奇思妙想：手机天线件还能这么测

随着2G、3G、4G LTE通信技术的发展，手机天线也从2G到4G LTE发生了巨大的变化。2G手机天线大多是金属冲压片，FPC等材质生产的，频段仅仅是GSM/CDMA双拼。

到了3G时代，天线的材质基本上是FPC和LDS，频段也在GMS/CDMA的基础上增加了WCDMA/TD-SCDMA/CDMA-EVDO，基本上五频天线是3G时代手机的标配。

到了4G LTE时代，手机外壳基本上趋于金属化，手机天线附着在金属外壳的缝隙或开窗部位，LDS激光直接成型、NMT纳米注塑基本上成为了手机天线的主流。从图1手机天线的发展演变史，可以清楚地看到手机天线的发展变化。 

图：1手机天线的发展演变

手机天线的变化，不仅使天线的频段增加，天线的数量也在不断增加，如4G LTE一般为主天线（Main Antenna）和分集天线（Diversity Antenna），或主天线、MIMO（多入多出）天线。分集天线主要只负责下行数据的接收频段，而MIMO天线才是真正意义上的另一个收发天线，频段和主天线一样。
　　

正因为有了这些天线，手机天线的模组测试也发生了一些变化。原来的天线测试模组一般只测试驻波或回损（S11），因此选用低成本的反射计来测试天线的S11，如图 2的 2G、3G天线测试系统架构。

图2：2G、3G天线测试系统架构

但是原来测试一个天线的设备，现在需要测试两个天线或者多个天线，二反射计却只有一个端口，无法实现多个天线的测试。怎么办，再增加一台反射计或者使用高成本的矢量网络分析仪？No！笔者利用UMS公司的单刀双掷射频开关CHS5104-99F很好地解决多天线测试问题，而且还可以很好地集成到测试夹具的IO控制模块中。为什么？我们先看看CHS5104-99F规格书中的性能：

1）频率覆盖宽：DC-4GHz，覆盖目前手机的主天线2G/3G/4G所有频段

2）通道的插入损耗低，在4GHz频点的插入损耗只有0.5dB

3）隔离度高，38dB@2GHz，30dB@4GHz，可解决通道之间的干扰

4）P1dB的输入功率达30dBm

5）尺寸小可以很好的集成到控制模块中

以上这些参数基本上可以满足测试的要求，因此增加单刀双掷射频开关CHS5104-99F就解决了双天线测试的问题，于是有了下面图3的LTE天线模组测试系统框图。

图3：LTE天线模组测试系统框图

通道问题解决了，但是随之而来的是测试校准问题。就是反射计需要校准两个通道，测试时需要调用不同的校准文件，这样测试效率牺牲一点，但是准确性提高了。然而有没有更好的办法呢？答案是肯定的。

从UMS CHS5104-99F的规格书中如图4 CHS5104-99F S参数，我们可以看到两个通道的驻波S11和S22是基本重合的，也就是说两个通道的一致性非常好。因此利用此参数特性，我们就可以把测试系统的两个通道做成一致性很好的相同通道，从而不用每次都调用校准文件提高测试效率。

图4：CHS5104-99F S参数

有了以上的结论，最后我们经过以下几点优化：
1）重新设计CHS5104-99F单刀双掷射频开关两个通道的微带线，使其尽可能的等长以及保持相同结构。
2）两个通道CH1和CH2使用相同型号并且等长的射频同轴电缆。
3）两个通道需要用相同的校准件校准，并且补偿微带线部分的延时。

经过实际的调试和优化，我们用标准天线分别测试两个通道的S11，得到如图5的标准天线通道对比测试数据。

图5：标准天线通道对比测试数据

从数据上可以看到，两个通道用同一个标准天线，测试的数据几乎重合，充分验证了CHS5104-99F两个通道之间的一致性。另外有一点需要注意的是，由于CHS5104-99F是反射型射频开关，如果只用一个通道时，在测试测量领域需要在悬空的通道上外接50欧负载。