OTA 測試介紹

  1.1 手機(jī)的無源測試和有源測試

  當(dāng)前在手機(jī)射頻性能測試中越來越關(guān)注整機(jī)輻射性能的測試,這種輻射性能反映了手機(jī)的最終發(fā)射和接收性能.目前主要有兩種方法對手機(jī)的輻射性能進(jìn)行考察:一種是從天線的輻射性能進(jìn)行判定,是目前較為傳統(tǒng)的天線測試方法,稱為無源測試;另一種是在特定微波暗室內(nèi),測試手機(jī)的輻射功率和接收靈敏度,稱為有源測試.OTA(Over The Air)測試就屬于有源測試.

  無源測試側(cè)重從手機(jī)天線的增益、效率、方向圖等天線的輻射參數(shù)方面考察手機(jī)的輻射性能.無源測試雖然考慮了整機(jī)環(huán)境(比如天線周圍器件、開蓋和閉蓋)對天線性能的影響,但天線與整機(jī)配合之后最終的輻射發(fā)射功率和接收靈敏度如何,從無源測試數(shù)據(jù)無法直接得知,測試數(shù)據(jù)不是很直觀.

  有源測試則側(cè)重從手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率和接收靈敏度方面考察手機(jī)的輻射性能.有源測試是在特定的微波暗室中測試整機(jī)在三維空間各個方向的發(fā)射功率和接收靈敏度,更能直接地反映手機(jī)整機(jī)的輻射性能.

  CTIA(Cellular Telecommunication and Internet Association)制定了OTA(Over The Air)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn).OTA 測試著重進(jìn)行整機(jī)輻射性能方面的測試,并逐漸成為手機(jī)廠商重視和認(rèn)可的測試項(xiàng)目.

  1.2 OTA 測試的目的

  目前只有通過FTA(Full Type Approval)認(rèn)證測試的手機(jī)型號才能上市銷售,在FTA 測試中,射頻性能測試主要進(jìn)行手機(jī)在電纜連接模式下的射頻性能測試;至于手機(jī)整機(jī)的輻射發(fā)射和接收性能,在FTA 測試中沒有明確的規(guī)定,而OTA 測試正好彌補(bǔ)FTA 測試在這方面測試的不足.同時(shí),終端生產(chǎn)廠家必須對所生產(chǎn)手機(jī)的輻射性能有清楚的了解,并通過各種措施提高手機(jī)輻射的發(fā)射和接收指標(biāo).如果手機(jī)輻射性能不好,將產(chǎn)生手機(jī)信號不好、語音通話質(zhì)量差、容易掉線等多方面的問題,這也是客戶投訴比較多的問題.

  在手機(jī)通話時(shí),由于人腦靠近手機(jī)天線,將降低手機(jī)的發(fā)射和接收性能,手機(jī)整機(jī)輻射的發(fā)射和接收性能都會降低.在手機(jī)研發(fā)過程中應(yīng)定量測量人腦對手機(jī)的發(fā)射和接收性能的影響,進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使發(fā)射和接收性能降低不能太大,即減少人體和天線的電磁耦合效應(yīng).

  為考察手機(jī)的輻射性能,除考察手機(jī)天線的無源性能之外,整機(jī)的有源性能也是一個重要的考察方面.當(dāng)前整機(jī)有源性能越來越受到終端廠商的重視,因此在手機(jī)輻射性能的考察中應(yīng)將兩種輻射性能綜合起來考慮.目前終端天線廠商在研發(fā)中一般都要求天線供應(yīng)商提供無源和有源測試報(bào)告.

  2.OTA 測試及手機(jī)其他的主要參數(shù)

  2.1 OTA 測試中的主要測試參數(shù)及相關(guān)計(jì)算在OTA 測試中,輻射性能參數(shù)主要分為兩類:接收參數(shù)和發(fā)射參數(shù).

     發(fā)射參數(shù)有TRP、NHPRP;接收參數(shù)有TIS、NHPIS.

  TRP(Total Radiated Power):通過對整個輻射球面的發(fā)射功率進(jìn)行面積分并取平均得到.它反映手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率情況,跟手機(jī)在傳導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能有關(guān).

  NHPRP(Near Horizon Partial Radiated Power):反映在手機(jī)的H面附近天線的發(fā)射功率情況的參數(shù).

  TIS(Total Isotropic Sensitivity):反映在整個輻射球面手機(jī)接收靈敏度指標(biāo)的情況.它反映了手機(jī)整機(jī)的接收靈敏度情況,跟手機(jī)的傳導(dǎo)靈敏度和天線的輻射性能有關(guān).

  NHPIS(Near Horizon Partial Isotropic Sensitivity):反映手機(jī)在H面附近天線的接收靈敏度情況的參數(shù).

  對于手持終端,OTA 測試中還將考察終端在有模擬人頭情況下的上述參數(shù),比較在有無模擬人頭情況下相關(guān)參數(shù)的變化情況.

  2.2 其他有關(guān)的天線參數(shù)

  在考察天線性能的時(shí)候,還有其他需要了解的參數(shù)如:APIP、Gain、Directivity、EIRP、ERP.

  Gain(dBi):在相同的輸入功率下,天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想無方向性點(diǎn)源天線在同一點(diǎn)的功率的比值,該增益單位為dBi,手機(jī)天線廠家提供的天線測試報(bào)告中的增益一般以dBi 為單位.

  Gain(dBd):在相同的輸入功率下,天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想半波偶極子天線最大輻射方向上功率的比值,該增益的單位為dBd.

  Directivity:在相同的輻射功率下,某天線在空間某點(diǎn)產(chǎn)生的功率與理想無方向點(diǎn)源天線在同一點(diǎn)產(chǎn)生的功率的比值.

  Efficiency:天線輻射功率和天線輸入功率的比值.

  APIP(Antenna Port Input Power):加入到天線口的功率大小,是PA 輸出到天線口的功率大小.該功率大小主要跟手機(jī)的傳導(dǎo)發(fā)射功率大小有關(guān).

  EIRP(Effective Isotropic Radiated Power):等效全向輻射功率是天線得到的功率與天線以dBi 表示的增益的乘積,反映天線在各個方向上輻射的功率的大小.

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

  ERP(Effective Radiated Power)的概念與EIRP 相同,但ERP 是天線得到的功率與以dBd 表示的增益的乘積.

  3.OTA 測試中的TRP 和SAR 指標(biāo)的制約關(guān)系

  TRP 反映的是天線遠(yuǎn)場的輻射性能,而SAR 反映是天線的近場輻射性能.對于OTA 中的TRP 指標(biāo),一般是希望其TRP 比較大,這樣從PA 出來進(jìn)入天線的功率才被有效輻射,無線接口的連接性才比較好.在SAR 測試中,則希望TRP 數(shù)值比較小,這樣被人腦吸收的功率才比較小,保證能通過SAR 測試標(biāo)準(zhǔn).因此,TRP 指標(biāo)與SAR 指標(biāo)是一對相互矛盾的指標(biāo),在天線設(shè)計(jì)中如何保證兩個指標(biāo)都達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),滿足設(shè)計(jì)需要,在天線設(shè)計(jì)的之初就得考慮.

  以下是一些解決措施:

  (1)選用合適的天線形式,最為重要.比如內(nèi)置天線中的Monopole 具有效率高但SAR 也高的特點(diǎn),因此在使用之前就應(yīng)該對此有所認(rèn)識,即Monopole 和人腦的耦合效應(yīng)較強(qiáng).PIFA 天線綜合性能較好,由于其靠近人腦的一側(cè)被PCB 的地遮擋,其高頻頻段在人腦方向比最大輻射方向有5-6dB的衰減,因此PIFA 天線的SAR 值比較低,是內(nèi)置天線中比較理想的天線形式.

  (2)在天線的設(shè)計(jì)之初就考慮SAR 問題,主要在結(jié)構(gòu)問題上進(jìn)行設(shè)計(jì),結(jié)合手機(jī)的結(jié)構(gòu)選用合適形式的天線,保證天線性能的同時(shí)還滿足通過SAR 指標(biāo),比如采取將天線放置于PCB 的底部等措施.對于外置式的螺旋天線一般應(yīng)注意天線與人腦之間的距離,保證滿足SAR 測試的需要.

  (3)在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)SAR 測試超標(biāo),可通過調(diào)低天線性能的方式解決,如使用損耗稍大的材料等方法,這需要與天線廠家配合進(jìn)行.

  (4)更改天線走線方式,調(diào)整方向圖等措施.

  (5)在標(biāo)準(zhǔn)允許的情況下,降低PA 的輸出功率.

  以上方法是在滿足SAR 和TRP 測試需要的情況下,取得兩者的折中. 

信寶電子產(chǎn)品檢測實(shí)驗(yàn)室（NEUTRON）為臺灣東研信超股份有限公司(BTL& NEUTRON Inc.) 中國大陸全資獨(dú)立檢測實(shí)驗(yàn)室，是專業(yè)無線及通訊測試安全及EMC/RF測試機(jī)構(gòu), 為深耕大陸,于2005年在廣東東莞建立獨(dú)立檢測大樓與開放式場地，設(shè)立全套EMI/EMS和SAFETY測試設(shè)備,并藉由經(jīng)驗(yàn)豐富之前國家實(shí)驗(yàn)室、UL、TUV等資深工程與業(yè)務(wù)人員組成專業(yè)的服務(wù)隊(duì)伍。 并建立華南區(qū)域唯一ETS-LINDGRENN OTA實(shí)驗(yàn)室.于2009年11月分通過美國CTIA認(rèn)可，成為CTIA授權(quán)測試實(shí)驗(yàn)室之一。同時(shí)為各IPHONE供應(yīng)商提供一站式WWI認(rèn)證

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Alex Chen(陳勇根)

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