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以CPL天线为W-Fi装置实现无线耦合测试解析
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2017-11-17
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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LitePointIQxel80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：
‧待测威廉希尔官方网站 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。
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LitePointIQxel80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：
‧待测威廉希尔官方网站 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。
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