深入解讀無(wú)線(xiàn)通信中的天線(xiàn)③— 天線(xiàn)性能測試

天線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)信號輻射和接收的重要器件，在設計出來(lái)后，需要經(jīng)過(guò)測試才能確定其性能是否符合設計要求。那么天線(xiàn)性能測試是如何進(jìn)行的呢？測試中需用到哪些專(zhuān)業(yè)測試設備？本文章帶你深入了解。

測試設備

一款天線(xiàn)設計出來(lái)后，如何確定它的性能是否符合設計要求？這就需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的天線(xiàn)測試來(lái)評估。天線(xiàn)測試需要用到專(zhuān)業(yè)的測試設備，例如矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀、天線(xiàn)測試系統、射頻測試線(xiàn)纜等。下面以廣州致遠電子股份有限公司推出的ZM602系列Wi-Fi模塊為例，看看如何測試PCB天線(xiàn)的性能。

表1 測試儀器及工具

測試指標

在往期天線(xiàn)系列文章中，我們介紹了天線(xiàn)的幾個(gè)關(guān)鍵性能指標：增益、工作頻段/帶寬、駐波比、輸入阻抗，本期我們測試這幾個(gè)關(guān)鍵參數。

深入解讀無(wú)線(xiàn)通信中的天線(xiàn)① — 初識天線(xiàn)

深入解讀無(wú)線(xiàn)通信中的天線(xiàn)② — PCB天線(xiàn)設計

測試步驟

1. 測試儀器校準：為了得到最準確的測試結果，測試前需要對網(wǎng)絡(luò )分析儀與測試射頻線(xiàn)進(jìn)行校準。我們以安捷倫E5071C為例，此儀器為四端口的網(wǎng)絡(luò )分析儀，但我們用其中一個(gè)端口即可。選擇PORT1，將射頻線(xiàn)一端N頭接入儀器PORT1端口，另一端SMA接入校準件，依次按儀器面板校準按鈕【Cal】---【Calibrate】---【1-Port Cal】，分別在開(kāi)路【Open】、短路【Short】及50Ω負載【Load】校準射頻線(xiàn)，最后通過(guò)端口延伸功能將RF轉接線(xiàn)一起校準，校準后效果如圖2所示。

圖2  網(wǎng)絡(luò )分析儀校準

2. 取已校準好的RF轉接線(xiàn)焊接至PCB天線(xiàn)，如圖3所示；

圖3  RF轉接線(xiàn)焊接至PCB天線(xiàn)

3. 調取網(wǎng)絡(luò )分析儀S11、VSWR、Smith測試窗口分別測量工作頻段/帶寬、駐波比、輸入阻抗。

S11（工作頻段/帶寬）：S11小于-10dB的頻段內為天線(xiàn)的有效帶寬，從圖4可以看出，ZM602模塊PCB天線(xiàn)的有效工作頻段在2.265GHz~2.588GHz，帶寬約為300MHz，完全覆蓋Wi-Fi的工作頻段。

圖4 S11（工作頻段/帶寬）

VSWR（駐波比）、輸入阻抗如圖5、圖6所示。

圖5 VSWR（駐波比）

圖6 輸入阻抗

4. 最后測試天線(xiàn)增益，需用到微波暗室及其測試天線(xiàn)增益的系統，將被測試PCB天線(xiàn)放至微波暗室測試平臺上，通過(guò)天線(xiàn)增益測試系統可測試出PCB天線(xiàn)增益，如圖7~9所示。

圖7 天線(xiàn)增益測試系統示意圖

圖8 微波暗室

圖9 天線(xiàn)增益

注意事項

PCB天線(xiàn)也叫板載天線(xiàn)，它是倒F天線(xiàn)衍變而來(lái)的，對地尺寸是有要求的，一般為四分之一至四分之三波長(cháng)時(shí)，其增益效果最好。如果模塊尺寸小于四分之一至四分之三波長(cháng)時(shí)，天線(xiàn)效果會(huì )受到影響。另外，天線(xiàn)一般都會(huì )設計匹配電路，以進(jìn)行性能調試和優(yōu)化，因此測試時(shí)RF轉接線(xiàn)需焊接到天線(xiàn)匹配端，才能測到最準確的天線(xiàn)性能指標。