5G天线TRP-TIS有源测试
时间:2021-01-28 10:30:16 来源:安威无线 点击:次
相信很多朋友对5G天线都有一知半解或者比较深刻的认识了。那么什么有源测试?我们得先了解下啥是有源天线。
有源天线:(直白点:就是组件齐全,能正常使用情况下的天线)
有源天线内部结构组件完整,天线模块、芯片模组、电源供给模块,能正常通电运行情况下为有源。当然,无源则相反,天线空板也可以称为无源。
说完有源与无源的定义,现在回归重点,什么是有源测试?
有源测试:
在产品/机器开机的状态下测试整机的辐射特性,测试有源不单是测试天线特性,和整个产品的系统都有关联。有时候客户会遇到通信距离不达标的问题,那随之想到的就是天线的问题了,这个思维只能说太武断,不专业,对天线厂也是不公平的。
那么需要怎么做才更好更正确,首先去掉天线,排查板子的传导指标是否满足要求。对于窝峰通信特别是LTE以后的系统极其复杂,传导的指标也很多,那么这就需要双方的工程师一起沟通解决了。
指标
所以这里我们只介绍通信系统两个最重要的指标。第一个指标是考量发射部分的,即所谓的输出功率。这个比较容易理解,一般是考察板子的整体匹配情况。如果整个系统从IC一直到后面放大器,滤波器等器件匹配良好的话,输出的传导功率一般就没有太大问题。
第二个指标是考量接收部分的,即所谓的灵敏度。灵敏度一般是指满足一定误码率的情况下最小的接收功率。这个除了和射频系统有关外,和板子整体的电磁兼容EMC也是密切相关,特别是现在终端产品的板子越来越小的情况下,电磁兼容就显得越来越重要。
如果板子整体的传导指标都调试OK之后,就可以测试天线的有源辐射特性了。在介绍天线有源测试之前,首先介绍一下无线系统链路预算(Budget)的基础知识。假设发射机发射功率是Pt,发射天线的增益是Gt,接收机接收天线增益是Gr,接收功率是Pr,发射机和接收机之间的距离是R。那么接收机的接收功率Pr=Pt*Gt*Gr*λ2/16*π2*R2。这里面不考虑天线的极化失配,
假设发射天线正对着接收天线。λ2/16*π2*R2,这个就是自由空间损耗,是比较理想的情况,而实际的空间传输模型要复杂的多,专门有研究这个的文章,有兴趣的可以自己去搜索。通过这个公式,我们是可以大概估计一下通信距离。其中接收功率就取接收机的灵敏度,发射功率就是之前提到的传导功率,λ是工作波长,而发射和接收机的天线增益我们一般取天线的平均增益。为什么取平均增益呢,
因为之前也有说过,移动终端本身位置就不是固定的,极化方向也不是单一的,所以我们取平均增益是比较合适的。那这个平均增益是怎么计算的呢?
我们看天线效率的定义,所有辐射功率与输入功率的比值,如果把自由空间当成一个端口的话,这个效率的概念是不是就像二端口网络增益的概念呢?所以我们把效率换算成dB,这个dB值其实就是平均增益的值,这也是我们特别重视天线效率的原因。
下面简单介绍一下天线有源测试的两个重要参数,TRP(Total Radiated Power),TIS(Total Isotropic Sensitivity)。
TRP通过对整个辐射球面的发射功率进行积分并取平均得到;TIS反映在整个辐射球面接收灵敏度的情况。这两个指标都是暗含平均值的概念,就是某一个方向的辐射功率很大,灵敏度很低,但是不代表整个TRP就高,TIS就好。合康的微波暗室配备了R&S CMW500,可以给客户提供有源天线测试服务。如果测试发现传导功率没有问题,而TRP很低,一般情况下就是天线有问题,
我们就要去调天线的设计方案以及匹配电路。而传导没问题,TRP也很好,TIS却很差,那么这种情况一般都是和板子的电磁兼容EMC有关。该屏蔽的地方屏蔽,该接地的地方接地,需要一个一个器件去排查。通常这种情况下调天线提高的幅度很小。
比如有些比较小的板子,天线从30%的效率调到40%已经是很困难了,但是实际是对灵敏度的影响也仅仅提升了1dB(-5dB—>-4dB),而EMC的影响可能要几个dB都不止,所以在TIS不好的情况一定要重点去排查板子的EMC。
因此,天线的测试不仅仅是测试天线,根据真实的数据能看出产品系统中存在的其他问题。