以CPL天线为W-Fi装置实现无线耦合测试

悬而未决的产线问题

使用空中下载(OTA)的无线传输的方式(也称为无线耦合模式)为待测物(DUT)的RF部份进行测试，一直是许多ODM与OEM厂商多年来努力想要达成的目标。事实上，采用与DUT天线直接无线耦合以避免RF实体连接的测试模式已历经多方尝试了，但由于以下种种原因而无法得到令人满意的结果：

?大部份的天线主要依靠电场进行传输，即使DUT的位置些微改变，也会让测试结果出现很大的变化。

?相对于稳定的测试作业，具有多支天线的DUT上各天线之间的交互耦合通常会太强。

?甚至要从整合于PCB的2.4GHz与5GHz小型天线取得高效能也相当具有挑战性，尤其是高度全向性以及效率达60-80%的天线。

然而，这些要求正是进行OTA测试的基本必要条件，透过一款结合CPL天线与测试设备实现的无线耦合测试方案，可望满足所有的要求，在Wi-Fi产品的生产制造过程中实现精确且低成本效益的测试。

CPL天线是一款结合磁圈辐射器与同位电场辐射器的复合式天线。相较于传统天线技术只激励电辐射器或磁辐射器，CPL天线同时激励两种辐射器，大幅提高了性能与辐射效率(达90%)。

OTA/耦合测试概念验证

为 了验证以CPL天线与生产级测试治具进行OTA测试的概念，DockOn已经使用网络分析仪以及LitePoint IQxel80对数十种DUT进行了大量测试作业。为了避免由于使用不同测试仪器而造成的结果差异，所有的主动测试都采用同一台IQxel80进行量测。 虽然从已有的测试结果中可以得到相当好的关连性，但针对更多待测组件进行重复性测试，可望取得更准确与完整的统计结果。测试的项目包括：

?待测电路裸板测试结果的可重复性，以及在多个不同测试位置的耦合损耗。

?在涵盖2.4-2.5GHz及5-6GHz频段的不同频段进行测试。

?以产品测试脚本为具备完整功能的DUT进行超过25次的量测，以验证结果的可重复性。

?为非指定天线进行交互耦合量测。

?在OTA与传导模式下为DUT进行校正与测试结果比较。

?在近场耦合下的天线特性以及非完美RF连接器影响测试结果。

简单地说，实验数据显示，在2.4-2.5GHz与5-6GHz频段下，针对RF传输校正与验证以及接收时，采用OTA模式的天线性能、设定与匹配度均较采用传导模式时更具有可重复性。

首先，当板间距离为3mm并使用CPL天线时，OTA模式的耦合损耗非常低，在2.4-2.5GHz和5-6GHz频段时的损耗分别低于7.6dB与 12dB。其次，以3mm间距进行耦合时不至于产生失调或感应度降低的现象，在5-6GHz频段的频率响应也具有高线性度。此外，在两组频段的变化范围都 小于+/-0.7dB，实现高精确度。

再者，为相同的DUT重复进行OTA主动测试以验证测试设定，可测得不错的传输功率标 准差结果，而平均脚本测试的整体结果，可得到的数据在2.4GHz及5-6GHz分别为0.21dBm及0.28dBm。最后，比较在OTA及传导模式下 的DUT测试结果，在2.4-2.5GHz频段时十分匹配，二者的平均标准偏差均为0.2dBm；而在5-6GHz频段，OTA及传导模式分别为 0.44dBm及0.63dBm。

验证结果的采样

以下为验证与比较在OTA与传导模式下所测量的数据结果。

表1：以十片裸板进行重复测试取得的耦合损耗S21

S 参数的测量可作为OTA测试技术的一种验证方式：以半柔性的电缆线将DUT裸板上的天线Ai及参考裸板上的天线ARj连接至网络分析仪，在考虑缆线损耗的 条件下，测量天线间的无线能量传输。针对多片电路板重复同样的测试时，必须考虑各种不同天线组合的耦合情况，以便验证在FR4 PCB产品上天线性能的稳定度──在i=j时，Ai与ARj之间的低耦合损耗，以及在i≠j时，对Ai与ARj之间交叉耦合抑制。

在此操作程序中也包含确定OTA耦合测试的最小距离以及验证天线在近场范围内的工作性能。表格1中总结了以十片DUT裸板与测试治具上的参考天线进行无线耦 合测试的结果：耦合损耗小于12dB，对于目标频带内的任意频率，十片DUT的平均标准偏差值为小于+/-0.7dB，表现不错的量测结果。

图3a/3b/3c：以完整测试脚本对一片主动待测电路板进行约30次重复测试

表格2：以一片主动待测电路板进行29次重复传输功率量测(同一量测脚本)

验证完整OTA建置的一项良好指标是为同一DUT重复多次同样的测试脚本(例如30次)。记录每次实验量测到的传输功率最大值与最 小值，，即可绘制成图3a(2.4-2.5GHz)与3b(5-6GHz)，显示不错的量测结果：在所有的量测结果中最坏情况下的Max-Min值在 2.4-2.5Hz时为+/-0.41dBm，而在5-6GHz时则为+/-1.32dBm。另一方面，整体量测的标准偏差平均值在2.4-2.5GHz及 5-6GHz频段分别为0.21dBm与0.28dBm，相较于采用传导模式时