終端生產(chǎn)中整機天線測試具體方案的研究

終端生產(chǎn)中整機天線測試具體方案的研究

譚敏

(北京信息職業(yè)技術學院 電子工程系，北京100015)

摘要：終端生產(chǎn)過程中的整機天線測試方案，滿足發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)一致性問題的測試要求簡單可行。對工廠耦合板測試的具體實施方案，如測試信號，測試頻點，發(fā)送功率，耦合板和被測天線的相對位置，門限等進行研究，證明天線耦合板測試方案簡便有效，切實可行，能真正起到在工廠生產(chǎn)階段發(fā)現(xiàn)終端整機天線問題的作用。

關鍵詞：整機天線測試；生產(chǎn)一致性；天線耦合板；相對耦合位置；門限

收稿日期：2015-03-29

作者簡介：譚敏(1975-),女，湖南湘鄉(xiāng)人，北京信息職業(yè)技術學院電子工程系講師，高級工程師，研究方向為移動通信。

中圖分類號：TN87

0引言

在手持終端的生產(chǎn)過程中，為了保證產(chǎn)品的出廠品質，往往需要檢測天線和相關電路與結構的好壞。天線位于整個終端電路的最前端，它的性能在很大程度上決定了整機的性能。天線不良將導致終端收發(fā)信號變?nèi)?，直接影響通信的質量，并增加整機的功耗。造成天線不良的原因有下面幾點：1. 天線匹配電路缺件或者虛焊；2. 天線本身品質不良，屬于漏出廠的不良品或運輸中被損壞；3. 天線與終端聯(lián)接接觸不良；4. 天線周圍電子結構有問題。

終端整機天線測試的方法通常有微波暗室測試，TEM CELL(Transverse Electric and Magnetic cell)測試法。這兩種方法都旨在模擬一個理想空間的天線測試環(huán)境，一方面屏蔽消除外部干擾對天線的影響，另一方面用內(nèi)部的吸波材料吸收入射波，減小反射波。微波暗室天線測試系統(tǒng)造價比較昂貴，一般要百萬以上，對于手機天線的測試比較精確而且比較系統(tǒng)，其測試指標可以用來衡量一個手機天線的性能的好與壞，主要在天線設計和驗證時使用。TEM CELL測試采用三角錐，由于空間限制，TEM CELL的吸波材料比較薄，對入射波的吸收不是很充分，因此會導致測試的結果不精確。TEM CELL的高度也不夠，導致被測終端與測量天線間的距離小于理論值。所以TEM CELL只能對天線做定性的而不能做定量的分析。工廠測試不同于天線設計或者驗證階段的測試，關心的是整機天線的生產(chǎn)一致性問題，不需要對整機天線性能做定性或者定量研究，簡便經(jīng)濟型的方案最好。

1概述

針對我們關心的生產(chǎn)一致性問題，整機天線收發(fā)功率的差異是一個很好的體現(xiàn)指標，研究表明，該指標采用近場測試就能達到。

天線耦合板能對多種形態(tài)(鞭狀，內(nèi)置)的整機天線進行近場測試。耦合板與被測設備天線間間距可以很小，要求的夾具體積小，需要的屏蔽盒也小，整個天線測試的成本較低。

終端的結構和天線一旦確定，近場就可以確定。我們的方案是：通過天線耦合板，近場測量天線發(fā)送或者接收的功率，與Golden Sample對比，來區(qū)分整機天線的好壞。這就要求我們結合測量精度，制定一個合理的門限標準，高于這個功率標準我們認為產(chǎn)品符合生產(chǎn)要求，低于這個標準說明天線與相關器件有問題。

以發(fā)送天線的測試為例，我們設計的方案如下：用測量儀表(如羅德的MCU200)連接天線耦合板的高頻頭，設計夾具固定耦合板和手持終端的位置，兩者的相對位置需要實踐摸索，最后把夾具放入屏蔽盒中。測試時，終端天線發(fā)送功率，耦合板接收功率，通過耦合板連接的儀表得到接收功率的大小?？紤]到功率耦合的插損和終端天線方向性等細微差異，設定一個接收功率的合理范圍，接收功率在該范圍內(nèi)，我們認為終端天線部分優(yōu)良，否則認為不良品。

2天線耦合板簡介

天線耦合板是用于耦合測試儀器與被測無線終端設備，進行相關測試的天線耦合器，內(nèi)部是平板天線。

我們采用的天線耦合板是TESCOM公司生產(chǎn)的TC-93020平板型(如下圖)，該耦合板的工作頻帶為80～2650MHz，耦合插損為8～20db，不同頻段耦合損耗有差異。

圖1　TC-93020A平板型天線耦合器

天線耦合板分測量區(qū)(圖1中深灰色部分)和裝配區(qū)(圖1中淺白色部分)。測量區(qū)是內(nèi)部平板天線所在的區(qū)域，也是接收功率的區(qū)域。裝配區(qū)則用于測試時固定安裝，既可將其本身固定至夾具中，也可在其上安裝固件來固定測試終端。

3具體測試方案

以LTE手持終端鞭狀天線的測試為例，測試連接簡圖如下：

圖2　天線工廠測試連接簡圖

具體的測試方案涉及多方面的設計，如測試信號，頻點，發(fā)送功率，耦合板和被測天線的相對位置，門限等。

對于發(fā)送天線，我們通常采用終端天線發(fā)(功率)，耦合板接收的方法來檢測，因為儀表的測量精度相對高些。對只具備接收功能的單方向天線，就只能采取儀表發(fā)送(功率)，終端接收的方法來測量了。因為功率的統(tǒng)計由終端完成，統(tǒng)計誤差相比儀表要大些，門限的制定也得寬些。

終端產(chǎn)品都有自己的工作頻段，選擇天線耦合板時，耦合板的工作頻段要涵蓋終端的工作頻段。我們選取終端工作頻段的中心頻點來測試。對于多頻段天線，我們最好分頻段測量，各頻段分別測試中心頻點。

LTE(Long Term Evolution)制式終端發(fā)送天線檢測時，終端按最大功率發(fā)送1.4M帶寬LTE信號，如23dbm。接收天線檢測時，儀表發(fā)送單音信號，功率則選擇終端允許接收范圍內(nèi)的偏大些的，如終端最大接收電平-25dbm，儀表可選擇發(fā)送-35dbm左右功率，以保證檢測精度。終端接收通道采用RSSI功率統(tǒng)計功能來統(tǒng)計接收功率。

下面我們重點介紹這種天線測試方案兩個最關鍵也最令人頭疼的問題。其一，終端整機天線和耦合板的相對位置怎樣算最佳；其二，好壞的判斷門限怎么定。判斷門限設定的是否合理，直接決定了整機天線測試方法的有效性。定得太嚴有可能攔截了好機子，降低了產(chǎn)線的直通率。定得太松又可能讓壞機漏出，降低出廠終端的整體品質。相對位置的確定既直接關系著夾具的設計，又很大程度上決定了判斷的門限。因而，終端整機天線和耦合板間相對位置的確定是我們需要解決的首要問題。

我們隨機抽取大約二十個左右，收發(fā)通道功率都經(jīng)過校準了的整機，在實驗室進行耦合相對位置的摸索測試。針對不同的終端天線，鞭狀天線或內(nèi)置天線， 分別進行測

試。功率校準過的終端，功率發(fā)送或者接收RSSI(Received Signal Strength Indication)統(tǒng)計都比較準確，能為我們的測量結果提供保障。在工廠的生產(chǎn)流程中，單板校準環(huán)節(jié)必然排在整機天線測試之前，所以可以保證在天線測試時，終端的收發(fā)通道都是校準過這樣一個所需的預置條件。我們終端的工作頻率為1447～1467MHz，我們選取1457MHz作為測量頻點。

耦合位置測試的預期目標是，找到一個耦合板與終端整機擺放的相對位置，在該位置上測得的耦合插損最小(表明耦合到的功率最強)，各個測試樣機的測量值最收斂(說明該位置近場耦合情況穩(wěn)定，便于制定較嚴格的測試門限)。簡單的測試后發(fā)現(xiàn)，我們終端的鞭狀天線和內(nèi)置天線(兩者基本處于一個平面)平行放置于耦合板平面時，夾具的設計最簡單，并且在天線盡可能的貼近耦合板平面時，接收到的耦合功率最大。接下來，我們要在與耦合板最貼近的平面內(nèi)尋找天線擺放的最佳位置。我們以耦合板的測量區(qū)中心點為中心，大致選取上，下，左，右，中心，左上，左下，右上，右下九個位置，調整終端的位置，讓天線的物理中心點處在這九個位置上，分別測量功率。實驗的結果表明，我們的終端無論是鞭狀天線還是內(nèi)置天線，天線的物理中心最貼近耦合板的測量區(qū)中心時，測得的耦合損耗最小(以1457MHz頻點為例，我們測得的耦合插損大約是-15db)，二十個樣機的測量值也最收斂，差異控制在2.5db以內(nèi)。以鞭狀天線測量為例，最終確定的終端和耦合板的位置關系參見圖2，終端的底面緊貼耦合板面平行放置，鞭狀天線的物理中心近可能靠近耦合板耦合區(qū)中心。

最佳的相對位置確定之后，就可以制作夾具了。因為我們終端的內(nèi)置天線與鞭狀天線分別處于終端的兩端，內(nèi)置天線的測試需要單獨一塊耦合板來測試。

接下來我們需要根據(jù)工廠的實測情況確定好壞門限。先制定較嚴格的門限，然后將工廠試制中被攔截下來的“壞機”放到微波暗室中進行天線效率，駐波等測試，看看整機天線的性能是否真在我們允許的范圍之外。如果是，說明我們的門限制定合理，還可根據(jù)情況適當縮小門限再重復上面步驟。否則，需要適當放寬門限。這種調整可能需要進行多次，才能最終確定門限。實際的測試結果表明，以前期試產(chǎn)機測得的功率的中心值為中心，正負5db的門限基本合適。

以我們LTE手持終端鞭狀發(fā)送天線的測試為例，配置MCU200的插損值為-16db，設置終端發(fā)送23dbm功率。試產(chǎn)測試樣機大約30個，如果儀表接收的功率值比較集中，平均在22dbm左右，則產(chǎn)品天線合格的門限就設定為儀表接收功率17dbm～27dbm。

如果儀表接收到的功率值比較發(fā)散，不成正態(tài)發(fā)布，甚至超出10db的門限范圍，則整機的天線性能可能存在問題，最好拿產(chǎn)出的一定數(shù)量的終端到微波暗室仔細測試一下。

4結束語

天線作為影響終端無線性能的非常關鍵的部件，在工廠進行生產(chǎn)一致性檢測是非常必要的。天線耦合板測試方案簡單方便，成本適中。本文在大量實驗的基礎上提出的工廠測試具體實施方案，如測試信號，測試頻點，發(fā)送功率，耦合板和被測天線的相對位置，門限等，在工廠應用于鞭狀天線和內(nèi)置天線的測量時都達到了不錯的效果。用該方法測試天線，結果穩(wěn)定，同一個樣機的多次測量值偏差在1db以內(nèi)，不同樣機的測量值差異范圍在5db以內(nèi)，能真正地起到在工廠生產(chǎn)階段發(fā)現(xiàn)終端整機天線問題的作用。

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責任編輯：萬方