第,*,页,*,WWW.,CATR,.CN,第,*,页,*,WWW.,CATR,.CN,*,第,*,页,*,WWW.,CATR,.CN,*,移动通信终端天线性能测试、整改及设计,电磁兼容实验室,周 镒,内容简介,OTA 测试简介,入网测试项目调整情况,TIRS测试,天线整改,天线设计,OTA,测试介绍,数字通信技术飞速发展；,无线通信技术的成功，必须要有一个可接受的，稳定的通信性能做支撑；,无线通信设备的物理层射频性能对于其性能至关重要。,设备依靠物理层的射频性能来保持与其它设备的“通话”,如果处于无线通信两端的任何一个设备不能够听到对方的“通话”的话，通话就会中断；,OTA,测试介绍,移动台辐射性能体积日益变小辐射性能折中,峰值有效全向辐射功率,(Effective Isotropic Radiated Power,，,EIRP,),不能很好体现移动台的空中性能，在某个方向上最大值,与辐射性能相比，接收性能同样重要,话音质量差，中断通话,接收机的带内噪声或发射机的杂散信号干扰接收机,OTA,测试介绍,实际应用中，操作者对移动台辐射性能影响,网络运营商需要制造,OTA,性能以优化网络,制造商需要知道,OTA,性能以确定产品实际性能,需要测量三维空间辐射性能,OTA,测试介绍,OTA,Over The Air,（空中性能测试），与传导测试向对应,空间三维测量,从射频辐射功率和接收机性能两方面考虑：,TIRP,Total Isotropic Radiated Power,总辐射功率,TIRS,Total Isotropic Radiated Sensitivity,总全向灵敏度,OTA,测试介绍,指标衡量了与基站之间的实际连接情况。,基于空中接口的测试，模拟真实使用状态。,采用三维测量，评估盲点和功率分布。,考虑使用者对,EUT,的影响。考虑了人头模型以及人头,+,人手模型下的测试。,OTA,测试的重要意义,天线性能是终端整机质量的重要标志；,自,2010,年始,国内外发生了多次,”,天线门,”,事件,使得消费者对于终端天线性能的关注达到了前所未有的高度,我国,CCSA,标准领先全球推出了人手模型下的测试方法及限值要求,;,中国处于,3G,建设的前期,终端天线性能的提升将大大降低运营商的布网成本,据中国移动统计,在入网实施,TD-SCDMA,的强制性测试后,随着终端天线性能的提升,其布网成本节省了约,24%.,据中国移动的实际应用数据分析,天线性能提升,3dB,会将终端的掉话率由标准的,50,次提升到,30,次,网络边缘的数据下载速率提升超过,50%,将显著的提升用户的使用体验,减少用户的投诉,.,OTA,当前入网测试要求,自,2008,年,8,月,1,日起，移动终端入网需进行天线性能,(OTA),部分的总辐射功率测试；,为了适当降低企业的技术研发难度,以上总辐射功率仅要求在自由空间下进行测试,且结果为参考项；,2010,年,8,月,1,日开始,TD-SCDA,终端的天线性能开始强制性测试,包括总辐射功率测试和总全向灵敏度测试,TD-SCDMA,的测试要求在模拟人头旁边进行测试,且为判定项。,OTA,新入网测试要求,所有移动终端入网均需进行完整天线性能,(OTA),部分的测试,包括总辐射功率测试和总全向灵敏度测试；,以上测试对于语音终端不仅要求在模拟人头旁边进行测试，还要求在模拟人头,+,人手旁边进行测试；,以上测试均为判定项，过渡期半年。,测试项目变化情况,设备类型,制式,测试项目变化前,测试项目变化后,移动终端设备,GSM,TIRP,自由空间,TIRP,人头旁，人头人手旁,TIRS,人头旁,CDMA,TIRP,自由空间,TIRP,人头旁，人头人手旁,TIRS,人头旁,WCDMA,TIRP,自由空间,TIRP,人头旁，人头人手旁,TIRS,人头旁,TD-SCDMA,TIRP,人头旁,TIRS,人头旁,TIRP,人头旁，人头人手旁,TIRS,人头旁,CDMA 1x,TIRP,自由空间,TIRP,人头旁，人头人手旁,TIRS,人头旁,cdma2000,EVDO,TIRP,自由空间,TIRP,自由空间,TIRS,自由空间,OTA测试依据标准及标准变更情况,原标准,YD/T 1484-2006,移动台空间射频辐射功率和接收机性能测量方法,，变更为,YD/T 1484-2011,移动台空间射频辐射功率和接收机性能测量方法；,增加了笔记本配置时的测试要求,增加了人手模型相关测试要求,YD/T 1977-20092GHz TD-SCDMA,移动台空间射频辐射功率和接收机性能测量方法,YD/T 1978-20092GHz WCDMA,移动台空间射频辐射功率和接收机性能测量方法,TIRS 测试,在每一个测量点，为了达到一定的误码率（误帧率）而所需要的最小前向链路功率,TIRS,总全向灵敏度,EIS-,等效全向灵敏度,TIRS 测试,Fiber Optics for MAPS system,Transmit Antenna,GPIB-Bus,Universal Radio Communication Tester,Relay Switch Unit,MAPS Controller,Communication RX Antenna on ceiling,Communication RX Antenna on MAPS,Mobile Phone,Communication Return Path,Measurement Signal Path,TIRS 测试,GSM 900 FS TIS,DCS 1800 FS TIS,限值要求,(,总辐射功率,TIRP),频段,测试状态,限值要求,GSM 900,人头模型,18.5dBm,人头,+,人手模型,翻盖机比人头模型下测试结果恶化,6dB,；其它机型,8dB,GSM 1800,人头模型,19dBm,人头,+,人手模型,翻盖机比人头模型下测试结果恶化,4dB,；其它机型,6dB,CDMA 1X,人头模型,13dBm,人头,+,人手模型,翻盖机比人头模型下测试结果恶化,6dB,；其它机型,8dB,限值要求,(,总辐射功率,TIRP),频段,测试状态,限值要求,TD-SCDMA,人头模型,13dBm,人头,+,人手模型,翻盖机比人头模型下测试结果恶化,4dB,；其它机型,6dB,WCDMA,人头模型,14dBm,人头,+,人手模型,翻盖机比人头模型下测试结果恶化,4dB,；其它机型,6dB,cdma 2000 EVDO,自由空间,18dBm,限值要求,(,总全向灵敏度,TIRS),频段,测试状态,限值要求,CDMA 1X,人头模型,-96dBm,GSM 900,人头模型,-94dBm,GSM 1800,人头模型,-96.5dBm,TD-SCDMA,人头模型,-100dBm,WCDMA,人头模型,-100dBm,cdma 2000 EVDO,自由空间,-100dBm,天线整改,着手的方面：,天线的位置和方位,;,屏蔽,阻抗匹配,频带宽度,地平面,被测设备的软件设置,天线位置和方位,要考虑天线周边任何金属物质都会对天线的辐射特性产生影响，应尽量远离,;,同样尽量远离人体；尤其是人头附近,还需要考虑的问题：,对于传导接收灵敏已经满足要求（或非常优秀）但整机接收灵敏度差的情况，特别是,PIFA,天线，其辐射体的面积和形式还是对辐射接收灵敏度有一定的影响，可以在天线方面做改进。,主板设计方面。天线的空间辐射被主板部分吸收后产生一定的射频噪声，导致接收灵敏度降低。因此，解决问题应从主板的布线、布板入手，按通用要求分析或试验实测，找出问题后修版。,整机杂散问题原因在于天线的空间辐射被主板的金属元件（包括机壳上天线附近的金属成分装饰件）耦合吸收后产生一定量的二次辐射，频率与金属件的尺寸关联。因此要求此类元件有良好的接地，消除或降低二次辐射。整机杂散问题还与天线与,RF,模块之间的谐振匹配电路有关，如果谐振匹配电路的稳定性不好，很容易激发产生高次谐波的干扰。,由于手机内置天线对其附近的介质比较敏感，因此，外壳的设计和天线性能有密切关系。外壳的表面喷涂材料不能含有金属成分，壳体靠近天线的周围不要设计任何金属装饰件或电镀件。若有需要，应采用非金属工艺实现。机壳内侧的导电喷涂，应止于距天线,20mm,处；,电池（含电连接座）与天线的距离应设计在,5mm,以上,主流,PIFA,天线的规律,PCB,的屏蔽一定要做好，否则灵敏度会有问题；,天线下方的屏蔽一定要做好，,使电池尽量远离天线,馈入点要尽量接近接地点，,馈入点和接地点越短，越粗越好；,如有必要，可以使用两个接地点,地平面的影响,PIFA,天线的阻抗带宽受地平面的尺寸影响很大；,宽度应该在所设计的波长的,25,45,之间，,折叠手机一般在合盖的低频状态下性能稍差,天线的匹配问题,天线设计中遇到的问题,PA,并不和,50 ohms,匹配,在高频段非常普遍,如：,GSM1800 and GSM1900,PA,的阻抗随信道的改变变化非常大，所以不容易对所有信道均进行匹配,.,某些时候，,SAR,的问题是由于机器本身造成的，而不是由于天线的原因造成的,天线靠近人头过近,LCD,的金属屏蔽接受到了,RF,能量，并将其二次辐射出去,Power Amplifier,Antenna,Z,PA,Z,ant,Z,PA,-impedance of Power amplifier,Z,ant,-Impedance of Antenna,For maximum performance,Z,PA,=,Z,ant,*,Ideally,everyone tries to design Z,PA,and,Z,ant,to 50 ohms,but in the real world,this is not possible,We tries to match,Z,ant,*to Z,PA,but very often Z,PA,changes very fast from channel to channel,making it impossible to get maximum performance for all channels,天线设计,天线是高频电路和自由空间之间的能量转换器，用来接收和发射电磁波。,天线本身是一个无源互易原件，可以将电信号与电波信号相互转换；,但是天线本身并不具备功率放大作用，,增益只是将能量集中而已；,天线分类,按用途分类，可分为通信天线、电视天线等；,按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线等；,按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；,按外形分类，可分为线状天线、面状天线等。,手机天线分类,按天线的安装位置可分为内置天线和外置天线,按天线的特性可分为,PIFA,天线和单极子,Monopole,天线,外置天线（单机子）,内置天线（,PIFA,）,按天线的材料可分为金属天线和陶瓷天线,天线一般包括塑料支架和金属片；陶瓷天线一般作为标准器件裱贴在电路板上。,对于天线来说，几个重要的参数,辐射模式图；,增益；,VSWR,；,阻抗匹配；,还包括：,大小；,形状；,材质；,周围的其它物质；,与小型天线不是很相关的参数：,极化；,SAR,EMC,手机天线性能参数,天线的阻抗匹配,天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗具有电阻分量 Rin 和电抗分量 Xin，即 Zin=Rin+j Xin。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。,对于任一天线，总可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近 50 欧，从而使得天线的输入阻抗为Zin=Rin=50 欧-这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。,天线的阻抗匹配,对天线来说，调好匹配是最基本的，但是匹配状况良好，并不代表天线性能好，特别是在添加匹配电路的情况下。匹配状况良好，只能说明天线反射损耗小