手機(jī)OTA測(cè)試概述

1、深圳市恒愷微波技術(shù)有限公司 -SHENZHEN HONKAI MICROWA VE TECHNOLOGIES CO., LTD.手機(jī)OTA測(cè)試概述摘要：本文根據(jù)收集的資料對(duì) OTAQver The Air）測(cè)試進(jìn)行介紹，主要闡述了 OTA 測(cè)試的目的及OTA測(cè)試的主要參數(shù)，分析了 OTA測(cè)試指標(biāo)和SAR測(cè)試指標(biāo)之 間的制約問(wèn)題及相應(yīng)解決辦法。關(guān)鍵詞：OTA TRP TIS SAROTA測(cè)試介紹1.1手機(jī)的無(wú)源測(cè)試和有源測(cè)試當(dāng)前在手機(jī)射頻性能測(cè)試中越來(lái)越關(guān)注整機(jī)輻射性能的測(cè)試，這種輻射性能反映了手機(jī)的最終發(fā)射和接收性能。目前主要有兩種方法對(duì)手機(jī)的輻射性能進(jìn)行考 察：一種是從天線的輻射性能進(jìn)行判定

2、，是目前較為傳統(tǒng)的天線測(cè)試方法，稱為無(wú) 源測(cè)試；另一種是在特定微波暗室內(nèi)，測(cè)試手機(jī)的輻射功率和接收靈敏度，稱為有 源測(cè)試。OTAQver The Air）測(cè)試就屬于有源測(cè)試。無(wú)源測(cè)試側(cè)重從手機(jī)天線的增益、效率、方向圖等天線的輻射參數(shù)方面考察手機(jī)的輻射性能。無(wú)源測(cè)試雖然考慮了整機(jī)環(huán)境（比如天線周圍器件、開蓋和閉蓋）對(duì)天線性能的影響，但天線與整機(jī)配合之后最終的輻射發(fā)射功率和接收靈敏度如何， 從無(wú)源測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)法直接得知，測(cè)試數(shù)據(jù)不是很直觀。有源測(cè)試則側(cè)重從手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率和接收靈敏度方面考察手機(jī)的輻射性 能。有源測(cè)試是在特定的微波暗室中測(cè)試整機(jī)在三維空間各個(gè)方向的發(fā)射功率和接 收靈敏度，更能直接地

3、反映手機(jī)整機(jī)的輻射性能。CTIA（Cellular Telecommu nicati onand In ternet Associatio n）制定了 OTAQver The Air）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 OTA 測(cè)試著重進(jìn)行 整機(jī)輻射性能方面的測(cè)試，并逐漸成為手機(jī)廠商重視和認(rèn)可的測(cè)試項(xiàng)目。1.2 OTA測(cè)試的目的目前只有通過(guò)FTA（Full Type Approval）認(rèn)證測(cè)試的手機(jī)型號(hào)才能上市銷售，在 FTA測(cè)試中，射頻性能測(cè)試主要進(jìn)行手機(jī)在電纜連接模式下的射頻性能測(cè)試；至于手機(jī)整機(jī)的輻射發(fā)射和接收性能，在FTA測(cè)試中沒有明確的規(guī)定，而OTA測(cè)試正好彌補(bǔ)FTA測(cè)試在這方面測(cè)試的不足。同時(shí)，終端生產(chǎn)

4、廠家必須對(duì)所生產(chǎn)手機(jī)的輻 射性能有清楚的了解， 并通過(guò)各種措施提高手機(jī)輻射的發(fā)射和接收指標(biāo)。如果手機(jī)輻射性能不好，將產(chǎn)生手機(jī)信號(hào)不好、語(yǔ)音通話質(zhì)量差、容易掉線等多方面的問(wèn)題， 這也是客戶投訴比較多的問(wèn)題。在手機(jī)通話時(shí)，由于人腦靠近手機(jī)天線，將降低手機(jī)的發(fā)射和接收性能，手機(jī) 整機(jī)輻射的發(fā)射和接收性能都會(huì)降低。在手機(jī)研發(fā)過(guò)程中應(yīng)定量測(cè)量人腦對(duì)手機(jī)的發(fā)射和接收性能的影響，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使發(fā)射和接收性能降低不能太大，即減少 人體和天線的電磁耦合效應(yīng)。為考察手機(jī)的輻射性能，除考察手機(jī)天線的無(wú)源性能之外，整機(jī)的有源性能也是一個(gè)重要的考察方面。當(dāng)前整機(jī)有源性能越來(lái)越受到終端廠商的重視，因此在手機(jī)輻射性能的考

5、察中應(yīng)將兩種輻射性能綜合起來(lái)考慮。目前終端天線廠商在研發(fā)中一般都要求天線供應(yīng)商提供無(wú)源和有源測(cè)試報(bào)告。1.3 OTA測(cè)試的發(fā)展美國(guó)的 CTIA(Cellular Telecommu ni cati ons and In ternet Associatio n)是制定 OTA測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的唯一組織。同時(shí)，也有其他的組織也參與到了該領(lǐng)域的測(cè)試，主要有PTCRB(PCS Type Certification Review Board) 、3GPP(3G Partner Project)及 COST 273。在北美只有通過(guò)OTA測(cè)試的手機(jī)才能在北美市場(chǎng)銷售，目前歐亞等國(guó)家也越來(lái)越重視OTA測(cè)試重要性，相繼

6、展開相關(guān)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)工作。在中國(guó)OTA測(cè)試目前還不是一個(gè)強(qiáng)制的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)目前的趨勢(shì)來(lái)看，OTA測(cè)試越來(lái)越成為手機(jī)終端廠商看重的測(cè)試數(shù)據(jù)。信息產(chǎn)業(yè)部通信計(jì)量中心 (TMC)也正加緊進(jìn)行 OTA測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和 OTA測(cè)試推廣工作，目前已經(jīng)建立 符合CTIA OTA規(guī)范的實(shí)驗(yàn)室，并通過(guò) CTIA的測(cè)試系統(tǒng)認(rèn)證，已能提供CTIA認(rèn)可的OTA測(cè)試數(shù)據(jù)。OTA測(cè)試及手機(jī)其他的主要參數(shù)2.1 OTA測(cè)試中的主要測(cè)試參數(shù)及相關(guān)計(jì)算在OTA測(cè)試中，輻射性能參數(shù)主要分為兩類：接收參數(shù)和發(fā)射參數(shù)。發(fā)射參數(shù)有TRP、NHPRP ;接收參數(shù)有 TIS、NHPIS。TRP(Total Radiated Po

7、wer):通過(guò)對(duì)整個(gè)輻射球面的發(fā)射功率進(jìn)行面積分并取平均得 至嘰它反映手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率情況，跟手機(jī)在傳導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線輻射 性能有關(guān)。NHPRP(Near Horizon Partial Radiated Power):反映在手機(jī)的 H面附近天線的發(fā)射功 率情況的參數(shù)。TIS(Total Isotropic Sen sitivity):反映在整個(gè)輻射球面手機(jī)接收靈敏度指標(biāo)的情況。 它反映了手機(jī)整機(jī)的接收靈敏度情況，跟手機(jī)的傳導(dǎo)靈敏度和天線的輻射性能有 關(guān)。NHPIS(Near Horizon Partial Isotropic Sensitivity):反映手機(jī)在 H 面附近天線的接

8、收靈 敏度情況的參數(shù)。對(duì)于手持終端，OTA測(cè)試中還將考察終端在有模擬人頭情況下的上述參數(shù)，比較在 有無(wú)模擬人頭情況下相關(guān)參數(shù)的變化情況。2.2其他有關(guān)的天線參數(shù)在考察天線性能的時(shí)候，還有其他需要了解的參數(shù)如：APIP、Gai n 'Directivity、EIRP、ERP。Gain(dBi):在相同的輸入功率下，天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想無(wú)方向性點(diǎn) 源天線在同一點(diǎn)的功率的比值，該增益單位為dBi，手機(jī)天線廠家提供的天線測(cè)試報(bào)告中的增益一般以 dBi為單位。Gain(dBd):在相同的輸入功率下，天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想半波偶極子 天線最大輻射方向上功率的比值，該增益的單位為d

9、Bd。Directivity :在相同的輻射功率下，某天線在空間某點(diǎn)產(chǎn)生的功率與理想無(wú)方向點(diǎn) 源天線在同一點(diǎn)產(chǎn)生的功率的比值。Efficiency :天線輻射功率和天線輸入功率的比值。APIP(A nte nna Port In put Power):加入到天線口的功率大小，是PA輸出到天線口的功率大小。該功率大小主要跟手機(jī)的傳導(dǎo)發(fā)射功率大小有關(guān)。EIRP(Effective Isotropic Radiated Power):等效全向輻射功率是天線得到的功率與天 線以dBi表示的增益的乘積，反映天線在各個(gè)方向上輻射的功率的大小。PEIRP(Peak Effective Isotropic R

10、adiated Power):峰值等效全向輻射功率。 ERP(Effective Radiated Power)的概念與EIRP相同，但ERP是天線得到的功率與以 dBd表示的增益的乘積。2.3各主要參數(shù)之間的關(guān)系根據(jù)各參數(shù)的定義我們能得到各參數(shù)的關(guān)系Efficie ncy =TRPAPIP、Directivit y = PEIRPTRP版權(quán)所有-第4頁(yè)/共 6頁(yè)-0.00深圳市恒愷微波技術(shù)有限公司 -SHENZHEN HONKAI MICROWA VE TECHNOLOGIES CO., LTD.版權(quán)所有-第#頁(yè)/共 6頁(yè)-0.00深圳市恒愷微波技術(shù)有限公司 -SHENZHEN HONKAI

11、 MICROWA VE TECHNOLOGIES CO., LTD.Gain = Efficiency xDirectivity、Gain(dBi) = Gain(dBd) +2.15OTA測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法3.1 OTA的測(cè)試系統(tǒng)圖1所示為CTIA的OTA測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成，該系統(tǒng)主要由暗室、高精度定位系統(tǒng) 及其控制器、射頻測(cè)試儀器和帶自動(dòng)測(cè)試程序的個(gè)人電腦構(gòu)成。主要射頻儀器有綜合測(cè)試儀器、頻譜儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀。為進(jìn)行人頭模擬測(cè)試，還需要符合CTIA標(biāo)準(zhǔn)的人頭模型。暗室需要滿足天線測(cè)試的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試條件，有一定大小的靜區(qū)并滿足總不確定度小于2dB 的要求。MAPS(Multi-Axis Positio

12、n System) 為 AUT(Antenna Under Test)的定位系統(tǒng)， 如圖2所示。MAPS使AUT在整個(gè)球面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，滿足高精度的三維定位。各射頻儀器、轉(zhuǎn)臺(tái)控制器與帶自動(dòng)測(cè)試軟件的PC通過(guò)GPIB接口進(jìn)行通信。Specirun AnalyzerWiH PC softwareNetwork Analjzz&r山山山U"山RF CablesFiber OpbC& for MAPS system-MAPS ControllerPenetrabo n PanelUnivgrEal RadioCommunicationTesterGPIS-BusMdll-Axis

13、 Posi tioning System (MAPS)r=-MAPS ControllerDiagonal Dual Polarized HomAntenna UnderTest (AUT) 孑版權(quán)所有-第#頁(yè)/共 6頁(yè)-0.00深圳市恒愷微波技術(shù)有限公司 -SHENZHEN HONKAI MICROWA VE TECHNOLOGIES CO., LTD.版權(quán)所有-第#頁(yè)/共 6頁(yè)-0.00深圳市恒愷微波技術(shù)有限公司 -SHENZHEN HONKAI MICROWA VE TECHNOLOGIES CO., LTD.圖1. CTIA的OTA測(cè)試系統(tǒng)版權(quán)所有-第#頁(yè)/共 6頁(yè)-0.00深圳市恒愷

14、微波技術(shù)有限公司 -SHENZHEN HONKAI MICROWA VE TECHNOLOGIES CO., LTD.圖2.三維定位裝置3.2 OTA參數(shù)的測(cè)試方法3.2.1 TRP的測(cè)試方法及計(jì)算在進(jìn)行TRP測(cè)試時(shí)，DUT(Device Under Test)處于最大的發(fā)射功率狀態(tài)，選擇高中 低三個(gè)信道進(jìn)行測(cè)試， 對(duì)于可伸縮天線的測(cè)試設(shè)備需要進(jìn)行兩種條件下的測(cè)試。對(duì)于手機(jī)這樣的便攜式設(shè)備還需要在人頭模擬條件下進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)MAPS控制EUT的位置，以15度為步長(zhǎng)，測(cè)量三維空間各點(diǎn)的有效輻射功 率(EIRP)，通過(guò)積分計(jì)算球面上的平均值，計(jì)算公式如下：N-1M-1TRP ?- 刀刀EiRPo(

15、 Q,帕 + EiRP(Q,缶)sin(2NM務(wù)帶j3.2.2 TIS的測(cè)試方法及計(jì)算在進(jìn)行TIS測(cè)試時(shí)，DUT處于最大的發(fā)射功率狀態(tài)， 選擇高中低三個(gè)信道進(jìn)行測(cè)試， 對(duì)于可伸縮天線的測(cè)試設(shè)備需要進(jìn)行兩種條件下的測(cè)試。對(duì)于手機(jī)這樣的便攜式設(shè)備還需要在人頭模擬條件下進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)MAPS控制EUT的位置，以30度為步長(zhǎng)，測(cè)量三維空間各點(diǎn)的接收靈敏度， 通過(guò)積分計(jì)算球面上的平均值，計(jì)算公式如下：TIS?型N-1 M- 1?11?nff? +- ?si n( Q )令?EIS帚 EIS©(BMj)?四、OTA測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)際分析表格1和表格2為WCDMA和GSM雙模手機(jī)的OTA測(cè)試參數(shù)。表格

16、1為DCS 512 信道TRP測(cè)試數(shù)據(jù)表格，該表格很好的反映了各參數(shù)之間的關(guān)系。表格2為各種模式中間信道的TIS測(cè)試參數(shù)。表格1 TRP測(cè)試數(shù)據(jù)Ant. Port In put Pwr.(dBm)29.30Tot. Rad. Pwr. (dBm)25.76Peak EIRP(dBm)29.52Directivity (dBi) 3.76Efficie ncy(dB) -3.54Efficiency(%) 44.30%Gai n(dBi) 0.22表格2 TIS測(cè)試數(shù)據(jù)BAND Channel節(jié) 1.01 TISGSM CH38-100.89DCS CH700-100.81WCDMA CH107

17、00-105.15從以上表格的TRP和TIS參數(shù)，我們能更直接的了解該天線在輻射條件下的發(fā)射和接收性能。因此OTA測(cè)試參數(shù)是一種直接、有效的整機(jī)輻射性能的判別方法。五、OTA測(cè)試中的TRP和SAR指標(biāo)的制約關(guān)系TRP反映的是天線遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射性能，而SAR反映是天線的近場(chǎng)輻射性能。對(duì)于OTA中的TRP指標(biāo)，一般是希望其 TRP比較大，這樣從 PA出來(lái)進(jìn)入天線的功率才被有效輻 射，無(wú)線接口的連接性才比較好。在SAR測(cè)試中，則希望 TRP數(shù)值比較小，這樣被人腦吸收的功率才比較小，保證能通過(guò)SAR測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。因此，TRP指標(biāo)與SAR指標(biāo)是一對(duì)相互矛盾的指標(biāo)，在天線設(shè)計(jì)中如何保證兩個(gè)指標(biāo)都達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，滿

18、足設(shè)計(jì)需要，在天線設(shè)計(jì)的之初就得考慮。以下是一些解決措施：1）選用合適的天線形式，最為重要。比如內(nèi)置天線中的Monopole具有效率高但 SAR也高的特點(diǎn)，因此在使用之前就應(yīng)該對(duì)此有所認(rèn)識(shí)，即Mo nopole和人腦的耦合效應(yīng)較強(qiáng)。PIFA天線綜合性能較好，由于其靠近人腦的一側(cè)被PCB的地遮擋，其高頻頻段在人腦方向比最大輻射方向有 5-6dB的衰減，因此PIFA天線的SAR值比較低，是內(nèi)置天線中比較 理想的天線形式。2）在天線的設(shè)計(jì)之初就考慮SAR問(wèn)題，主要在結(jié)構(gòu)問(wèn)題上進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合手機(jī)的結(jié)構(gòu)選用合適形式的天線，保證天線性能的同時(shí)還滿足通過(guò)SAR指標(biāo)，比如采取將天線放置于PCB的底部等措施。對(duì)于外置式的螺旋天線一般應(yīng)注意天線與人腦之間的距離，保 證滿足SAR測(cè)試的需要。3）在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn) SAR測(cè)試超標(biāo)，可通過(guò)調(diào)低天線性能的方式解決，如使用損耗稍 大的材料等方法，這需要與天線廠家配合進(jìn)行。4）更改天線走線方式，調(diào)整方向圖等措施。5）在標(biāo)準(zhǔn)允許的情況下，降低PA的輸出功率。以上方法是在滿足 SAR和TRP測(cè)試需要的情況下，取得兩者的折中。六、總結(jié)CTIA的OTA測(cè)試指標(biāo)直接反映了手機(jī)的輻射性能，因此越來(lái)越