如何調節(jié)阻抗調諧器

Test Card

對于移動終端而言，天線性能至關重要，直接影響整機TRP、TIS等OTA性能。其中，天線效率尤為關鍵，這是獲得良好OTA性能的重要保證。

現(xiàn)如今MIMO、Multi-Camera、Larger Screen等新技術與功能的引入，無一不在壓縮凈空區(qū)，給智能手機天線的設計帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。

圖1. 新技術給天線設計帶來了新的挑戰(zhàn)既然凈空區(qū)有限，為何不將天線尺寸設計得更小一些，以得到期望的效率。然而，天線尺寸小了，諧振頻率必然升高，怎么樣才能夠將諧振頻率調諧至所需要的頻段呢？在這種情況下，Switch Tuner應運而生。通過使用Switch Tuner再配以電容、電感等器件，就可以調諧天線的工作頻段。

Antenna Switch Tuner Parameters

Switch Tuner比較關鍵的參數(shù)包括：Ron，Coff，Isolation，Harmonic，Vpeak。Isolation和Harmonic相對容易理解，下面簡要介紹一下另外三個參數(shù)。

Ron：通道導通后呈現(xiàn)的輸入電阻，電阻越小，熱損耗越小，天線效率越高。

Coff：通道斷開后呈現(xiàn)的輸入電容，電容越小，天線效率越高。

Vpeak：在滿足諧波指標要求下，Switch Tuner能夠承受的最大電壓幅度。

諧波指標需要滿足3GPP規(guī)定的要求，3GPP并沒有規(guī)定發(fā)射機的諧波要求，但是給出了Spurious emission的要求，如下圖所示，Switch Tuner本身產(chǎn)生的諧波必須滿足下列要求。諧波功率隨階數(shù)呈現(xiàn)逐步降低的趨勢，結合規(guī)范要求，考慮到容差，通常要求二、三次諧波不超過-40dBm。

圖2. 3GPP對終端雜散的要求（3GPP TS36.521-1）實際應用時，Switch Tuner并不在天線輸入端，而是在天線結構體上，天線諧振使得在結構體上形成駐波電壓，有的位置駐波電壓幅度非常小，而有的位置駐波電壓幅度非常大。因此，通常對Switch Tuner耐受電壓提出了非常高的要求，有的要求承受高達80V的電壓。

如何測試Antenna Switch Tuner？

對于Ron/Coff/Isolation而言，都屬于S參數(shù)的測試，相對比較簡單。而Vpeak測試比較復雜，如何實現(xiàn)高壓，采用哪一種測試組網(wǎng)方式，都將在下文有所描述。

如何測試Vpeak呢？判定Switch Tuner可承受的Vpeak，其依據(jù)是3GPP 相關標準中Spurious的限值。當Spurious剛好不超過相應限值時，加載在Switch Tuner兩端的電壓即為Vpeak。

當要加載高達80V的電壓時，需要+48dBm的射頻功率。如此高的射頻功率，除了對外部功放有很高的要求，本身對系統(tǒng)的可靠性也是一個挑戰(zhàn)。

被大家普遍接受的方法是，在Switch Tuner的輸出端使用一個阻抗調諧器——Impedance Tuner，如圖3所示，通過調節(jié)阻抗改變反射系數(shù)，從而使得在DUT處形成所需要的加載電壓。這種方法不需要提供非常高的射頻功率。

圖3. Peak Voltage 測試組網(wǎng)示意圖

如何調節(jié)阻抗調諧器呢？

通過調節(jié)阻抗調諧器來改變輸入側的反射系數(shù)，在調諧器與DUT之間就會形成駐波電壓。反射系數(shù)幅值和相位的變化均會對駐波電壓的幅度和分布有影響。根據(jù)微波傳輸線理論，假設負載端的反射系數(shù)為Γ，則向激勵源看去傳輸線上的最高駐波電壓模值為

業(yè)界通常選擇失配后的VSWR=6，據(jù)此計算，當提供+43dBm的射頻功率時，就可以實現(xiàn)80V的加載電壓。

圖4. 反射系數(shù)相位（VSWR=6）對駐波電壓的影響沿傳輸線形成駐波電壓，有的位置幅度高，有的位置幅度低，且反射系數(shù)對駐波電壓的幅度和分布影響很大，圖4給出了四種相位對應的駐波電壓波形。實際測試時，只要保證DUT處的VSWR=6，且反射系數(shù)相位為0，就可以使用最小的射頻功率實現(xiàn)最高的加載電壓。

前面介紹了tuner測試的相關內(nèi)容，大家應該會想到，對于這樣一款器件的測試，可以使用矢網(wǎng)、信號源和頻譜儀等三種測試設備，但是整個測試系統(tǒng)會比較臃腫，不適合產(chǎn)線測試。NI基于PXI測試設備，針對tuner等多種射頻器件的測試，已經(jīng)開發(fā)出了結構非常緊湊的STS自動化測試系統(tǒng)，而且經(jīng)過了大量驗證測試，具有良好的結果一致性和穩(wěn)定性，適用于產(chǎn)線批量測試以及實驗室的器件篩選測試，感興趣的朋友可以了解一下。