深入解读无线通信中的天线③— 天线性能测试

  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。

  测试设备

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

仪器和工具	数量	备注
网络分析仪	1	天线性能指标测试
射频转接线	1	测试用
RF转接线	1	焊接至PCB天线
微波暗室	1	消除电磁干扰及多径反射
天线测试系统	1	测试天线增益

  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。

深入解读无线通信中的天线① — 初识天线

深入解读无线通信中的天线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。