Antenna Switch Tuner测试方法你掌握了吗?

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众所周知,对于移动终端而言,天线性能至关重要,直接影响整机TRP、TIS等OTA性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要,因为它决定蜂窝边缘的信号电平。其中,天线效率尤为关键,这是获得良好OTA性能的重要保证。现如今MIMO、Multi-Camera、Larger Screen等新技术与功能的引入,无一不在压缩净空区,给智能手机天线的设计带来了前所未有的挑战。
 
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图1. 新技术给天线设计带来了新的挑战
 
既然净空区有限,为何不将天线尺寸设计得更小一些,以得到期望的效率。然而,天线尺寸小了,谐振频率必然升高,怎么样才能够将谐振频率调谐至所需要的频段呢?在这种情况下,Switch Tuner应运而生。通过使用Switch Tuner再配以电容、电感等器件,就可以调谐天线的工作频段。
 
Antenna Switch Tuner Parameters
 
Switch Tuner比较关键的参数包括:Ron,Coff,Isolation,Harmonic,Vpeak。Isolation和Harmonic相对容易理解,下面简要介绍一下另外三个参数。Ron:通道导通后呈现的输入电阻,电阻越小,热损耗越小,天线效率越高。Coff:通道断开后呈现的输入电容,电容越小,天线效率越高。Vpeak:在满足谐波指标要求下,Switch Tuner能够承受的最大电压幅度。谐波指标需要满足3GPP规定的要求,3GPP并没有规定发射机的谐波要求,但是给出了Spurious emission的要求,如下图所示,Switch Tuner本身产生的谐波必须满足下列要求。谐波功率随阶数呈现逐步降低的趋势,结合规范要求,考虑到容差,通常要求二、三次谐波不超过-40dBm。
 
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图2. 3GPP对终端杂散的要求(3GPP TS36.521-1)实际应用时,Switch Tuner并不在天线输入端,而是在天线结构体上,天线谐振使得在结构体上形成驻波电压,有的位置驻波电压幅度非常小,而有的位置驻波电压幅度非常大。因此,通常对Switch Tuner耐受电压提出了非常高的要求,有的要求承受高达80V的电压。如何测试Antenna Switch Tuner?对于Ron/Coff/Isolation而言,都属于S参数的测试,相对比较简单。而Vpeak测试比较复杂,如何实现高压,采用哪一种测试组网方式,都将在下文有所描述。如何测试Vpeak呢?判定Switch Tuner可承受的Vpeak,其依据是3GPP 相关标准中Spurious的限值。当Spurious刚好不超过相应限值时,加载在Switch Tuner两端的电压即为Vpeak。当要加载高达80V的电压时,需要+48dBm的射频功率。如此高的射频功率,除了对外部功放有很高的要求,本身对系统的可靠性也是一个挑战。被大家普遍接受的方法是,在Switch Tuner的输出端使用一个阻抗调谐器——Impedance Tuner,如图3所示,通过调节阻抗改变反射系数,从而使得在DUT处形成所需要的加载电压。这种方法不需要提供非常高的射频功率。
 
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图3. Peak Voltage 测试组网示意图
 
如何调节阻抗调谐器呢?
 
通过调节阻抗调谐器来改变输入侧的反射系数,在调谐器与DUT之间就会形成驻波电压。反射系数幅值和相位的变化均会对驻波电压的幅度和分布有影响。根据微波传输线理论,假设负载端的反射系数为Γ,则向激励源看去传输线上的最高驻波电压模值为
 
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 业界通常选择失配后的VSWR=6,据此计算,当提供+43dBm的射频功率时,就可以实现80V的加载电压。
 
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图4. 反射系数相位(VSWR=6)对驻波电压的影响沿传输线形成驻波电压,有的位置幅度高,有的位置幅度低,且反射系数对驻波电压的幅度和分布影响很大,图4给出了四种相位对应的驻波电压波形。实际测试时,只要保证DUT处的VSWR=6,且反射系数相位为0,就可以使用最小的射频功率实现最高的加载电压。
 
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