无线产品发射功率的测量方法和技巧 / 发射功率量产测试的简单方法

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无线产品发射功率的测量方法和技巧 / 发射功率量产测试的简单方法

2024-05-26 11:06| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、引言

发射功率是无线产品的重要性能指标,发射功率的测试是开发、测试、认证、维护的必要工作,但测试面临时间、精度、成本、环境复杂性等挑战。解决这些挑战是本文的主要研究问题,将从以下几个方面探讨:

提高测试效率的方法;

提高测试精度的技术;

降低测试成本的方法;

简化测试环境的方法。

二、射频测试指标

射频指标参数是评估无线通信系统性能的关键指标,对电子工程师和通信专业人员至关重要。常见的射频指标参数包括发射功率、接收灵敏度等,了解这些指标的含义及其实际意义,有助于优化射频系统设计、提高无线通信性能,并确保稳定的数据传输。在无线通信设计中,有很多关键的射频指标参数需要了解和掌握。如下是几个重要的射频指标介绍。

三、射频测试方式

四、发射功率测量

发射功率是指无线产品在发射信号时的信号强度和覆盖范围,是评估无线产品性能的重要指标。为了确保无线产品的发射功率符合标准,通常需要使用专业的测试仪器进行测量。在行业内,发射功率的测量方法主要有以下四种,接下来将逐一介绍。

4.1 频谱仪测量

频谱仪主要操作菜单介绍

测试流程

①  频谱仪测量发射功率时,需注意以下步骤和注意事项:

1. 根据输出功率和频谱仪的最大输入功率,决定是否需要连接衰减器,防止损坏频谱仪的射频输入电路。

2. 根据输出频率和带宽,设置频谱仪的中心频率和扫描范围,确保覆盖整个信号频谱。

3. 根据输出功率和衰减器的衰减量,设置频谱仪的参考电平,确保信号峰值清晰可见且不超出显示范围。

4. 根据信号类型和特性,设置分辨带宽、视频带宽、探测器模式和平均次数等参数,以提高测量精度和稳定性。

5. 在显示屏上观察信号频谱图形,如果是单频信号,使用标记功能读取峰值功率;如果是多频或调制信号,使用测量功能读取平均功率或功率谱密度。

②  测试前准备

频谱仪待测设备屏蔽同轴线缆1条

③ 详细的测试流程

把待测设备通过射频线和频谱仪连起来,通过传导的方式测试,这样能更准确地测量发射功率。

让待测设备处于发射模式,发射一个2402M的单载波信号。

步骤如下:

1. 按Span键,将扫描频率设为25K。

2. 按Frequency键,将测试频率设为2402M。

3. 按Amplitude键,将参考功率设为10dBm。如果设置得太低,可能导致测量不准确。

4. 如果有信号,你会在射频波形上看到一条波峰线。这时按下Trace键和Max Hold。

5. 等波形形成一条波峰线。

6. 按Peak Search键,捕捉信号的最大值。

哇!快看,我们可以用频谱仪检测到发射频谱呢!不过,因为射频线会有一些损耗,所以实际上我们测试到的功率大小要加上线损才行。真是让人惊喜连连啊!

4.2 无线网络测试仪测量

WT-200是一款具备2.4G和5G频段射频信号测量功能的无线网络测试仪,同时支持WLAN、Bluetooth以及ZigBee等多种无线通信业务。为了实现手动信号测量,用户可以借助WLANMeter软件,该软件是WT-200的配套工具,具备控制VSA和VSG的功能。

具体的操作步骤如下:

1. 将WT-200的射频端口与被测设备的射频端口通过网线连接。

2. 通过另一条网线将WT-200与电脑连接。

3. 启动WLANMeter软件。

4. 在软件的控制栏中选择VSA模式,并根据实际需求设置频率、带宽、功率等参数。

5. 确认设置后,点击Start按钮启动测量过程。

6. 在VSA结果界面,用户可以查看信号的波形、频谱、EVM、功率等指标,并可选择保存或导出测试结果。

7. 如果需要使用VSG模式,用户可在软件控制栏中切换模式,并根据需求设置频率、带宽、信号类型等参数。

8. 设置完毕后,点击Start按钮启动信号发射过程。

9. 在VSG信号描述界面,用户可以查看信号的时域、频域、星座图等信息,并可选择保存或导出信号文件。

WT-200设备支持定制化PC软件的数据交互,这种交互通常是由AT指令实现的。以下是某款定制化软件测试的部分log记录,以供参考。

请注意,这些log记录仅作为示例,具体的log记录可能因您的设备和软件的不同而有所差异。

4.3 无线信号强度测试板测量

无线信号强度测试板采用AD8319射频检波器来检测输入功率的大小。射频检波器是一种专门用于检测和测量射频或中频信号的幅度或功率的电子器件,广泛应用于无线通信系统中。该射频检波器的覆盖频率范围广泛,从低频一直延伸到10GHz,而检测精度则高达0.5dB,因此非常适合用于接收信号强度指示(RSSI)和发射功率检测。以下是这款芯片的主要特点:

射频检波器的优点有以下几点:

简单:您只需要将无线信号强度测试板/射频检波器连接到您的信号源和电源,就可以开始测量无线信号。方便:您可以根据您的需要,选择不同的衰减器和功分器,来调整输入信号的幅度和分配,以适应不同的场景和需求。高效:您可以在短时间内,获得无线信号的强度和质量的准确数据,无需等待仪器的响应和稳定,也无需使用复杂的软件进行分析和处理。灵活:您可以使用无线信号强度测试板/射频检波器来测量任何类型的无线信号; 无线信号测试板测试流程

(一)不同的无线射频产品由于软件设置功率大小、天线增益和到耦合板的距离等差异,测试板检测到的功率大小有所不同,因此需要一套信号强度确认正常的样机作为参照物,标定亮灯的电压门限值,具体标定流程如下:

打开参照样机开关,确认此时样机处于射频发射状态,样机天线位置紧贴天线耦合板固定不动,用螺丝刀调节电位器B,使红色指示灯刚好完全点亮;用万用表记录此时REF2和GND两端的电压,记为门限电压B;用螺丝刀调节电位器A,使REF1和GND两端的电压比门限电压B高30mV,记为门限电压A,此时蓝色指示灯会点亮,蓝色指示灯是跟蜂鸣器关联在一起的,因此蜂鸣器也会声音提醒;根据电压和信号强度的对应关系可知道,门限电压A比门限电压B低1dBm,门限电压可根据实际情况调节;

理论上测试板精度可做到1dBm以内,但是实际测试精度取决于样机标定环节,电位器B的调整是否刚好处于能完全点亮红色指示灯的临界点,此门限调整的越精准,实际测试精度越高。

无线信号测试板演示视频

(二)实际产品量产测试过程中,可将耦合板集成到测试工装中,更方便测试,如果为了提高测试效率,可放宽测试标准。因为批量测试时需要将被测品精准放置于与标定样机同样的位置,否则指示灯可能不亮,具体的电压和信号强度对应关系,不同的频点对应关系有细微差异,可参考下表。

(三)功率与电压对应表

4.4 综测仪测量

接下来,我们以BLE设备为测试对象,进行说明。

根据Bluetooth核心规范,BLE采用直接测试模式(DTM)进行RF测试。DTM蓝牙测试模式是一种用于测试蓝牙设备的射频性能和功能的方法,通过蓝牙综测仪连接蓝牙设备,并通过信令交互控制设备的工作状态,完成各种测试项目。在DTM模式下,需要使用HCI或双线协议的UART接口连接EUT(被测设备)和测试仪器。测试连接的示意图可以参考下图:

BLE信令测试步骤(测试仪器CMW500):

1、按照连接示意图连接EUT和CMW500。

2、通过Signal Gen按键选择Bluetooth应用程序。

3、在Bluetooth Signaling中设置BLE测试基本参数(Burst Type、PHY等),在EUT Control界面选择与EUT的连接类型(UART、USB、RS232),再设置接口参数(如串口号、波特率等)。

4、打开信号源,点击COnnection Check验证CMW500与EUT是否通讯正常。

5、单击Bluetooth Multi-Eval(或Bluetooth Rx Measurement)切换到TX(或Rx)测量界面,并在Multi-Evaluation(或Bluetooth Rx Measurement)被选择的情况下按下ON/OFF激活测量。

五、各测量方法优缺点

名称

优点

缺点

频谱仪

具有高精度的测量能力,适用于开发过程中的测试环节。

由于仪器价格较高,因此不适合进行量产测试。

无线网络测试仪

精准测量且可满足定制化需求,适合于多种应用场景。

该仪器价格较高,且量产需要开发配套的软件,导致软件成本较高。

无线信号测试板

测量精度较高具有高测量效率,方便测量,低成本,适用于无线产品的量产测试。

该测量参数是单一的。

综测仪

该设备具备高精度的测量能力,非常适合进行产品整体性能测试。

由于仪器价格高昂,量产测试流程的可行性受到阻碍。

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