第 1 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 镒第 2 页*WWW.CATR.CN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 天线设计第 3 页*WWW.CATR.CNOTA 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；第 4 页*WWW.CATR.CNOTA 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 第 5 页*WWW.CATR.CNOTA 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第 6 页*WWW.CATR.CNOTA 测试介绍OTAOver 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： uTIRPTotal Isotropic Radiated Power总辐射功 率 uTIRSTotal Isotropic Radiated Sensitivity总全 向灵敏度第 7 页*WWW.CATR.CNOTA 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。第 8 页*WWW.CATR.CNOTA 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. 第 9 页*WWW.CATR.CNOTA 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。第 10 页*WWW.CATR.CNOTA 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。第 11 页*WWW.CATR.CN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 1xTIRP自由空间TIRP 人头旁，人头人手旁 TIRS 人头旁 cdma2000 EVDOTIRP自由空间TIRP 自由空间 TIRS 自由空间第 12 页*WWW.CATR.CNOTA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第 13 页*WWW.CATR.CNTIRS 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-等效全向灵敏度第 14 页*WWW.CATR.CNTIRS 测试Fiber Optics for MAPS systemTransmit Antenna GPIB-BusUniversal Radio Communication Tester Relay Switch UnitMAPS ControllerCommunication RX Antenna on ceilingCommunication RX Antenna on MAPSMobile PhoneCommunication Return PathMeasurement Signal Path第 15 页*WWW.CATR.CNTIRS 测试GSM 900 FS TIS DCS 1800 FS TIS 第 16 页*WWW.CATR.CN 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第 17 页*WWW.CATR.CN 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 6dBWCDMA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 6dBcdma 2000 EVDO自由空间18dBm第 18 页*WWW.CATR.CN 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 -96dBmGSM 900人头模型-94dBmGSM 1800人头模型 -96.5dBmTD-SCDMA人头模型 -100dBmWCDMA人头模型 -100dBmcdma 2000 EVDO自由空间 -100dBm第 19 页*WWW.CATR.CN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第 20 页*WWW.CATR.CN 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。第 21 页*WWW.CATR.CN 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。 由于平板电脑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以上第 22 页*WWW.CATR.CN 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2545之间， 带通话平板电脑一般在低频状态下性能稍差第 23 页*WWW.CATR.CN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 AmplifierAntennaZPAZantZPA- impedance of Power amplifier Zant- Impedance of AntennaFor maximum performance, ZPA=Zant* Ideally, everyone tries to design ZPA and Zant to 50 ohms, but in the real world, this is not possible We tries to match Zant* to ZPA, but very often ZPA, changes very fast from channel to channel, making it impossible to get maximum performance for all channels第 24 页*WWW.CATR.CN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。第 25 页*WWW.CATR.CN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或金属片；陶瓷天线一般 作为标