浅析Antenna Switch Tuner测试方法

Test Card

对于移动终端而言，天线性能至关重要，直接影响整机TRP、TIS等OTA性能。其中，天线效率尤为关键，这是获得良好OTA性能的重要保证。

现如今MIMO、Multi-Camera、Larger Screen等新技术与功能的引入，无一不在压缩净空区，给智能手机天线的设计带来了前所未有的挑战。

图1. 新技术给天线设计带来了新的挑战

既然净空区有限，为何不将天线尺寸设计得更小一些，以得到期望的效率。然而，天线尺寸小了，谐振频率必然升高，怎么样才能够将谐振频率调谐至所需要的频段呢？在这种情况下，Switch Tuner应运而生。通过使用Switch Tuner再配以电容、电感等器件，就可以调谐天线的工作频段。

Antenna Switch Tuner Parameters

Switch Tuner比较关键的参数包括：Ron，Coff，Isolation，Harmonic，Vpeak。Isolation和Harmonic相对容易理解，下面简要介绍一下另外三个参数。

Ron：通道导通后呈现的输入电阻，电阻越小，热损耗越小，天线效率越高。

Coff：通道断开后呈现的输入电容，电容越小，天线效率越高。

Vpeak：在满足谐波指标要求下，Switch Tuner能够承受的最大电压幅度。

谐波指标需要满足3GPP规定的要求，3GPP并没有规定发射机的谐波要求，但是给出了Spurious emission的要求，如下图所示，Switch Tuner本身产生的谐波必须满足下列要求。谐波功率随阶数呈现逐步降低的趋势，结合规范要求，考虑到容差，通常要求二、三次谐波不超过-40dBm。

图2. 3GPP对终端杂散的要求(3GPP TS36.521-1)

实际应用时，Switch Tuner并不在天线输入端，而是在天线结构体上，天线谐振使得在结构体上形成驻波电压，有的位置驻波电压幅度非常小，而有的位置驻波电压幅度非常大。因此，通常对Switch Tuner耐受电压提出了非常高的要求，有的要求承受高达80V的电压。

如何测试Antenna Switch Tuner？

对于Ron/Coff/Isolation而言，都属于S参数的测试，相对比较简单。而Vpeak测试比较复杂，如何实现高压，采用哪一种测试组网方式，都将在下文有所描述。

如何测试Vpeak呢？判定Switch Tuner可承受的Vpeak，其依据是3GPP 相关标准中Spurious的限值。当Spurious刚好不超过相应限值时，加载在Switch Tuner两端的电压即为Vpeak。

当要加载高达80V的电压时，需要+48dBm的射频功率。如此高的射频功率，除了对外部功放有很高的要求，本身对系统的可靠性也是一个挑战。

被大家普遍接受的方法是，在Switch Tuner的输出端使用一个阻抗调谐器——Impedance Tuner，如图3所示，通过调节阻抗改变反射系数，从而使得在DUT处形成所需要的加载电压。这种方法不需要提供非常高的射频功率。

图3. Peak Voltage 测试组网示意图

如何调节阻抗调谐器呢？

通过调节阻抗调谐器来改变输入侧的反射系数，在调谐器与DUT之间就会形成驻波电压。反射系数幅值和相位的变化均会对驻波电压的幅度和分布有影响。根据微波传输线理论，假设负载端的反射系数为Γ，则向激励源看去传输线上的最高驻波电压模值为

业界通常选择失配后的VSWR=6，据此计算，当提供+43dBm的射频功率时，就可以实现80V的加载电压。

图4. 反射系数相位(VSWR=6)对驻波电压的影响

沿传输线形成驻波电压，有的位置幅度高，有的位置幅度低，且反射系数对驻波电压的幅度和分布影响很大，图4给出了四种相位对应的驻波电压波形。实际测试时，只要保证DUT处的VSWR=6，且反射系数相位为0，就可以使用最小的射频功率实现最高的加载电压。

前面介绍了tuner测试的相关内容，大家应该会想到，对于这样一款器件的测试，可以使用矢网、信号源和频谱仪等三种测试设备，但是整个测试系统会比较臃肿，不适合产线测试。NI基于PXI测试设备，针对tuner等多种射频器件的测试，已经开发出了结构非常紧凑的STS自动化测试系统，而且经过了大量验证测试，具有良好的结果一致性和稳定性，适用于产线批量测试以及实验室的器件筛选测试，感兴趣的朋友可以了解一下。