深入解讀無(wú)線通信中的天線③— 天線性能測(cè)試

天線作為無(wú)線信號(hào)輻射和接收的重要器件，在設(shè)計(jì)出來(lái)后，需要經(jīng)過(guò)測(cè)試才能確定其性能是否符合設(shè)計(jì)要求。那么天線性能測(cè)試是如何進(jìn)行的呢？測(cè)試中需用到哪些專業(yè)測(cè)試設(shè)備？本文章帶你深入了解。

測(cè)試設(shè)備

一款天線設(shè)計(jì)出來(lái)后，如何確定它的性能是否符合設(shè)計(jì)要求？這就需要經(jīng)過(guò)專門的天線測(cè)試來(lái)評(píng)估。天線測(cè)試需要用到專業(yè)的測(cè)試設(shè)備，例如矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、天線測(cè)試系統(tǒng)、射頻測(cè)試線纜等。下面以廣州致遠(yuǎn)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(cè)試PCB天線的性能。

表1 測(cè)試儀器及工具

測(cè)試指標(biāo)

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

深入解讀無(wú)線通信中的天線① — 初識(shí)天線

深入解讀無(wú)線通信中的天線② — PCB天線設(shè)計(jì)

測(cè)試步驟

1. 測(cè)試儀器校準(zhǔn)：為了得到最準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，測(cè)試前需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀與測(cè)試射頻線進(jìn)行校準(zhǔn)。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，將射頻線一端N頭接入儀器PORT1端口，另一端SMA接入校準(zhǔn)件，依次按儀器面板校準(zhǔn)按鈕【Cal】---【Calibrate】---【1-Port Cal】，分別在開路【Open】、短路【Short】及50Ω負(fù)載【Load】校準(zhǔn)射頻線，最后通過(guò)端口延伸功能將RF轉(zhuǎn)接線一起校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后效果如圖2所示。

圖2  網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)

2. 取已校準(zhǔn)好的RF轉(zhuǎn)接線焊接至PCB天線，如圖3所示；

圖3  RF轉(zhuǎn)接線焊接至PCB天線

3. 調(diào)取網(wǎng)絡(luò)分析儀S11、VSWR、Smith測(cè)試窗口分別測(cè)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(nèi)為天線的有效帶寬，從圖4可以看出，ZM602模塊PCB天線的有效工作頻段在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(cè)試天線增益，需用到微波暗室及其測(cè)試天線增益的系統(tǒng)，將被測(cè)試PCB天線放至微波暗室測(cè)試平臺(tái)上，通過(guò)天線增益測(cè)試系統(tǒng)可測(cè)試出PCB天線增益，如圖7~9所示。

圖7 天線增益測(cè)試系統(tǒng)示意圖

圖8 微波暗室

圖9 天線增益

注意事項(xiàng)

PCB天線也叫板載天線，它是倒F天線衍變而來(lái)的，對(duì)地尺寸是有要求的，一般為四分之一至四分之三波長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)，天線效果會(huì)受到影響。另外，天線一般都會(huì)設(shè)計(jì)匹配電路，以進(jìn)行性能調(diào)試和優(yōu)化，因此測(cè)試時(shí)RF轉(zhuǎn)接線需焊接到天線匹配端，才能測(cè)到最準(zhǔn)確的天線性能指標(biāo)。