手機(jī)OTA測(cè)試

1.1 手機(jī)的無(wú)源測(cè)試和有源測(cè)試
當(dāng)前在手機(jī)射頻性能測(cè)試中越來(lái)越關(guān)注整機(jī)輻射性能的測(cè)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(duì)手機(jī)的輻射性能進(jìn)行考察：一種是從天線(xiàn)的輻射性能進(jìn)行判定，是目前較為傳統(tǒng)的天線(xiàn)測(cè)試方法，稱(chēng)為無(wú)源測(cè)試；另一種是在特定微波暗室內(nèi)，測(cè)試手機(jī)的輻射功率和接收靈敏度，稱(chēng)為有源測(cè)試。OTA(Over The Air)測(cè)試就屬于有源測(cè)試。
無(wú)源測(cè)試側(cè)重從手機(jī)天線(xiàn)的增益、效率、方向圖等天線(xiàn)的輻射參數(shù)方面考察手機(jī)的輻射性能。無(wú)源測(cè)試雖然考慮了整機(jī)環(huán)境(比如天線(xiàn)周?chē)骷?、開(kāi)蓋和閉蓋)對(duì)天線(xiàn)性能的影響，但天線(xiàn)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(wú)源測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)法直接得知，測(cè)試數(shù)據(jù)不是很直觀。
有源測(cè)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(cè)試是在特定的微波暗室中測(cè)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(cè)試著重進(jìn)行整機(jī)輻射性能方面的測(cè)試，并逐漸成為手機(jī)廠商重視和認(rèn)可的測(cè)試項(xiàng)目。

OTA測(cè)試系統(tǒng)

OTA測(cè)試全波暗室

1.2 OTA 測(cè)試的目的
目前只有通過(guò)FTA(Full Type Approval)認(rèn)證測(cè)試的手機(jī)型號(hào)才能上市銷(xiāo)售，在FTA 測(cè)試中，射頻性能測(cè)試主要進(jìn)行手機(jī)在電纜連接模式下的射頻性能測(cè)試；至于手機(jī)整機(jī)的輻射發(fā)射和接收性能，在FTA 測(cè)試中沒(méi)有明確的規(guī)定,而OTA 測(cè)試正好彌補(bǔ)FTA 測(cè)試在這方面測(cè)試的不足。同時(shí)，終端生產(chǎn)廠家必須對(duì)所生產(chǎn)手機(jī)的輻射性能有清楚的了解，并通過(guò)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(yǔ)音通話(huà)質(zhì)量差、容易掉線(xiàn)等多方面的問(wèn)題，這也是客戶(hù)投訴比較多的問(wèn)題。
在手機(jī)通話(huà)時(shí)，由于人腦靠近手機(jī)天線(xiàn)，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(guò)程中應(yīng)定量測(cè)量人腦對(duì)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(xiàn)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(xiàn)的無(wú)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(lái)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(lái)考慮。目前終端天線(xiàn)廠商在研發(fā)中一般都要求天線(xiàn)供應(yīng)商提供無(wú)源和有源測(cè)試報(bào)告。

2.OTA 測(cè)試及手機(jī)其他的主要參數(shù)
2.1 OTA 測(cè)試中的主要測(cè)試參數(shù)及相關(guān)計(jì)算在OTA 測(cè)試中，輻射性能參數(shù)主要分為兩類(lèi)：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(guò)對(duì)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的接收靈敏度情況的參數(shù)。
對(duì)于手持終端，OTA 測(cè)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(wú)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(xiàn)參數(shù)
在考察天線(xiàn)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(xiàn)在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想無(wú)方向性點(diǎn)源天線(xiàn)在同一點(diǎn)的功率的比值，該增益單位為dBi，手機(jī)天線(xiàn)廠家提供的天線(xiàn)測(cè)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(xiàn)在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想半波偶極子天線(xiàn)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(xiàn)在空間某點(diǎn)產(chǎn)生的功率與理想無(wú)方向點(diǎn)源天線(xiàn)在同一點(diǎn)產(chǎn)生的功率的比值。
Efficiency：天線(xiàn)輻射功率和天線(xiàn)輸入功率的比值。
APIP(Antenna Port Input Power)：加入到天線(xiàn)口的功率大小，是PA 輸出到天線(xiàn)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(xiàn)得到的功率與天線(xiàn)以dBi 表示的增益的乘積，反映天線(xiàn)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(xiàn)得到的功率與以dBd 表示的增益的乘積。

3.OTA 測(cè)試中的TRP 和SAR 指標(biāo)的制約關(guān)系
TRP 反映的是天線(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射性能，而SAR 反映是天線(xiàn)的近場(chǎng)輻射性能。對(duì)于OTA 中的TRP 指標(biāo)，一般是希望其TRP 比較大，這樣從PA 出來(lái)進(jìn)入天線(xiàn)的功率才被有效輻射，無(wú)線(xiàn)接口的連接性才比較好。在SAR 測(cè)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(guò)SAR 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。因此，TRP 指標(biāo)與SAR 指標(biāo)是一對(duì)相互矛盾的指標(biāo)，在天線(xiàn)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(mǎn)足設(shè)計(jì)需要，在天線(xiàn)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(xiàn)形式，最為重要。比如內(nèi)置天線(xiàn)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(duì)此有所認(rèn)識(shí)，即Monopole 和人腦的耦合效應(yīng)較強(qiáng)。PIFA 天線(xiàn)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(xiàn)的SAR 值比較低，是內(nèi)置天線(xiàn)中比較理想的天線(xiàn)形式。
(2)在天線(xiàn)的設(shè)計(jì)之初就考慮SAR 問(wèn)題，主要在結(jié)構(gòu)問(wèn)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(xiàn)，保證天線(xiàn)性能的同時(shí)還滿(mǎn)足通過(guò)SAR 指標(biāo)，比如采取將天線(xiàn)放置于PCB 的底部等措施。對(duì)于外置式的螺旋天線(xiàn)一般應(yīng)注意天線(xiàn)與人腦之間的距離，保證滿(mǎn)足SAR 測(cè)試的需要。
(3)在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)SAR 測(cè)試超標(biāo)，可通過(guò)調(diào)低天線(xiàn)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(xiàn)廠家配合進(jìn)行。
(4)更改天線(xiàn)走線(xiàn)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(mǎn)足SAR 和TRP 測(cè)試需要的情況下，取得兩者的折中。

4.總結(jié)
CTIA 的OTA 測(cè)試指標(biāo)直接反映了手機(jī)的輻射性能，因此越來(lái)越受到測(cè)試機(jī)構(gòu)和相關(guān)廠商的重視。在手機(jī)天線(xiàn)指標(biāo)判定時(shí)，需要將無(wú)源和有源性能指標(biāo)綜合考慮，對(duì)整機(jī)天線(xiàn)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
MORAB的OTA天線(xiàn)測(cè)試暗室符合CTIA的OTA測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試系統(tǒng)采用的SG24的近場(chǎng)折算遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量方案，是目前最準(zhǔn)確的天線(xiàn)測(cè)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(cè)試系統(tǒng)。能提供CTIA 所需要的TRP/TIS 測(cè)試。測(cè)試適用范圍:CTIA OTA (GSM900,DCS1800,Cellular 850,PCS1900)；3D 天線(xiàn)場(chǎng)型測(cè)量、增益、天線(xiàn)效率、方向圖、極化性能。