淺析Antenna Switch Tuner測(cè)試方法

Test Card

對(duì)于移動(dòng)終端而言，天線性能至關(guān)重要，直接影響整機(jī)TRP、TIS等OTA性能。其中，天線效率尤為關(guān)鍵，這是獲得良好OTA性能的重要保證。

現(xiàn)如今MIMO、Multi-Camera、Larger Screen等新技術(shù)與功能的引入，無(wú)一不在壓縮凈空區(qū)，給智能手機(jī)天線的設(shè)計(jì)帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。

圖1. 新技術(shù)給天線設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)

既然凈空區(qū)有限，為何不將天線尺寸設(shè)計(jì)得更小一些，以得到期望的效率。然而，天線尺寸小了，諧振頻率必然升高，怎么樣才能夠?qū)⒅C振頻率調(diào)諧至所需要的頻段呢？在這種情況下，Switch Tuner應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)使用Switch Tuner再配以電容、電感等器件，就可以調(diào)諧天線的工作頻段。

Antenna Switch Tuner Parameters

Switch Tuner比較關(guān)鍵的參數(shù)包括：Ron，Coff，Isolation，Harmonic，Vpeak。Isolation和Harmonic相對(duì)容易理解，下面簡(jiǎn)要介紹一下另外三個(gè)參數(shù)。

Ron：通道導(dǎo)通后呈現(xiàn)的輸入電阻，電阻越小，熱損耗越小，天線效率越高。

Coff：通道斷開(kāi)后呈現(xiàn)的輸入電容，電容越小，天線效率越高。

Vpeak：在滿足諧波指標(biāo)要求下，Switch Tuner能夠承受的最大電壓幅度。

諧波指標(biāo)需要滿足3GPP規(guī)定的要求，3GPP并沒(méi)有規(guī)定發(fā)射機(jī)的諧波要求，但是給出了Spurious emission的要求，如下圖所示，Switch Tuner本身產(chǎn)生的諧波必須滿足下列要求。諧波功率隨階數(shù)呈現(xiàn)逐步降低的趨勢(shì)，結(jié)合規(guī)范要求，考慮到容差，通常要求二、三次諧波不超過(guò)-40dBm。

圖2. 3GPP對(duì)終端雜散的要求(3GPP TS36.521-1)

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，Switch Tuner并不在天線輸入端，而是在天線結(jié)構(gòu)體上，天線諧振使得在結(jié)構(gòu)體上形成駐波電壓，有的位置駐波電壓幅度非常小，而有的位置駐波電壓幅度非常大。因此，通常對(duì)Switch Tuner耐受電壓提出了非常高的要求，有的要求承受高達(dá)80V的電壓。

如何測(cè)試Antenna Switch Tuner？

對(duì)于Ron/Coff/Isolation而言，都屬于S參數(shù)的測(cè)試，相對(duì)比較簡(jiǎn)單。而Vpeak測(cè)試比較復(fù)雜，如何實(shí)現(xiàn)高壓，采用哪一種測(cè)試組網(wǎng)方式，都將在下文有所描述。

如何測(cè)試Vpeak呢？判定Switch Tuner可承受的Vpeak，其依據(jù)是3GPP 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中Spurious的限值。當(dāng)Spurious剛好不超過(guò)相應(yīng)限值時(shí)，加載在Switch Tuner兩端的電壓即為Vpeak。

當(dāng)要加載高達(dá)80V的電壓時(shí)，需要+48dBm的射頻功率。如此高的射頻功率，除了對(duì)外部功放有很高的要求，本身對(duì)系統(tǒng)的可靠性也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

被大家普遍接受的方法是，在Switch Tuner的輸出端使用一個(gè)阻抗調(diào)諧器——Impedance Tuner，如圖3所示，通過(guò)調(diào)節(jié)阻抗改變反射系數(shù)，從而使得在DUT處形成所需要的加載電壓。這種方法不需要提供非常高的射頻功率。

圖3. Peak Voltage 測(cè)試組網(wǎng)示意圖

如何調(diào)節(jié)阻抗調(diào)諧器呢？

通過(guò)調(diào)節(jié)阻抗調(diào)諧器來(lái)改變輸入側(cè)的反射系數(shù)，在調(diào)諧器與DUT之間就會(huì)形成駐波電壓。反射系數(shù)幅值和相位的變化均會(huì)對(duì)駐波電壓的幅度和分布有影響。根據(jù)微波傳輸線理論，假設(shè)負(fù)載端的反射系數(shù)為Γ，則向激勵(lì)源看去傳輸線上的最高駐波電壓模值為

業(yè)界通常選擇失配后的VSWR=6，據(jù)此計(jì)算，當(dāng)提供+43dBm的射頻功率時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)80V的加載電壓。

圖4. 反射系數(shù)相位(VSWR=6)對(duì)駐波電壓的影響

沿傳輸線形成駐波電壓，有的位置幅度高，有的位置幅度低，且反射系數(shù)對(duì)駐波電壓的幅度和分布影響很大，圖4給出了四種相位對(duì)應(yīng)的駐波電壓波形。實(shí)際測(cè)試時(shí)，只要保證DUT處的VSWR=6，且反射系數(shù)相位為0，就可以使用最小的射頻功率實(shí)現(xiàn)最高的加載電壓。

前面介紹了tuner測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容，大家應(yīng)該會(huì)想到，對(duì)于這樣一款器件的測(cè)試，可以使用矢網(wǎng)、信號(hào)源和頻譜儀等三種測(cè)試設(shè)備，但是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)會(huì)比較臃腫，不適合產(chǎn)線測(cè)試。NI基于PXI測(cè)試設(shè)備，針對(duì)tuner等多種射頻器件的測(cè)試，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了結(jié)構(gòu)非常緊湊的STS自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，而且經(jīng)過(guò)了大量驗(yàn)證測(cè)試，具有良好的結(jié)果一致性和穩(wěn)定性，適用于產(chǎn)線批量測(cè)試以及實(shí)驗(yàn)室的器件篩選測(cè)試，感興趣的朋友可以了解一下。