手機(jī)OTA測試

1.1 手機(jī)的無源測試和有源測試
當(dāng)前在手機(jī)射頻性能測試中越來越關(guān)注整機(jī)輻射性能的測試，這種輻射性能反映了手機(jī)的最終發(fā)射和接收性能。目前主要有兩種方法對手機(jī)的輻射性能進(jìn)行考察：一種是從天線的輻射性能進(jìn)行判定，是目前較為傳統(tǒng)的天線測試方法，稱為無源測試；另一種是在特定微波暗室內(nèi)，測試手機(jī)的輻射功率和接收靈敏度，稱為有源測試。OTA(Over The Air)測試就屬于有源測試。
無源測試側(cè)重從手機(jī)天線的增益、效率、方向圖等天線的輻射參數(shù)方面考察手機(jī)的輻射性能。無源測試雖然考慮了整機(jī)環(huán)境(比如天線周圍器件、開蓋和閉蓋)對天線性能的影響，但天線與整機(jī)配合之后最終的輻射發(fā)射功率和接收靈敏度如何，從無源測試數(shù)據(jù)無法直接得知，測試數(shù)據(jù)不是很直觀。
有源測試則側(cè)重從手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率和接收靈敏度方面考察手機(jī)的輻射性能。有源測試是在特定的微波暗室中測試整機(jī)在三維空間各個(gè)方向的發(fā)射功率和接收靈敏度，更能直接地反映手機(jī)整機(jī)的輻射性能。
CTIA(Cellular Telecommunication and Internet Association)制定了OTA(Over The Air)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。OTA 測試著重進(jìn)行整機(jī)輻射性能方面的測試，并逐漸成為手機(jī)廠商重視和認(rèn)可的測試項(xiàng)目。

OTA測試系統(tǒng)

OTA測試全波暗室

1.2 OTA 測試的目的
目前只有通過FTA(Full Type Approval)認(rèn)證測試的手機(jī)型號(hào)才能上市銷售，在FTA 測試中，射頻性能測試主要進(jìn)行手機(jī)在電纜連接模式下的射頻性能測試；至于手機(jī)整機(jī)的輻射發(fā)射和接收性能，在FTA 測試中沒有明確的規(guī)定,而OTA 測試正好彌補(bǔ)FTA 測試在這方面測試的不足。同時(shí)，終端生產(chǎn)廠家必須對所生產(chǎn)手機(jī)的輻射性能有清楚的了解，并通過各種措施提高手機(jī)輻射的發(fā)射和接收指標(biāo)。如果手機(jī)輻射性能不好，將產(chǎn)生手機(jī)信號(hào)不好、語音通話質(zhì)量差、容易掉線等多方面的問題，這也是客戶投訴比較多的問題。
在手機(jī)通話時(shí)，由于人腦靠近手機(jī)天線，將降低手機(jī)的發(fā)射和接收性能，手機(jī)整機(jī)輻射的發(fā)射和接收性能都會(huì)降低。在手機(jī)研發(fā)過程中應(yīng)定量測量人腦對手機(jī)的發(fā)射和接收性能的影響，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使發(fā)射和接收性能降低不能太大，即減少人體和天線的電磁耦合效應(yīng)。
為考察手機(jī)的輻射性能，除考察手機(jī)天線的無源性能之外，整機(jī)的有源性能也是一個(gè)重要的考察方面。當(dāng)前整機(jī)有源性能越來越受到終端廠商的重視，因此在手機(jī)輻射性能的考察中應(yīng)將兩種輻射性能綜合起來考慮。目前終端天線廠商在研發(fā)中一般都要求天線供應(yīng)商提供無源和有源測試報(bào)告。

2.OTA 測試及手機(jī)其他的主要參數(shù)
2.1 OTA 測試中的主要測試參數(shù)及相關(guān)計(jì)算在OTA 測試中，輻射性能參數(shù)主要分為兩類：接收參數(shù)和發(fā)射參數(shù)。
發(fā)射參數(shù)有TRP、NHPRP；接收參數(shù)有TIS、NHPIS。
TRP(Total Radiated Power)：通過對整個(gè)輻射球面的發(fā)射功率進(jìn)行面積分并取平均得到。它反映手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率情況，跟手機(jī)在傳導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能有關(guān)。
NHPRP(Near Horizon Partial Radiated Power)：反映在手機(jī)的H面附近天線的發(fā)射功率情況的參數(shù)。
TIS(Total Isotropic Sensitivity)：反映在整個(gè)輻射球面手機(jī)接收靈敏度指標(biāo)的情況。它反映了手機(jī)整機(jī)的接收靈敏度情況，跟手機(jī)的傳導(dǎo)靈敏度和天線的輻射性能有關(guān)。
NHPIS(Near Horizon Partial Isotropic Sensitivity)：反映手機(jī)在H面附近天線的接收靈敏度情況的參數(shù)。
對于手持終端，OTA 測試中還將考察終端在有模擬人頭情況下的上述參數(shù)，比較在有無模擬人頭情況下相關(guān)參數(shù)的變化情況。

2.2 其他有關(guān)的天線參數(shù)
在考察天線性能的時(shí)候，還有其他需要了解的參數(shù)如：APIP、Gain、Directivity、EIRP、ERP。
Gain(dBi)：在相同的輸入功率下，天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想無方向性點(diǎn)源天線在同一點(diǎn)的功率的比值，該增益單位為dBi，手機(jī)天線廠家提供的天線測試報(bào)告中的增益一般以dBi 為單位。
Gain(dBd)：在相同的輸入功率下，天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想半波偶極子天線最大輻射方向上功率的比值，該增益的單位為dBd。
Directivity：在相同的輻射功率下，某天線在空間某點(diǎn)產(chǎn)生的功率與理想無方向點(diǎn)源天線在同一點(diǎn)產(chǎn)生的功率的比值。
Efficiency：天線輻射功率和天線輸入功率的比值。
APIP(Antenna Port Input Power)：加入到天線口的功率大小，是PA 輸出到天線口的功率大小。該功率大小主要跟手機(jī)的傳導(dǎo)發(fā)射功率大小有關(guān)。
EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)：等效全向輻射功率是天線得到的功率與天線以dBi 表示的增益的乘積，反映天線在各個(gè)方向上輻射的功率的大小。
PEIRP(Peak Effective Isotropic Radiated Power)：峰值等效全向輻射功率。
ERP(Effective Radiated Power)的概念與EIRP 相同，但ERP 是天線得到的功率與以dBd 表示的增益的乘積。

3.OTA 測試中的TRP 和SAR 指標(biāo)的制約關(guān)系
TRP 反映的是天線遠(yuǎn)場的輻射性能，而SAR 反映是天線的近場輻射性能。對于OTA 中的TRP 指標(biāo)，一般是希望其TRP 比較大，這樣從PA 出來進(jìn)入天線的功率才被有效輻射，無線接口的連接性才比較好。在SAR 測試中，則希望TRP 數(shù)值比較小，這樣被人腦吸收的功率才比較小，保證能通過SAR 測試標(biāo)準(zhǔn)。因此，TRP 指標(biāo)與SAR 指標(biāo)是一對相互矛盾的指標(biāo)，在天線設(shè)計(jì)中如何保證兩個(gè)指標(biāo)都達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，滿足設(shè)計(jì)需要，在天線設(shè)計(jì)的之初就得考慮。

以下是一些解決措施：
(1)選用合適的天線形式，最為重要。比如內(nèi)置天線中的Monopole 具有效率高但SAR 也高的特點(diǎn)，因此在使用之前就應(yīng)該對此有所認(rèn)識(shí)，即Monopole 和人腦的耦合效應(yīng)較強(qiáng)。PIFA 天線綜合性能較好，由于其靠近人腦的一側(cè)被PCB 的地遮擋，其高頻頻段在人腦方向比最大輻射方向有5-6dB的衰減，因此PIFA 天線的SAR 值比較低，是內(nèi)置天線中比較理想的天線形式。
(2)在天線的設(shè)計(jì)之初就考慮SAR 問題，主要在結(jié)構(gòu)問題上進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合手機(jī)的結(jié)構(gòu)選用合適形式的天線，保證天線性能的同時(shí)還滿足通過SAR 指標(biāo)，比如采取將天線放置于PCB 的底部等措施。對于外置式的螺旋天線一般應(yīng)注意天線與人腦之間的距離，保證滿足SAR 測試的需要。
(3)在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)SAR 測試超標(biāo)，可通過調(diào)低天線性能的方式解決，如使用損耗稍大的材料等方法，這需要與天線廠家配合進(jìn)行。
(4)更改天線走線方式，調(diào)整方向圖等措施。
(5)在標(biāo)準(zhǔn)允許的情況下，降低PA 的輸出功率。
以上方法是在滿足SAR 和TRP 測試需要的情況下，取得兩者的折中。

4.總結(jié)
CTIA 的OTA 測試指標(biāo)直接反映了手機(jī)的輻射性能，因此越來越受到測試機(jī)構(gòu)和相關(guān)廠商的重視。在手機(jī)天線指標(biāo)判定時(shí)，需要將無源和有源性能指標(biāo)綜合考慮，對整機(jī)天線性能進(jìn)行綜合評價(jià)。
MORAB的OTA天線測試暗室符合CTIA的OTA測試標(biāo)準(zhǔn)，測試系統(tǒng)采用的SG24的近場折算遠(yuǎn)場測量方案，是目前最準(zhǔn)確的天線測試方法。有重復(fù)性高，準(zhǔn)確度高，解析度高等優(yōu)點(diǎn)。SG24 是全球少數(shù)能完全符合CTIA 要求的測試系統(tǒng)。能提供CTIA 所需要的TRP/TIS 測試。測試適用范圍:CTIA OTA (GSM900,DCS1800,Cellular 850,PCS1900)；3D 天線場型測量、增益、天線效率、方向圖、極化性能。