移動(dòng)通信終端天線性能

測(cè)試、整改及設(shè)計(jì)電磁兼容實(shí)驗(yàn)室周鎰

內(nèi)容簡(jiǎn)介OTA測(cè)試簡(jiǎn)介入網(wǎng)測(cè)試項(xiàng)目調(diào)整情況TIRS測(cè)試天線整改天線設(shè)計(jì)OTA測(cè)試介紹數(shù)字通信技術(shù)飛速發(fā)展；無(wú)線通信技術(shù)的成功，必須要有一個(gè)可接受的，穩(wěn)定的通信性能做支撐；無(wú)線通信設(shè)備的物理層射頻性能對(duì)于其性能至關(guān)重要。設(shè)備依靠物理層的射頻性能來(lái)保持與其它設(shè)備的“通話”如果處于無(wú)線通信兩端的任何一個(gè)設(shè)備不能夠聽到對(duì)方的“通話”的話，通話就會(huì)中斷；OTA測(cè)試介紹移動(dòng)臺(tái)輻射性能－體積日益變?。椛湫阅苷壑蟹逯涤行蜉椛涔β?EffectiveIsotropicRadiatedPower，EIRP)不能很好體現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)的空中性能，在某個(gè)方向上最大值與輻射性能相比，接收性能同樣重要話音質(zhì)量差，中斷通話接收機(jī)的帶內(nèi)噪聲或發(fā)射機(jī)的雜散信號(hào)干擾接收機(jī)OTA測(cè)試介紹實(shí)際應(yīng)用中，操作者對(duì)移動(dòng)臺(tái)輻射性能影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商需要制造OTA性能以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)制造商需要知道OTA性能以確定產(chǎn)品實(shí)際性能需要測(cè)量三維空間輻射性能OTA測(cè)試介紹OTA－OverTheAir（空中性能測(cè)試），與傳導(dǎo)測(cè)試向?qū)?yīng),空間三維測(cè)量,從射頻輻射功率和接收機(jī)性能兩方面考慮：TIRP－TotalIsotropicRadiatedPower總輻射功率TIRS－TotalIsotropicRadiatedSensitivity總?cè)蜢`敏度OTA測(cè)試介紹指標(biāo)衡量了與基站之間的實(shí)際連接情況?；诳罩薪涌诘臏y(cè)試，模擬真實(shí)使用狀態(tài)。采用三維測(cè)量，評(píng)估盲點(diǎn)和功率分布?？紤]使用者對(duì)EUT的影響?？紤]了人頭模型以及人頭+人手模型下的測(cè)試。OTA測(cè)試的重要意義天線性能是終端整機(jī)質(zhì)量的重要標(biāo)志；自2010年始,國(guó)內(nèi)外發(fā)生了多次”天線門”事件,使得消費(fèi)者對(duì)于終端天線性能的關(guān)注達(dá)到了前所未有的高度,我國(guó)CCSA標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)先全球推出了人手模型下的測(cè)試方法及限值要求;中國(guó)處于3G建設(shè)的前期,終端天線性能的提升將大大降低運(yùn)營(yíng)商的布網(wǎng)成本,據(jù)中國(guó)移動(dòng)統(tǒng)計(jì),在入網(wǎng)實(shí)施TD-SCDMA的強(qiáng)制性測(cè)試后,隨著終端天線性能的提升,其布網(wǎng)成本節(jié)省了約24%.據(jù)中國(guó)移動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)分析,天線性能提升3dB,會(huì)將終端的掉話率由標(biāo)準(zhǔn)的50次提升到30次,網(wǎng)絡(luò)邊緣的數(shù)據(jù)下載速率提升超過(guò)50%,將顯著的提升用戶的使用體驗(yàn),減少用戶的投訴.OTA當(dāng)前入網(wǎng)測(cè)試要求自2008年8月1日起，移動(dòng)終端入網(wǎng)需進(jìn)行天線性能(OTA)部分的總輻射功率測(cè)試；為了適當(dāng)降低企業(yè)的技術(shù)研發(fā)難度,以上總輻射功率僅要求在自由空間下進(jìn)行測(cè)試,且結(jié)果為參考項(xiàng)；2010年8月1日開始,TD-SCDA終端的天線性能開始強(qiáng)制性測(cè)試,包括總輻射功率測(cè)試和總?cè)蜢`敏度測(cè)試,TD-SCDMA的測(cè)試要求在模擬人頭旁邊進(jìn)行測(cè)試,且為判定項(xiàng)。OTA新入網(wǎng)測(cè)試要求所有移動(dòng)終端入網(wǎng)均需進(jìn)行完整天線性能(OTA)部分的測(cè)試,包括總輻射功率測(cè)試和總?cè)蜢`敏度測(cè)試；以上測(cè)試對(duì)于語(yǔ)音終端不僅要求在模擬人頭旁邊進(jìn)行測(cè)試，還要求在模擬人頭+人手旁邊進(jìn)行測(cè)試；以上測(cè)試均為判定項(xiàng)，過(guò)渡期半年。

測(cè)試項(xiàng)目變化情況設(shè)備類型制式測(cè)試項(xiàng)目變化前測(cè)試項(xiàng)目變化后移動(dòng)終端設(shè)備GSMTIRP自由空間TIRP人頭旁，人頭人手旁TIRS人頭旁CDMATIRP自由空間TIRP人頭旁，人頭人手旁TIRS人頭旁WCDMATIRP自由空間TIRP人頭旁，人頭人手旁TIRS人頭旁TD-SCDMATIRP人頭旁TIRS人頭旁TIRP人頭旁，人頭人手旁TIRS人頭旁CDMA1xTIRP自由空間TIRP人頭旁，人頭人手旁TIRS人頭旁cdma2000EVDOTIRP自由空間TIRP自由空間TIRS自由空間OTA測(cè)試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)變更情況原標(biāo)準(zhǔn)YD/T1484-2006《移動(dòng)臺(tái)空間射頻輻射功率和接收機(jī)性能測(cè)量方法》，變更為YD/T1484-2011《移動(dòng)臺(tái)空間射頻輻射功率和接收機(jī)性能測(cè)量方法；增加了筆記本配置時(shí)的測(cè)試要求增加了人手模型相關(guān)測(cè)試要求YD/T1977-2009《2GHzTD-SCDMA移動(dòng)臺(tái)空間射頻輻射功率和接收機(jī)性能測(cè)量方法》YD/T1978-2009《2GHzWCDMA移動(dòng)臺(tái)空間射頻輻射功率和接收機(jī)性能測(cè)量方法》TIRS測(cè)試在每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，為了達(dá)到一定的誤碼率（誤幀率）而所需要的最小前向鏈路功率TIRS－總?cè)蜢`敏度EIS---等效全向靈敏度TIRS測(cè)試FiberOpticsforMAPSsystemTransmitAntenna

GPIB-BusUniversalRadioCommunicationTester

RelaySwitchUnitMAPSControllerCommunicationRXAntennaonceilingCommunicationRXAntennaonMAPSMobilePhoneCommunicationReturnPathMeasurementSignalPathTIRS測(cè)試GSM900FSTISDCS1800FSTIS限值要求(總輻射功率TIRP)

頻段測(cè)試狀態(tài)限值要求GSM900人頭模型≧18.5dBm人頭+人手模型翻蓋機(jī)比人頭模型下測(cè)試結(jié)果惡化﹤6dB；其它機(jī)型﹤8dBGSM1800人頭模型≧19dBm人頭+人手模型翻蓋機(jī)比人頭模型下測(cè)試結(jié)果惡化﹤4dB；其它機(jī)型﹤6dBCDMA1X人頭模型≧13dBm人頭+人手模型翻蓋機(jī)比人頭模型下測(cè)試結(jié)果惡化﹤6dB；其它機(jī)型﹤8dB限值要求(總輻射功率TIRP)

頻段測(cè)試狀態(tài)限值要求TD-SCDMA人頭模型≧13dBm人頭+人手模型翻蓋機(jī)比人頭模型下測(cè)試結(jié)果惡化﹤4dB；其它機(jī)型﹤6dBWCDMA人頭模型≧14dBm人頭+人手模型翻蓋機(jī)比人頭模型下測(cè)試結(jié)果惡化﹤4dB；其它機(jī)型﹤6dBcdma2000EVDO自由空間≧18dBm限值要求(總?cè)蜢`敏度TIRS)

頻段測(cè)試狀態(tài)限值要求CDMA1X人頭模型≤-96dBmGSM900人頭模型≤-94dBmGSM1800人頭模型≤-96.5dBmTD-SCDMA人頭模型≤-100dBmWCDMA人頭模型≤-100dBmcdma2000EVDO自由空間≤-100dBm天線整改著手的方面：天線的位置和方位;屏蔽阻抗匹配頻帶寬度地平面被測(cè)設(shè)備的軟件設(shè)置天線位置和方位要考慮天線周邊任何金屬物質(zhì)都會(huì)對(duì)天線的輻射特性產(chǎn)生影響，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離;同樣盡量遠(yuǎn)離人體；－尤其是人頭附近還需要考慮的問(wèn)題：對(duì)于傳導(dǎo)接收靈敏已經(jīng)滿足要求（或非常優(yōu)秀）但整機(jī)接收靈敏度差的情況，特別是PIFA天線，其輻射體的面積和形式還是對(duì)輻射接收靈敏度有一定的影響，可以在天線方面做改進(jìn)。主板設(shè)計(jì)方面。天線的空間輻射被主板部分吸收后產(chǎn)生一定的射頻噪聲，導(dǎo)致接收靈敏度降低。因此，解決問(wèn)題應(yīng)從主板的布線、布板入手，按通用要求分析或試驗(yàn)實(shí)測(cè)，找出問(wèn)題后修版。整機(jī)雜散問(wèn)題原因在于天線的空間輻射被主板的金屬元件（包括機(jī)殼上天線附近的金屬成分裝飾件）耦合吸收后產(chǎn)生一定量的二次輻射，頻率與金屬件的尺寸關(guān)聯(lián)。因此要求此類元件有良好的接地，消除或降低二次輻射。整機(jī)雜散問(wèn)題還與天線與RF模塊之間的諧振匹配電路有關(guān)，如果諧振匹配電路的穩(wěn)定性不好，很容易激發(fā)產(chǎn)生高次諧波的干擾。由于手機(jī)內(nèi)置天線對(duì)其附近的介質(zhì)比較敏感，因此，外殼的設(shè)計(jì)和天線性能有密切關(guān)系。外殼的表面噴涂材料不能含有金屬成分，殼體靠近天線的周圍不要設(shè)計(jì)任何金屬裝飾件或電鍍件。若有需要，應(yīng)采用非金屬工藝實(shí)現(xiàn)。機(jī)殼內(nèi)側(cè)的導(dǎo)電噴涂，應(yīng)止于距天線20mm處；電池（含電連接座）與天線的距離應(yīng)設(shè)計(jì)在5mm以上主流PIFA天線的規(guī)律PCB的屏蔽一定要做好，否則靈敏度會(huì)有問(wèn)題；天線下方的屏蔽一定要做好，使電池盡量遠(yuǎn)離天線饋入點(diǎn)要盡量接近接地點(diǎn)，饋入點(diǎn)和接地點(diǎn)越短，越粗越好；如有必要，可以使用兩個(gè)接地點(diǎn)地平面的影響PIFA天線的阻抗帶寬受地平面的尺寸影響很大；寬度應(yīng)該在所設(shè)計(jì)的波長(zhǎng)的25％～45％之間，折疊手機(jī)一般在合蓋的低頻狀態(tài)下性能稍差天線的匹配問(wèn)題天線設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題PA并不和50ohms匹配在高頻段非常普遍,如：GSM1800andGSM1900PA的阻抗隨信道的改變變化非常大，所以不容易對(duì)所有信道均進(jìn)行匹配.某些時(shí)候，SAR的問(wèn)題是由于機(jī)器本身造成的，而不是由于天線的原因造成的天線靠近人頭過(guò)近LCD的金屬屏蔽接受到了RF能量，并將其二次輻射出去~PowerAmplifierAntennaZPAZantZPA-impedanceofPoweramplifierZant-ImpedanceofAntennaFormaximumperformance, ZPA=Zant*Ideally,everyonetriestodesignZPAandZantto50ohms,butintherealworld,thisisnotpossibleWetriestomatchZant*toZPA,butveryoftenZPA,changesveryfastfromchanneltochannel,makingitimpossibletogetmaximumperformanceforallchannels天線設(shè)計(jì)天線是高頻電路和自由空間之間的能量轉(zhuǎn)換器，用來(lái)接收和發(fā)射電磁波。天線本身是一個(gè)無(wú)源互易原件，可以將電信號(hào)與電波信號(hào)相互轉(zhuǎn)換；但是天線本身并不具備功率放大作用，增益只是將能量集中而已；天線分類按用途分類，可分為通信天線、電視天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等。手機(jī)天線分類按天線的安裝位置可分為內(nèi)置天線和外置天線按天線的特性可分為PIFA天線和單極子Monopole天線外置天線（單機(jī)子）內(nèi)置天線（PIFA）按天線的材料可分為金屬天線和陶瓷天線天線一般包括塑料支架和金屬片；陶瓷天線一般作為標(biāo)準(zhǔn)器件裱貼在電路板上。對(duì)于天線來(lái)說(shuō)，幾個(gè)重要的參數(shù)輻射模式圖；增益；VSWR；阻抗匹配；還包括：大??；形狀；材質(zhì)；周圍的其它物質(zhì)；與小型天線不是很相關(guān)的參數(shù)：極化；SAR,EMC手機(jī)天線性能參數(shù)

天線的阻抗匹配天線輸入端信號(hào)電壓與信號(hào)電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗具有電阻分量Rin

和電抗分量Xin

，即Zin=Rin+jXin

。電抗分量的存在會(huì)減少天線從饋線對(duì)信號(hào)功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應(yīng)盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。對(duì)于任一天線，總可通過(guò)天線阻抗調(diào)試，在要求的工作頻率范圍內(nèi)，使輸入阻抗的虛部很小且實(shí)部相當(dāng)接近50歐，從而使得天線的輸入阻抗為Zin=Rin=50歐------這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必須的。

天線的阻抗匹配對(duì)天線來(lái)說(shuō)，調(diào)好匹配是最基本的，但是匹配狀況良好，并不代表天線性能好，特別是在添加匹配電路的情況下。匹配狀況良好，只能說(shuō)明天線反射損耗小，匹配帶寬良好，但是天線的輻射性能不一定好。

微帶天線的優(yōu)點(diǎn)內(nèi)置微帶天線可集成到印制電路板和外殼上，在手機(jī)內(nèi)部，不額外增加設(shè)備尺寸；內(nèi)置微帶天線有機(jī)械剛性，不易被損壞；采用屏蔽技術(shù)來(lái)屏蔽天線，SAR值非常?。惶炀€受人體的影響相對(duì)要??；微帶天線的輸入阻抗容易做到50Ω，不需要匹配電路或非平衡轉(zhuǎn)換器，容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，重復(fù)性好；

微帶天線的優(yōu)點(diǎn)微帶天線通過(guò)耦合方式饋電，在隔離接收與發(fā)射頻段方面也相當(dāng)簡(jiǎn)便，可以消除雙工器；若采用E場(chǎng)和H場(chǎng)元件分集技術(shù)，則不必附加獨(dú)立的分集天線；設(shè)計(jì)參數(shù)通過(guò)最優(yōu)化手段實(shí)現(xiàn)體積小、成本低，并能增加帶寬，同時(shí)提高對(duì)垂直和水平極化波的接收靈敏度，實(shí)現(xiàn)更好的全向輻射特性；