如何正确测试设备的 PCB 天线?

物联网 波波 测试 硬件
2021-06-09 22:36:34

我正在测试我用 PCB 天线创建Z-Wave设备。我想确保天线具有良好的覆盖范围,并且产生的信号强度足够强,可与该领域的同类设备相媲美。

如何正确地对我的设备进行范围测试?

3个回答

您可以使用频谱分析仪来确保:

  • 天线以正确的频率(范围)发射。
  • 输出功率是预期(理论上计算的)输出功率(或足够接近)。

频谱分析仪(包括误码率分析仪)的高端版本可以帮助您进一步确保不仅天线而且编码正确。

有两种主要方法可以表征天线及其在系统中的有效性,free space以及in-situ第一个将为您提供最佳情况基线,不易受测量噪声的影响(特别是如果您可以使用大型消声室),并且可能最适合在候选天线变化之间进行选择。In-situ测量结果不太确定,但允许您具体说明可能的工作场景,并排除愚蠢的错误(例如忘记最终设备具有导电外壳)。

这两种方法都需要一个发送-接收对。一个或两个都可以是真正的设备,传播是可交换的。请注意在真实测试设备上使用具有代表性的电源和自主操作。如果连接电源或串行电缆,它们将成为天线系统的一部分。

频谱分析仪的一个很好的替代品是软件定义无线电。某些 USB-DVBTV 加密狗的使用成本非常低。在这种情况下,您不必担心信号保真度,简单的信号强度就足够了。

理想情况下,您将足够接近,因为未校正的错误率不是一个有用的指标。独立地,您应该了解信号强度、未校正错误率和系统性能与计算出您的目标工作点之间的关系。

对于自由空间测量,理想情况下,您将处于开放领域,没有电源线和许多 10 米的反射结构。将 DUT 放在木架上,从 5-10 米(至少几个波长)的距离观察。向各个方向旋转它,然后测量。用比较设备重复,用你关心的任何其他变化重复。通常在测试范围的一端使用感兴趣频率的定向天线,这消除了由于测试位置(以及您在该端附近的存在)引起的一些变化

对于原位测量,尽可能多地进行实际部署非常重要。理想情况下,您将运行设备到设备,并在设备上记录信号质量。寻找您能找到的最坏情况 - 最终用户可能会发现更糟的情况。

如有疑问,请咨询 EMC 测试机构。他们通常能够咨询,例如,通过一些现场测量来验证您的方法。使用定制天线,您以后可能会需要他们的服务。

为了至少正确测试天线,需要以下项目

  • 具有已知模式和发射器(例如射频信号发生器)的源天线会产生已知信号
  • 带有接收器系统的测试天线测量和监控接收的 RF 信号。在这种情况下,z 波设备可以用作接收器系统。
  • 被测天线 (AUT) 需要作为角度的函数进行测试。需要使用定位系统来相对于源系统旋转 AUT。

下面是一个简单的图表来说明上述内容。

测试天线设置
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上述设置将有助于测试 AUT 的发射器和接收器。

需要选择适合应用程序的下一组范围。最常见的是

高程(自由空间)

自由空间测试有时进一步分为室外测试和室内测试。对于室内测试,消声室将非常有效。

高程
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紧凑型系列

最好考虑进行紧凑范围测试。最简单的方法是使用抛物面反射器来创建适合进行必要测量的平面波。下面是一个详细的例子。

紧凑型系列
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在确定设备和可能的测试设置后,需要评估天线的基本原理。以下是要考虑的清单

  • 辐射模式(增益和效率)
  • 阻抗(V oltage小号tanding W¯¯ AVE ř ATIO)
  • 带宽
  • 极化

参考: