在实验室中模拟手机接收不良

电器工程 射频 天线 GSM 传播 蜂窝
2022-01-06 16:59:52

我目前正在开发一种使用 uBlox SARA-U260 gsm/3G 调制解调器的物联网设备。

在现场测试中,由于我们在撒哈拉以南非洲的部署中手机接收不佳,我们遇到了严重的软件/固件问题。

我很难在实验室中复制这些问题,因为这里的细胞接收效果太好了。即使调制解调器没有插入天线,它仍然能够连接到蜂窝网络互联网!

所以,我正在寻找最好的方法来阻止我的调制解调器认为它接收不良。

我的一个想法是切断天线的同轴电缆并在接地护罩和中心导体之间焊接一个电阻器。这行得通吗?多大的电阻才有意义?可能是一个相当低值的电阻器(比如 50 欧姆?)

我很困惑为什么即使没有天线调制解调器仍然可以连接。我认为在正常操作期间,调制解调器在传输时必须使接地和中心导体短路(因此与传输突发相关的高电流)。

正常情况下,短线是否位于天线内部?如果是这样,同轴电缆的中心导体是否总是处于接地电位(即在接收期间)?

编辑:

感谢您的回复。我的桌子上有一个大金属盒子,准备明天安装 DUT(感谢@Ali Chen 的首字母缩写词)!

4个回答

通常,当外部信号塔信号(或本地 3G-4G 中继器/转译器)太强时,WWLAN 测试和调试在实验室的电磁屏蔽笼中进行。测试通常使用像安捷伦 LTE 测试仪这样的特殊仪器来完成,它具有改变信号电平和模拟弱接收的所有能力。在正常操作中,LTE 测试仪代替被测设备 (DUT) 上的天线连接,绕过 DUT 自己的天线。或者,您可以将简单的全向天线直接连接到 LTE 测试仪输出,并使用 DUT 原生天线,但随后您需要控制距离并重新校准 RF 通道。

请记住,问题可能不在您的软件/固件中,而在硬件中。无线设备通常不仅在接收器通道中使用自动增益控制,而且在发射器通道中也使用自动增益控制。当接收信号较弱时,DUT 理所当然地认为它远离蜂窝塔,因此必须使用更高的发射功率。传输突发的功率最高可达 1-5 W,这会干扰电路板布局,如果 PCB 设计做得不好,它会破坏所有其他 DUT 功能、所有其他传感器等。

要“模拟”较差的小区接收,您可以在电路板和天线之间使用射频衰减器。它们由多个电阻组成,构建了一个网络,该网络将在 RX 和 TX 中非常可预测地衰减 RF 功率,同时保持从调制解调器和天线看到的提议者 RF 阻抗。它们的额定功率有限。

不要在射频输出开路或短路的情况下运行调制解调器。射频放大器根本不喜欢那样。

带有 SMA 插头的小型衰减器的价格通常约为 10-20 欧元(https://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=VAT-3%2B)。SARA-U260 可以辐射最大 33dBm (2W) 峰值,平均更低。使用连接在调制解调器侧的 2 或 3dB 衰减器(额定 1W)开始消耗大部分功率,然后您可以添加更多衰减器以进一步降低功率,最后插入天线。没有天线的系统可能会出现不稳定的行为,并且衰减器并不是天线的绝佳替代品。

对于较大的衰减(我会说衰减 > 40 dB),堆叠衰减器不是解决方案,因为某些射频功率总是通过天线端口以外的方式(PCB 上的小部分射频迹线、功率供应等)。然后,您需要一个射频屏蔽盒(例如http://www.jretest.com/jre-0709-P.htm),盒内有一些衰减器,盒外有一些衰减器。你的调制解调器放在盒子里,你的天线放在外面,盒子配有射频连接器,可以以受控的方式将信号带入和带出盒子。

如果你有预算的话,六个固定衰减器、一个屏蔽盒和一个可变衰减器(例如https://www.aliexpress.com/item/2Watt-0-90dB-Coaxial-Adjustable-Key- Press-NKK-RF-step-Attenuator-Stepping-DC-to/32779942411.html)可以非常方便地以受控方式模拟动态射频条件。

如果接收不良是由于附近的干扰源造成的,您将需要一个射频信号发生器(加上一个射频“三通”,也许还有一个隔离盒)来模拟该问题。这并不便宜。

射频很棘手。

我不会弄乱天线,我认为产品应该在其最终配置中进行测试。原因很简单:当接收非常糟糕时,您的发射器会将其功率增加到其最大值,您会想知道它会产生的(相当大量的)射频是否会使您的微型计算机崩溃,损坏你的模拟传感器,或任何其他黑魔法射频可以在无辜的旁观者电路上做的事情。

从您 PCB 上的芯片的角度来看,您的 GSM 模块发出几瓦的射频就像一个迷你核弹……对于任何运算放大器来说都绰绰有余。

您真的非常想对此进行测试,而改装天线以降低效率将无法实现!

我建议将整个产品放在法拉第笼中,例如微波炉、压力锅或类似的东西:

在此处输入图像描述

也可用于透视...

在此处输入图像描述

现在,如果您将电线穿过您的法拉第笼,那么 RF 会骑在它们上面,您需要使用适当的馈通滤波器,基本上做对了,我想这不是重点。

作为替代解决方案:在建筑物的地下室进行测试。

接收不良不仅源于信号低,还源于与手机信号塔的距离。

特别是 GSM 仅设计为超过 35 公里。否则,RF 信号的发送者和接收者之间的“时间提前”对于所使用的协议来说将太大。

有关更多信息,请参阅https://en.wikipedia.org/wiki/GSM和其他资源。

如果没有适当的设备,这很难模拟。你可能应该为此聘请一个实验室。大型电信公司具备这样的测试能力。