常見的手機天線測試方法

2021-01-09 電子發燒友

手機天線,即手機上用於接收信號的設備,舊式手機有外凸式天線,新式手機多數已隱藏在機身內。這類天線主要都在手機內部,手機外觀上看不到裡面的東西。

手機天線是一種駐波天線,天線的阻抗不匹配,將導致大量的信號反射,使天線的輻射效率降低,同時由於反射的影響使得天線在寬頻帶內的增益有抖動,如果天線的駐波為6,手機前端的擊穿電壓將降為原來的1/6,而功率容量就會下降。手機天線駐波對天線效率的影響不可不慎。天線的駐波要求,我們目前統一要求為小於3。

手機天線要測的參數 1. 有源(Active)

TRP(Total Radiated Power)/總發射功率;

TIS(Total Isotopic Sensitivity)/接收靈敏度;

NHPRP(Near Horizon Partial Radiated Power)/近水平面發射功率;

NHPIS(Near Horizon Isotropic Sensitivity)/近水平面接收靈敏度;

EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)/ERP(Effective Radiated Power)/等效全向輻射功率;

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

2.無源(Passive)

Gain(dBi): Gain(dBd)/增益;

Radiation Pattern/天線方向圖測試;

Input Impedance /天線接口阻抗測試;

VSWR/RL/天線駐波比/回波損耗測試;

3D/3D場強圖;

3dB BW/FB Ratio波束寬度,前後比;

Cross polar/Isolation交叉極化比,隔離度;

Directivity/方向性;

Efficiency效率。

手機天線測試方法 1、微波暗室(Anechonic chamber)

微波暗室、吸波室、電波暗室。當電磁波入射到牆面、天棚、地面時,絕大部分電磁波被吸收,而透射、反射極少。微波也有光的某些特性,藉助光學暗室的含義,故取名為微波暗室。 微波暗室是SA作和金屬屏蔽體組建的特殊房間,它提供人為空曠的「自由空間」條件。在暗室內做天線、雷達等無線通訊產品和電子產品測試可以免受雜波幹擾,提高被測設備的測試精度和效率。隨著電子技術的日益發展,微波暗室被更多的人了解和應用。

微波暗室就是用吸波材料來製造一個封閉空間,這樣就可在暗室內製造出一個純淨的電磁環境。微波暗室材料可以是一切吸波材料,主要材料是聚氨酯吸波海綿SA(高頻使用),另外測試電子產品電磁兼容性時,由於頻率過低也會採用鐵氧體吸波材料。

微波暗室的主要工作原理是根據電磁波在介質中從低磁導向高磁導方向傳播的規律,利用高磁導率吸波材料引導電磁波,通過共振,大量吸收電磁波的輻射能量,再通過耦合把電磁波的能量轉變成熱能。

2、TEM CELL測試

用TEM CELL測試天線有源指標,因為微波暗室和天線測試系統造價比較昂貴,一般要百萬以上,一般的手機設計和研發公司沒有這種設備,而用TEM CELL(也較三角錐)來代替測試。和微波暗室的測試目的一樣,TEM CELL也是一個模擬理想空間的天線測試環境,金屬箱能夠提供足夠的屏蔽功能來消除外部幹擾對天線的影響,而內部的吸波材料也能吸收入射波,減小反射波。TEM CELL不能對天線進行無源測試,只能對有源指標進行測試。由於空間限制,TEM CELL的吸波材料比較薄,而對於劈狀吸波材料,是通過劈尖間的多次反射增加對入射波進行吸收,因此微波暗室裡的吸波材料都比較厚,而TEM CELL的吸波材料都不購厚,因此對入射波的吸收都不是很充分,因此會導致測試的結果不精確。

另外,TEM CELL的高度也不夠,這也是TEM CELL不能進行定量測試的一個原因。根據天線輻射的遠場測試分析,對於EGSM/DCS頻段的手機天線,被測手機與天線的距離至少大於1米;因此,我們可以看幾乎所有的2D暗室都是遠大於這個距離。而TEM CELL比這個距離小一些,所以這也是TEM CELL相對於微波暗室來講測量不準的一個原因。

所以,TEM CELL只能對天線做定性的分析而不能做定量的分析。在實驗室可以定性分析幾種樣機的差異,比較其性能的優劣,但不能作為準確的標準值來衡量天線的性能,只能通過與其他的「金雞」(Golden sample ) 對比,大致來判斷手機天線的性能。TEM CELL一般只找最佳方值,使測試結果對手機擺放的位置比較敏感。

另外,還有一種測試工具較屏蔽箱,有的設計公司用來對手機天線進行有源測試,這種方法很不可行。一方面由於測試距離太近,另一方面由於沒有足夠的吸波材料,外部幹擾對天線的測試影響比較大,這樣導致測試結果對位置比較敏感,稍微改變一下位置測試結果就有比較大的改變,因此這種測試方法對手機天線的性能沒有多少的參考意義。

3、用耦合測試板測試天線性能

在生產過程中為了保證產品的生產品質,往往要進行天線的耦合測試。要用到的測試裝置是:耦合測試夾具與綜合測試儀相連,手機固定在夾具上。在生產前期根據幾隻樣機的測試結果,給出一個合理的耦合補償值,確定一個功率標準,然後對手機的最大功率進行測試,高於這個功率標準表示產品符合生產要求,低於這個要求說明天線與相關器件有問題。通過天線耦合測試可以發現以下問題:

(1)天線匹配電路虛焊和缺件等。

(2)天線周圍電子/結構件有問題。

(3)天線沒有裝配好。

(4)天線本身品質有問題。

需要指出的是天線耦合測試是產品的一致性測試,並不是對產品性能進行測試。前面所提到的天線指標都是針對遠場進行的測試,天線耦合測試是針對近場進行的測試,被測手機的天線與耦合夾具天線相距非常近。近場是天線本身客觀存在的,一但整個手機的結構和天線確定,近場也就可以確定,因此可以根據測試結果是否在一定範圍內,判斷天線部分是否有問題。天線耦合測試只針對天線的最大功率進行測試,不進行其他項目的測試,即使測試了,也沒有意義。

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