优化无线测试系统与天线 赋能超高速连接

每年消费者都为最新智能手机和无线设备惊叹。这些升级设备上架前，经历广泛设计测试过程。天线作为无线设备关键组件，持续更新以跟上5G和物联网（IoT）等技术进步。要求更大带宽、满足安全法规、体积足够小以适应微型设计。

Bluetest混响测试系统

为助力无线设备工程师，Bluetest（瑞典哥德堡）开发易用混响测试系统（RTS）测量无线设备和天线性能。Bluetest现为空中、多入多出（MIMO）测试市场领导者。公司用仿真确保RTS设计组件性能优化。

混响测试演进

1940年代起，天线性能在消声室测试。天线旋转测量不同方向辐射强度。数据易解释但消声室昂贵且体积大难移动。

1960年代开发混响室，最初用于电磁兼容（EMC）测试。混响室反射电磁波而非吸收。“可在室内产生极高场强度，非常适合测试抗扰度和设备在高功率电磁场辐射下的灵敏度，”Bluetest CTO Robert Rehammar说。

1990年代末发现混响室也可测试某些天线参数。如小天线最重要属性是效率——输入功率与实际辐射功率商（通常以dB衡量）。“发现可在混响室测量天线效率，对小天线非常快速准确，”Rehammar说。

瑞典查尔默斯理工大学天线系统教授PerSimon Kildal研究混响室分析天线能力，受启发创立Bluetest。2010年前后，4G（LTE）与MIMO引入，带来复杂问题：“如何测试这些系统性能？”

天线性能测量

Bluetest混响系统执行被动和主动测试判断设备是否优化。被动测试主要测天线效率，主动测试测被测设备（DUT）发射机和接收机的总辐射功率和总各向同性灵敏度。主动测试时DUT发射机接收机通电。主动测量给出DUT整体性能概览。两测试均确保设备（如手机）满足法规和客户要求。

所有Bluetest系统产品在哥德堡设计生产。RTS包含反射材料墙壁、参考天线、4-16个不同极化测量天线、模式搅拌器、射频接口等。生产完成后装入大木箱全球发货。

设计、制造、测试、验证

Bluetest正设计新技术用于RTS毫米波应用，包括5G毫米波频段，中心频率比常规微波应用高一个数量级。高速通信依赖宽带宽，由高载波频率提供。

宽带应用最流行天线设计之一是Vivaldi天线——锥槽天线。“天线方面，我们需要测试从650MHz低蜂窝频段到40GHz以上任何频段，”Rehammar说。

毫米波器件设计波长远小于微波波长，任何微小热结构效应或制造公差导致的物理畸变都会不利影响性能。因此必须用仿真验证此类器件性能。Bluetest用COMSOL Multiphysics®仿真优化天线和电路设计包括Vivaldi天线。

首版Vivaldi天线在1.6mm厚FR4基板（玻璃纤维环氧树脂编织复合材料）建模。仿真首版发现安装、尺寸、稳定性、低频效率问题。基于此，实施贝塞尔曲线改进Vivaldi天线（图2）。

Bluetest还仿真、设计、测试6GHz至67GHz超宽带单极天线效率。此天线用于其5G测量RTS，也提供系统通用性，测量时无需切换标准测试天线。

仿真不限于天线设计。为提升混响室性能，Bluetest不仅研究定制腔体共振本征模态，还开发电路到波导过渡。

跟上技术进步

Bluetest Rehammar认为仿真技术和测量技术完全互补。“设计初期需要仿真，确认物理器件正常工作需测量，”Rehammar说。Bluetest系统持续更新跟上无线技术进步，尤其在手机开发行业。

“5G前移动系统工作到约2.6GHz，现在5G系统可达40GHz，”Rehammar说。为跟进该领域，Bluetest致力于支持尽可能多频段。借助仿真，Bluetest专注提升RTS测试时间和测量精度，同时保持高测试复杂度。

本文由COMSOL内容撰稿人Rachel Keatley撰写。更多信息访问此处。COMSOL Multiphysics是COMSOL AB注册商标此处。