天线作为无线信号辐射和接收的重要器件,在设计出来后,需要经过测试才能确定其性能是否符合设计要求。那么天线性能测试是如何进行的呢?测试中需用到哪些专业测试设备?本文章带你深入了解。
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一款天线设计出来后,如何确定它的性能是否符合设计要求?这就需要经过专门的天线测试来评估。天线测试需要用到专业的测试设备,例如矢量网络分析仪、天线测试系统、射频测试线缆等。下面以广州致远电子股份有限公司推出的ZM602系列Wi-Fi模块为例,看看如何测试PCB天线的性能。
表1 测试仪器及工具
测试指标
在往期天线系列文章中,我们介绍了天线的几个关键性能指标:增益、工作频段/带宽、驻波比、输入阻抗,本期我们测试这几个关键参数。
深入解读中的天线① — 初识天线
深入解读中的天线② — PCB天线设计
测试步骤
1. 测试仪器校准:为了得到最准确的测试结果,测试前需要对网络分析仪与测试射频线进行校准。我们以安捷伦E5071C为例,此仪器为四端口的网络分析仪,但我们用其中一个端口即可。选择PORT1,将射频线一端N头接入仪器PORT1端口,另一端SMA接入校准件,依次按仪器面板校准按钮【Cal】---【Calibrate】---【1-Port Cal】,分别在开路【Open】、短路【Short】及50Ω负载【Load】校准射频线,最后通过端口延伸功能将RF转接线一起校准,校准后效果如图2所示。
图2 网络分析仪校准
2. 取已校准好的RF转接线焊接至PCB天线,如图3所示;
图3 RF转接线焊接至PCB天线
3. 调取网络分析仪S11、VSWR、Smith测试窗口分别测量工作频段/带宽、驻波比、输入阻抗。
S11(工作频段/带宽):S11小于-10dB的频段内为天线的有效带宽,从图4可以看出,ZM602模块PCB天线的有效工作频段在2.265GHz~2.588GHz,带宽约为300MHz,完全覆盖Wi-Fi的工作频段。
图4 S11(工作频段/带宽)
VSWR(驻波比)、输入阻抗如图5、图6所示。
图5 VSWR(驻波比)
图6 输入阻抗
4. 最后测试天线增益,需用到微波暗室及其测试天线增益的系统,将被测试PCB天线放至微波暗室测试平台上,通过天线增益测试系统可测试出PCB天线增益,如图7~9所示。
图7 天线增益测试系统示意图
图8 微波暗室
图9 天线增益
注意事项
PCB天线也叫板载天线,它是倒F天线衍变而来的,对地尺寸是有要求的,一般为四分之一至四分之三波长时,其增益效果最好。如果模块尺寸小于四分之一至四分之三波长时,天线效果会受到影响。另外,天线一般都会设计匹配电路,以进行性能调试和优化,因此测试时RF转接线需焊接到天线匹配端,才能测到最准确的天线性能指标。