進(jìn)行。每條發(fā)射和接收鏈路都分別設(shè)有射頻放大器。探頭選擇器采用了全新的多路技術(shù),增加探頭陣列的動(dòng)態(tài),增幅接近20dB。對(duì)于Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)及其他使用專用無線通信測(cè)試儀的通信協(xié)議,有源切換裝置均有專門的端口。該系統(tǒng)將在不久的將來可與N-PAC兼容。

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