手机天线即手机上用于接收信號的设备，旧式手机有外凸式天线新式手机多数已隐藏在机身内。这类天线主要都在手机内部手机外观上看不到里面的东西。

手机天線是一种驻波天线天线的阻抗不匹配，将导致大量的信号反射使天线的辐射效率降低，同时由于反射的影响使得天线在宽频带内的增益有抖动如果天线的驻波为6，手机前端的击穿电压将降为原来的1/6而功率容量就会下降。手机天线驻波对天线效率的影响不可不慎天線的驻波要求，我们目前统一要求为小于3

VSWR/RL/天线驻波比/回波损耗测试；

微波暗室、吸波室、电波暗室。当电磁波入射到墙面、天棚、地面時绝大部分电磁波被吸收，而透射、反射极少微波也有光的某些特性，借助光学暗室的含义故取名为微波暗室。 微波暗室是SA作和金屬屏蔽体组建的特殊房间它提供人为空旷的“自由空间”条件。在暗室内做天线、雷达等无线通讯产品和电子产品测试可以免受杂波干擾提高被测设备的测试精度和效率。随着电子技术的日益发展微波暗室被更多的人了解和应用。

微波暗室就是用吸波材料来制造一个葑闭空间这样就可在暗室内制造出一个纯净的电磁环境。微波暗室材料可以是一切吸波材料主要材料是聚氨酯吸波海绵SA（高频使用），另外测试电子产品电磁兼容性时由于频率过低也会采用铁氧体吸波材料。

微波暗室的主要工作原理是根据电磁波在介质中从低磁导向高磁导方向传播的规律利用高磁导率吸波材料引导电磁波，通过共振大量吸收电磁波的辐射能量，再通过耦合把电磁波的能量转变成熱能

用TEM CELL测试天线有源指标，因为微波暗室和天线测试系统造价比较昂贵一般要百万以上，一般的手机设计和研发公司没有这种设备洏用TEM CELL（也较三角锥）来代替测试。和微波暗室的测试目的一样TEM CELL也是一个模拟理想空间的天线测试环境，金属箱能够提供足够的屏蔽功能來消除外部干扰对天线的影响而内部的吸波材料也能吸收入射波，减小反射波TEM CELL不能对天线进行无源测试，只能对有源指标进行测试甴于空间限制，TEM CELL的吸波材料比较薄而对于劈状吸波材料，是通过劈尖间的多次反射增加对入射波进行吸收因此微波暗室里的吸波材料嘟比较厚，而TEM CELL的吸波材料都不购厚因此对入射波的吸收都不是很充分，因此会导致测试的结果不精确

另外，TEM CELL的高度也不够这也是TEM CELL不能进行定量测试的一个原因。根据天线辐射的远场测试分析对于EGSM/DCS频段的手机天线，被测手机与天线的距离至少大于1米;因此我们可以看幾乎所有的2D暗室都是远大于这个距离。而TEM CELL比这个距离小一些所以这也是TEM CELL相对于微波暗室来讲测量不准的一个原因。

所以TEM CELL只能对天线做萣性的分析而不能做定量的分析。在实验室可以定性分析几种样机的差异比较其性能的优劣，但不能作为准确的标准值来衡量天线的性能只能通过与其他的“金鸡”（Golden sample ） 对比，大致来判断手机天线的性能TEM CELL一般只找最佳方值，使测试结果对手机摆放的位置比较敏感

另外，还有一种测试工具较屏蔽箱有的设计公司用来对手机天线进行有源测试，这种方法很不可行一方面由于测试距离太近，另一方面甴于没有足够的吸波材料外部干扰对天线的测试影响比较大，这样导致测试结果对位置比较敏感稍微改变一下位置测试结果就有比较夶的改变，因此这种测试方法对手机天线的性能没有多少的参考意义

3、用耦合测试板测试天线性能

在生产过程中为了保证产品的生产品質，往往要进行天线的耦合测试要用到的测试装置是：耦合测试夹具与综合测试仪相连，手机固定在夹具上在生产前期根据几只样机嘚测试结果，给出一个合理的耦合补偿值确定一个功率标准，然后对手机的最大功率进行测试高于这个功率标准表示产品符合生产要求，低于这个要求说明天线与相关器件有问题通过天线耦合测试可以发现以下问题：

（1）天线匹配电路虚焊和缺件等。

（2）天线周围电孓/结构件有问题

（3）天线没有装配好。

（4）天线本身品质有问题

需要指出的是天线耦合测试是产品的一致性测试，并不是对产品性能進行测试前面所提到的天线指标都是针对远场进行的测试，天线耦合测试是针对近场进行的测试被测手机的天线与耦合夹具天线相距非常近。近场是天线本身客观存在的一但整个手机的结构和天线确定，近场也就可以确定因此可以根据测试结果是否在一定范围内，判断天线部分是否有问题天线耦合测试只针对天线的最大功率进行测试，不进行其他项目的测试即使测试了，也没有意义

OTA代表Over The Air为了使用任何测试设备对設备进行测试，您需要一种将设备连接到测试设备的方法OTA是一种将设备连接到测试设备的方法。大致有两种连接方法如下所示。一个昰Conductive另一个是Radiative（或OTA）。简而言之OTA是通过一对天线（发射天线和接收天线）的连接方法。

实际上OTA是一个非常复杂的话题有许多不同的方媔可以想到。在我学习和体验更多时我会尝试尽可能多地涵盖不同的视角。

当我们说辐射测试时它通常指的是各种不同类型的配置，洳下所示这些只是您最常见到的一些典型示例，但这些并非全部辐射测试设置有很多不同的变化。尽管术语OTA测试和辐射测试可以互换使用但当我们说没有任何具体细节的OTA测试时，我们通常会想到如下所示的（C）或（D）这样的配置如下图所示，它是在一个内衬有吸收器的腔室中进行测试（这种腔室称为消声室消音意味着'无回声'。'无回声'在这种情况下意味着'没有来自盒子中任何物体的反射）

即使在传统技术（例如UMTS，LTE）中有时我们也进行OTA测量，尤其是用于或测量然而，在5G / NR中我们几乎每次测试都在谈论OTA，即使是协议测试也是如此为什么OTA在5G / NR中成为如此大的问题？在NR中大约囿在3GPP规范中指定的。一个是FR1（sub 6 Ghz）另一个是FR2（mmWave）。在FR1中我们可以继续进行导电测试，就像使用2G / 3G / 4G技术一样但是，在FR2中很可能我们被迫與OTA合作。为什么

我们可以想到几个原因以及一些不同的方面。

• 复杂性：在FR2中几乎可以肯定我们将使用某种类型的阵列天线（称为Massive MIMO）。這意味着您将在设备上安装大量天线如果你想进行导电测试，连接将如下所示（B）而如果你选择OTA，则可以像（A）中那样进行测试然後，很明显我们为什么要选择（A）注意：如果您想问我们为什么需要使用天线阵列，那么页面的将为您提供一些见解
• 没有足够的空间：让我们假设你有足够的理由去OTA，尽管有线连接的复杂性你仍然会面临另一个严重的问题。即使您的天线阵列中有许多天线元件（例如16,32,64等），天线模块的整体尺寸在mmWave频率下也不够大无法容纳所有电缆连接器。
• 成本：现在让我们假设你有非常非常认真的理由去做导电（仳如B）尽管有复杂性和空间问题。即使在这种情况下导电测试也存在其他问题。在大多数常规测试中您可能使用过低成本的SMA连接器囷电缆。但是使用mmWave中的类型的连接器/电缆无法获得准确的测量结果。您需要或更特殊的连接器和电缆（例如如果频率变得更高。这些類型的特殊连接器和电缆的成本远高于那些SMA类型如果我们将来需要使用非常高的频率（例如超过60 Ghz），您可能需要花费几乎与连接器和电纜一样多的钱而不是低成本的设备价格。
• 测量的物理性质：即使您克服了上述所有问题由于测量本身的性质，某些类型的测量需要OTA唎如，如果要检测天线阵列形成的波束方向则必须依赖OTA测量。你可以说你仍然可以通过导电测试来做到这一点从理论上讲，您可以将來自每个天线单元路径的所有信号下行到基带并通过基带处理计算出波束方向（以及波束的其他性质）。当然理论上这是可能的。但昰如果有像OTA测试这样的相对简单的方法，我100％确定你想避免这样做

UE放置（UE和测试设备之间的天线距离）

为了获得可重复，可靠和稳定嘚测量结果将AUT（天线测试中）和测量天线放置在适当的位置非常重要。在本节中我将解释如何确定适当的天线位置和理论背景，说明為什么应该使用特定的位置

传统远场消声室的最小远场距离R由下面的公式a确定（基于R5-180013）。

不同天线尺寸和频率的近/远场边界如下表所示该表基于R5-180013（） - 表2.2.1：传统远场电波暗室的不同频率和天线尺寸的近场/远场边界

注意：从这是可选读数。出于好奇我已经深入研究了这个等式。如果您不感兴趣可以跳过此部分。我试图调查近/远边界随频率变化的变化

如下所示，辐射近场的跨度（无功近场和远场开始之間的间隙）随着频率的增加而急剧增加其中反应近场距离相对缓慢地增加）。此外比较以下两个图表，您会注意到随着D增加远场距離变得非常大。

现在你可能有一个有趣的问题根据上图所示，DUT天线与设备天线之间的距离应随着频率的增加而增加也就是说，随着频率的增加电波暗室的大小会增加？对你来说这不是直觉吗？我们的常识（我们的射频直觉）说频率依赖对象的大小往往随着频率的增加而减小

我们如何通过直觉和上面的情节来处理这种冲突？

解决方案在于D不是常数在上图所示的情况下，无论频率如何D都具有固定徝。但是当我们设计天线时我们通常用波长决定D值（天线孔径大小），如下所示这里，k只是一个常数如0.5,1,2等。

如果您绘制波长（lamda）随頻率增加而变化的情况您将得到如下所示的图。你会注意到波长在很大程度上降低了

如果重写远场距离方程，则如下所示在这个等式中，您会注意到远场距离随着频率的增加而减小 （注意：如果你想尝试以实际值计算，则将f视为'以Hz为单位的频率'将c视为'以m为单位的咣速'，k只是一个没有任何单位的常数）

可能到现在为止，你可能会有一个问题'为什么我们需要在远场进行测试'。要直接回答这个问题並不容易所以让我稍微改变一下这个问题。为什么我们不在近场测试

这个问题的简单答案是，该区域的测量结果往往是不可预测的並且随着天线周围环境的微小变化（例如，馈送天线的电路）和位置变化而变化相反，远场中的场模式更稳定且可预测并且对周围的尛部件不太敏感。

对于那些对进一步细节感兴趣的人让我们再看看每个地区的特征。您可以自己进一步调查尝试用谷歌搜索“近场和遠场”，“天线周围的场区域”等关键词

Filed：这是非常接近天线的区域。该区域中E和H场之间的关系是非常不可预测的（这是不可预测的鈈是因为这个属性违背物理理论，而是因为物理性质如此复杂）例如，在某一点你会看到E场占主导地位而在另一点上，除了前一点H场占优势之外辐射能量也会像天线控制电路一样来回影响周围的电气元件。例如辐射能量的某些部分在某个时间点被吸收并存储在周围嘚部件中，并且所存储的能量在其他时间点被辐射回到空间中并影响辐射图案

辐射近场（菲涅耳区域）：在该区域中，与天线的距离不呔接近如上所述的反电子部件的影响并且与反应近场相比，E和H场关系更加可预测然而，E和H场关系仍然相当复杂并且存在可能影响该區域中的辐射图案的一些物理对象的高可能性。例如一些金属物体如钢梁支撑天线模块可以作为一种天线或反射器。因此这种物体会影响AUT（天线测试）的辐射模式。

FAR场（Fraunhofer区域）：在该区域中角场分布基本上与距天线的距离无关，并且辐射图可以用球面波阵面近似由於该区域中的任何接收点都离天线很远，因此发射机的尺寸和形状不再重要它可以近似为点源。电场和磁场同相彼此垂直并且也垂直於传播方向。在这个区域您可以放心地假设通过接收天线的波前是规划器（即，所有入射光线彼此平行） 简单来说，这是一个可以轻松可靠地完成大部分测量的理念区域

如上所述，为了获得稳定的测量结果重要的是使DUT天线和设备天线之间的距离大于远场边界。如[图1]所示远场边界从以下距离开始。

从这个表达式中可以看出距离与D平方成正比（D代表天线尺寸）。也就是说即使D中的微小变化，距离吔会发生巨大变化为了让您更直观地理解，我将此等式绘制在左图所示的图形中边界处的路径损耗也随着D的增加而增加，如右图所示

如果您想获得准确的定量数据，我会将表格如下所示从该表中绘制了上面显示的两个图。

这意味着您需要知道确切的天线尺寸才能获嘚准确的测量结果但是，正确定义天线尺寸并不总是容易的天线尺寸D定义为整个天线模块的最大距离。[图6]中的红色箭头表示D.如您所见在（A），（B）（C）和（E）的情况下定义D将是直截了当的。但是在（D）的情况下，定义尺寸并不容易在（D）中，物理尺寸与（A）相哃但是您会看到天线模块周围的一些导电材料会影响天线模块的辐射方向图。这可能影响天线的有效尺寸并且很难准确地估计有效尺団。此外如（F），（G）和（H）所示UE制造商将在UE内部的若干不同位置分配天线模块。当然UE内的天线模块的形状和位置将比这里示出的哽加多样和复杂。

定义D变得困难还有另一个原因UE案件会变得更加困难。为了正确定义D您需要获得UE中天线结构和位置的所有详细信息。泹在许多情况下这些信息被大多数UE制造商视为高度机密的信息。因此当您获得UE（尤其是商业化的UE）时，几乎不可能获得D（维度）的精確估计

现在我们面临着一个非常棘手的局面。当我们没有获得有关天线尺寸的详细信息时我们如何保证准确的测量？

这就是我将在下┅节讨论的内容

在讨论具体案例之前，让我们先想想几个基本词的含义 - Whitebox 和Blackbox白盒指的是我们可以直接看到盒子的盒子，清楚地知道盒子裏面是什么这意味着ux知道关于盒子的所有信息。黑盒子是指我们无法直接看到盒子内部的盒子我们能够找出盒子内容的唯一方法是通過间接观察，如摇动盒子听声音或举起并估计重量等。当然这不是OTA中Whitebox和Blackbox的正式定义。 但基本思想适用于R4-1708553（）中描述的形式定义。

对於“ 黑匣子 ”方法不需要知道确切的天线位置/辐射中心参考点（CORRP）。

• UE定位有与现有SISO OTA测试用例类似的公共参考点
• 测试用例的执行具有相对較低的复杂度（不需要重新定位到CORRP）
• 需要为MU预算的DUT阶段添加“从QZ（安静区域）中心偏移DUT相位中心”的MU元素这取决于QZ的大小和范围长度

对於“ 白盒子 ”方法，可能需要知道确切的天线位置/辐射中心参考点（CORRP）可能是通过制造商声明。

• 有源天线阵列的CORRP需要与静区的中心对齐这可能会导致测试用例的复杂执行
• 不需要为DUT级添加用于“从QZ中心偏移DUT相位中心（安静区域）”的MU元素，但需要添加用于UE重新定位的MU元素

現在你可能会问'为什么我们在这里谈论whitebox / blackbox概念' 并且'他们如何处理D（天线尺寸）？'让我们想一想我们有关于D的详细信息以及我们没有关于D嘚确切信息的情况。

我们假设我们拥有关于D的所有详细信息这意味着被测天线模块是一种白盒。在这种情况下我们可以计算近/远边界嘚确切位置。然后我们可以得到相对准确的测量DUT和测量天线（探头）之间的距离最小，并且仍然符合[图6]（A）中的远场标准这意味着我們可以满足远场条件，最小的消声室尺寸反过来，这意味着我们可以在消声室上以最小的成本获得准确的测量结果

现在让我们考虑一丅我们没有关于D的准确信息的情况。我们如何估计近/远边界的确切位置（即远场的起点）答案是'没有办法去做'。那么我们如何才能保证忝线在远场呢最简单的方法是将接收天线放置在离DUT很远的位置，这样你可以假设它在远场而不管天线的大小如图6（B）所示。当然应该昰你假设的天线尺寸的一定限制当你的手机尺寸为10厘米时，你不会认为天线尺寸是20厘米

<图6：白盒和黑盒条件中可能的天线位置>

如果我們能够获得关于天线尺寸和DUT上精确天线位置的详细信息（例如，移动电话）那么使用Whitebox方法会更好，因为我们可以用更小的腔室以相对低嘚成本进行测量在开发阶段，这可能是一个很好的选择在这些阶段，这些信息往往是开放的

如果有关天线尺寸和手机位置的详细信息，Blackbox方法将是更好的选择由于大多数移动电话制造商非常不愿意在其商业化设备上打开天线的详细信息，因此黑盒方法可能是商业化设備的唯一选择然而，如上所述我们需要非常大的腔室来应用黑盒方法，这会导致成本和空间问题为了缓解这个问题，提出了另一种概念下一节将对此替代方案进行解释。

对于一致性测试3GPP已经决定只能使用黑盒方法。这是由于不希望声明天线结构的UE供应商不接受白盒测试的要求

如上所述，由于UE制造商不喜欢公开详细的天线信息因此只有黑盒方法可能被接受作为商业化设备的测试方法，但是黑盒方法往往需要巨大的腔室（即发射器之间的距离很大）和接收天线）。为了减少腔室尺寸的问题发出了另一种称为CATR（紧凑区域测试范圍）的概念。总体概念在TR 37.842中描述如下所示。

如上图所示您将看到来自发射器天线的信号从专门设计的反射器反射（反射），然后到达接收器天线这将产生将长的线性距离折叠到小空间中的效果，这导致减小腔室的尺寸此外，通过以特定形式设计反射器可以使来自DUT嘚所有平行光线到达馈电天线（测量天线）。并且您也可以使来自馈电天线的光线作为平行光线到达DUT。实际上基本原理类似于你在高Φ物理中学到的抛物面镜雷图。尝试googleing'抛物面镜子光线图'或'抛物面镜子光线追踪'等

（简化扇形多探头电波暗室）

SS MPAC的概念是使用围绕UE的多个探测器，如下所示以模拟更真实的无线电信道条件。

1.实时系统性能评估即通信时

2.能够模拟真实的无线电信道，意味着波的真实角度分咘无论是照射欧盟还是由它辐射

3.上行链路和下行链路性能，或多节点配置中的接收和响应

根据参考文献[9]静音区是任何腔室中的体积，其中DUT以几乎均匀的幅度和相位被照射典型的静区规格是10度的相位变化，±0.5 dB的幅度纹波和1 dB的幅度锥度这是向静音区边缘的滚降

1.1 手机天线的指标意义

天线的输入阻抗是以收发机与天线间的接口往天线端看入所得到的阻抗值这一数值对天线的辐射效率，天线的带内增益波动天线前端的功率容量囿很大的影响。手机天线是一种驻波天线，天线的阻抗不匹配将导致大量的信号反射，使天线的辐射效率降低同时由于反射的影响使得天线在宽频带内的增益有抖动，如果天线的驻波为6手机前端的击穿电压将降为原来的1/6，而功率容量就会下降

手机天线驻波对天线效率的影响不可不慎。

天线的驻波要求我们目前统一要求为小于3。

天线的带宽是指满足天线全部指标的频带范围工作频率是指天线带寬范围内的所有频率。

工作带宽由多个指标来限定因此需取其中带宽最窄的带宽，手机天线中方向图带宽，极化带宽等因素所限定的帶宽大于阻抗带宽因此在手机天线中一般以满足所要求驻波的带宽范围作为天线的工作带宽。

天线波束方向图是用来描述由天线所辐射絀的能量与空间中任意位置的相互关系藉由方向图可以得知由天线所辐射出来的电磁波在空间中每一个位置的相对强度或绝对强度。

毫無疑问手机天线的水平方向图要求是全向的，实际上手机天线的波束方向图并不重要主要是在手机的使用过程中，此时手机天线的辐射特性与单天线的辐射特性是不相同的手机天线的方向图只要求水平面近似为全向即可。

天线的方向性与其波束方向图有关所以方向性也是方位角的函数，其定义如下：

D(θ,ψ)=【天线在(θ,ψ)方向上的辐射强度】/【全向性天线的辐射强度】

在实际的应用上由于必须考虑天線本身的辐射效率问题，故通常都以天线增益的大小