精確測量手機發(fā)射功率和接收靈敏度

精確測量手機發(fā)射功率和接收靈敏度【摘要】發(fā)射功率和接收靈敏度是手機射頻測試的重要指標，測試系統(tǒng)的路徑損耗校準很關鍵，工程應用中普遍使用金機校準法和矢量網(wǎng)絡分析儀測量法，本文介紹一種使用功率探頭的方案，利用其不確定度低的特性，大大提高測試精度?！娟P鍵字】系統(tǒng)誤差路徑損耗金機矢量網(wǎng)絡分析儀功率探頭不確定度1、引言手機消費市場競爭日趨激烈，在產(chǎn)品嚴重同質(zhì)化的今天，除了從設計上尋求突破，產(chǎn)品品質(zhì)也是各大廠商的另一個關注重點，具體到射頻硬件部分，研發(fā)和生產(chǎn)階段的精確射頻測試是保障品質(zhì)的重要手段。發(fā)射功率是手機發(fā)射機測試的重要指標之一，存在兩面性，一方面手機需要發(fā)射足夠高的功率以保證通信質(zhì)量，另一方面在保證通信質(zhì)量的前提下，發(fā)射功率越低越好，換言之，手機的發(fā)射功率需要根據(jù)實際情況被精確控制。接收靈敏度是接收機測試最重要指標之一，也是衡量接收機接收能力的重要體現(xiàn)，必須精確測試。典型的手機射頻測試系統(tǒng)如圖1所示，由綜測儀、測試夾具、待測手機（DUT）組成。測試夾具把綜測儀和DUT連接起來，具有一定的插損，這個插損基本恒定不變。綜測儀的發(fā)射功率和接收機測量都具有不確定度，儀器廠家給出的技術指標一般在0.5dB~1dB之間，重復性小于0.1dB，它們是一個統(tǒng)計特性，基于多臺儀器、各種不同的工作條件下和測試場景下得出的。那么對特定某一臺儀器，測試手機性能的不確定度是基本恒定的。夾具的插損和測試儀器的不確定度稱為路徑的系統(tǒng)損耗，可以通過校準來消除。圖1、手機射頻測試系統(tǒng)示意圖2、路徑損耗校準方案如圖2所示綜測儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，綜測儀內(nèi)部有信號源和信號分析儀兩個模塊，通過開關與綜測儀的射頻端口相連，外部連接測試夾具。發(fā)射和接收測試這兩種場景下信號傳輸路徑不同，為了獲得精確測量結(jié)果，需要分別校準信號源和信號分析儀連同外接設備（測試夾具）的路徑損耗。工程應用中，普遍使用金機校準法或矢量網(wǎng)絡分析儀測量法校準系統(tǒng)路徑損耗。圖2、綜測儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2.1金機校準法預先挑選發(fā)射功率和接收電平穩(wěn)定的手機主板（或手機整機）標記為金機，其技術規(guī)格是基于其它測試儀器評估出來的，是已知的。校準系統(tǒng)路徑損耗時，用待校準的射頻測試系統(tǒng)測量金機發(fā)射功率和接收電平，計算當前測量結(jié)果與技術規(guī)格之間的差值，即得出系統(tǒng)路徑損耗。這種方法操作簡單、測量速度快，但在實際使用過程中常常遇到測不準的問題。產(chǎn)線中為兼顧不同測試工位，只能把測試門限適當放寬，這實際上相當于降低了測試標準。究其原因：①金機原始數(shù)據(jù)是用綜測儀測得，綜測儀的典型不確定度約為0.5~1dB[1]，這就造成不同金板之間的差異，參考值就已經(jīng)不精確。②金機由于重復使用，天線測試座的磨損會帶來與測試夾具接觸不良的問題，增大隨機誤差，進而影響測量結(jié)果。③某些產(chǎn)線測試環(huán)境較差，溫度、濕度波動明顯，導致金機發(fā)射功率和接收靈敏度隨之變化，穩(wěn)定性受影響，增大隨機誤差。2.2矢量網(wǎng)絡分析儀測量法使用矢量網(wǎng)絡分析儀測量夾具射頻線纜的S21參數(shù)，當作系統(tǒng)路徑損耗值進行補償，矢量網(wǎng)絡分析儀的不確定度很低，一般小于0.05dB[2]，可保證夾具測量的精確性，但這種方案只能測量手機天線測試座到綜測儀射頻端口之間的損耗，綜測儀的不確定性沒有消除。3、功率探頭測量方案3.1信號源校準在測試手機接收機性能時，綜測儀輸出信號供手機接收。使用R&S?NRP-Z91型功率探頭測量測試夾具與手機天線測試座連接處的信號電平Pafter，與綜測儀信號源設置輸出電平Pbefore比較，差值即為在該頻率處路徑損耗值LOSSdl。圖3、信號源校準原理圖R&S?NRP-Z91是一款通用型功率探頭，一端輸入射頻信號，另一端通過USB線傳送測量數(shù)據(jù)給功率計主機，測得值即是功率探頭輸入信號電平值，R&S?NRP-Z91的不確定度典型值約為0.06dB[3]，由此計算出的LOSSdl不確定度等同功率探頭。在測試手機接收性能時，綜測儀輸出信號電平較低，一般為-90dBm以下，功率探頭受量程所限不足以測量這個信號，但綜測儀信號源的電平線性度很好（典型值小于0.1dB）[1]，因此可選取功率探頭量程內(nèi)的信號電平替代實際測試時的電平進行測量。如圖4和圖5所示，綜測儀發(fā)出-30dBm的信號，用功率探頭測得進入手機天線測試座的信號電平為-33.45dBm，所以在1900MHz這個頻點上，信號源部分的系統(tǒng)路徑損耗為3.45dB。圖4、綜測儀信號源設置輸出電平Pbefore圖5、天線測試座連接處的信號電平Pafter3.2

信號分析儀校準在測試手機發(fā)射機性能時，綜測儀接收并解調(diào)手機發(fā)射的信號。使用R&S?NRP-Z28型功率探頭測量測試夾具與手機天線測試座連接處的信號電平Pbefore，與綜測儀的信號分析儀測量到的輸入信號電平Pafter比較，差值即為在該頻率處路徑損耗校準值LOSSul。圖6、信號分析儀校準原理圖R&S?NRP-Z28型功率探頭內(nèi)部集成了一個功分器，因此有信號輸入和信號輸出兩個射頻端口以及另外一根USB線連接至功率計主機。用校準信號源發(fā)出信號接入R&S?NRP-Z28信號輸入端，由于功分器兩輸出端信號平衡性非常好，功率計主機測得值即為到達夾具端口的功率值，R&S?NRP-Z28的不確定度典型值約為0.06dB[3]，由此計算出的LOSSul不確定度等同功率探頭。在測試手機發(fā)射性能時，手機發(fā)射功率較高（一般為20dBm以上），同前文中手機接收性能測試，功率探頭受量程所限不足以測量這個信號，可選取功率探頭量程內(nèi)的信號電平替代實際測試時的電平進行測量。如圖7和圖8所示，用功率探頭測得從手機天線測試座發(fā)射的信號電平為-7.55dBm，綜測儀測得這個信號電平為-10.739dBm，所以在1900MHz這個頻點上，分析儀的系統(tǒng)路徑損耗為3.19dB。圖7、天線測試座連接處的信號電平Pbefore圖8、綜測儀信號分析儀測得功率Pafter4、小結(jié)功率探頭使用方便快捷，與其它射頻測量儀器相比具有極低的不確定度，在工程應用中使用其校準手機射頻測試系統(tǒng)路徑損耗，可對系統(tǒng)誤差進行精確補償，相較現(xiàn)有方案大大減小了測試誤差，為產(chǎn)品品質(zhì)提供保障。5、[1]R&S?CMW500WidebandRadioCommunicationTesterSpecifications.Version11.00

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