CN101459476A - 以阻抗负载特性调整无线射频电路的方法及其相关装置 - Google Patents

Abstract

以阻抗负载特性调整一无线射频电路的方法，包含有根据一预设操作频段，设计多个测试夹具，其中该多个测试夹具的每一测试夹具都对应于一阻抗负载区域；将该多个测试夹具分别耦接至该无线射频电路的一测试点，以通过该多个测试夹具测量该无线射频电路的多组射频特性；根据该多组射频特性，决定该无线射频电路的一最佳阻抗负载区域；以及根据该最佳阻抗负载区域，调整该无线射频电路。

Description

以阻抗负载特性调整无线射频电路的方法及其相关装置

技术领域

本发明涉及一种以阻抗负载特性调整一无线射频电路的方法及其相关电子装置，尤其是涉及一种可节省无线射频电路所需的设计时间和资源的方法及其相关电子装置。

背景技术

无线通讯装置的射频发射和接收能力决定了无线通讯系统的通信质量。若无线通讯装置的发射讯号功率不佳，则会影响基站的讯号接收质量；反之，若无线通讯装置的接收灵敏度不佳，则会影响无线通讯装置的接收效能。换句话说，无论上行链路(Uplink)还是下行链路(Downlink)，只要其中一条链路出现问题，都会大大的影响整体的通讯质量，甚至造成通讯中断。因此，在设计无线通讯装置时，需考虑其无线射频电路的发射及接收能力，以达到所需的通信质量。

请参考图1，图1为已知用于一无线通讯装置的一无线射频电路10的示意图。无线射频电路10包含有一射频发射模块12、一射频接收模块14、一天线切换模块16、一天线18及一天线匹配电路20。射频发射模块12包含有一功率放大器120及一匹配电路122，用来提升一射频讯号处理单元所输出的讯号的功率，以通过天线18发射至空气中。射频接收模块14包含有一低噪声放大器140、一匹配电路144及一表面声波滤波器146，用来通过天线18接收无线讯号，并转发至射频讯号处理单元进行解调、解码等运作。一般而言，在设计无线射频电路10时，以一测试点TP为分界，先将测试点TP连接至一测试设备，在阻抗为50Ω的条件下，调整射频发射模块12及射频接收模块14的特性，以达到设计规格。接着，将天线18安装至无线射频电路10中，通过网络分析仪(Network Analyzer)由测试点TP测量天线18，以调整天线18的形状和天线匹配电路20的特性，以期达到最佳驻波比或反射系数。

完成无线射频电路10的设计后，接着，将装有无线射频电路10的无线通讯装置放置于三维微波暗室，以测试“总辐射功率”(Total Radiation Power，TRP)及“总全向灵敏度”(Total Isotropic Sensitivity，TIS)，如图2所示。“总辐射功率”及“总全向灵敏度”用来评估无线通讯装置的发射及接收能力，相关说明如下。

“总辐射功率”指在立体全方向上，无线通讯装置的发射机对外辐射功率的平均值，其是在三维空间上，全面地衡量无线通讯装置的发射机的发射能力。“总辐射功率”的测试方法将无线通讯装置设置于图2所示的三维微波暗室，通过控制无线通讯装置的位置，在一球坐标的θ轴和Φ轴分别间隔15度测量一次，测量其有效等方向辐射功率(Effective Isotropic RadiatedPower，EIRP)，并将所有测量结果进行积分运算，即可得到“总辐射功率”。

另一方面，“总全向灵敏度”是指在立体全方向上，无线通讯装置的接收机的接收灵敏度，用以全面地衡量无线通讯装置的接收机接收能力。“总全向灵敏度”的测试方法通过控制无线通讯装置的位置，在球坐标的θ轴和Φ轴分别间隔30度测量一次，测量其有效全向接收灵敏度(Effective IsotropicSensitivity，EIS)，并将所有测量结果进行积分计算，即可得到“总全向灵敏度”。

因此，当无线通讯装置的设计者完成无线射频电路10(未标示于图1)的设计后，必须在三维微波暗室测量无线通讯装置的“总辐射功率”及“总全向灵敏度”，以评估无线通讯装置的发射及接收能力。然后，根据所测得的“总辐射功率”及“总全向灵敏度”，设计者可重新调整无线射频电路10(未标示于图1)，以便得到符合通讯规范的最大“总辐射功率”和最低“总全向灵敏度”。然而，这样的设计流程耗时费力，在有限的时间和资源下，未必得到最佳的“总辐射功率”及“总全向灵敏度”。

如前所述，无线通讯装置的设计者通常假设所有频段的阻抗都为50Ω。实际上，为了减小天线尺寸并符合多频段的要求，天线加上匹配电路后的阻抗难以接近50Ω，因而造成设计时的困难度增加。举例来说，请参考图3至图6。图3及图4为一GSM三频天线的史密斯图及电压驻波比示意图，图5及图6为另一GSM三频天线的史密斯图及电压驻波比示意图。上述的三频段所对应的通讯系统为：EGSM900系统，接收频带介于925.2兆赫与959.8兆赫之间，而传输频带则介于880.2兆赫与914.8兆赫之间；DCS1800系统，接收频带介于1805.2兆赫与1879.8兆赫之间，而传输频带则介于1710.2兆赫与1784.8兆赫之间；PCS1900系统，接收频带介于1930兆赫与1990兆赫之间，而传输频带则介于1850兆赫与1910兆赫之间。

由图3及图5可知，GSM三频天线不易达到三频段都接近50Ω的要求，使得设计者无从得知哪一天线及其匹配电路可以使得无线通讯装置的主动辐射特性得到最佳发挥。

发明内容

因此，本发明提供一种以阻抗负载特性调整一无线射频电路的方法及其相关电子装置，用以节省无线射频电路所需的设计时间和资源。

本发明披露一种以阻抗负载特性调整一无线射频电路的方法，包含有根据一预设操作频段，设计多个测试夹具(fixture)，其中该多个测试夹具的每一测试夹具对应于一阻抗负载区域；将该多个测试夹具分别耦接至该无线射频电路的一测试点，以通过该多个测试夹具测量该无线射频电路的多组射频特性；根据该多组射频特性，决定该无线射频电路的一最佳阻抗负载区域；以及根据该最佳阻抗负载区域，调整该无线射频电路。

本发明还披露一种以阻抗负载特性调整一无线射频电路的电子装置，包含有多个测试夹具，每一测试夹具对应于一预设操作频段的一阻抗负载区域；一测试设备，通过该多个测试夹具的一测试夹具耦接至该无线射频电路的一测试点，用以通过该多个测试夹具测量该无线射频电路的多组射频特性；以及一判断装置，耦接于该测试设备，用来根据该多组射频特性，决定该无线射频电路的一最佳阻抗负载区域，以提供调整该无线射频电路的依据。

附图说明

图1为已知用于一无线通讯装置的一无线射频电路的示意图。

图2为已知测试总辐射功率及总全向灵敏度的示意图。

图3为一GSM三频天线的史密斯图。

图4为一GSM三频天线的电压驻波比示意图。

图5为另一GSM三频天线的史密斯图。

图6为另一GSM三频天线的电压驻波比示意图。

图7为本发明实施例一流程的示意图。

图8为本发明实施例一阻抗负载分区示意图。

图9为本发明实施例一测试夹具的示意图。

图10为本发明实施例测试无线通讯装置的示意图。

附图符号说明

10                            无线射频电路

12                            射频发射模块

14                            射频接收模块

16                            天线切换模块

18                            天线

20                            天线匹配电路

120                           功率放大器

122                           匹配电路

140                           低噪声放大器

144                           匹配电路

146                           表面声波滤波器

TP                            测试点

70                            流程

700、702、704、706、708、710  步骤

90                            测试夹具

92、94                        端点

Z1～Z5                        元件

110                           测试设备

112                           无线通讯装置

114                           判断装置

具体实施方式

请参考图7，图7为本发明实施例一流程70的示意图。流程70用来以阻抗负载特性调整一无线射频电路，无线射频电路可以是图1所示的无线射频电路10。流程70包含以下步骤：

步骤700：开始。

步骤702：根据一预设操作频段，设计多个测试夹具，其中该多个测试夹具的每一测试夹具都对应于一阻抗负载区域。

步骤704：将该多个测试夹具分别耦接至无线射频电路的一测试点，以通过多个测试夹具测量无线射频电路的多组射频特性。

步骤706：根据该多组射频特性，决定无线射频电路的一最佳阻抗负载区域。

步骤708：根据该最佳阻抗负载区域，调整无线射频电路。

步骤710：结束。

根据流程70，本发明根据一预设操作频段，设计对应于不同阻抗负载区域的测试夹具。接着，将每一测试夹具耦接至无线射频电路的测试点，以通过测试夹具测量多个射频特性。然后，根据所测得的射频特性，本发明决定无线射频电路的最佳阻抗负载区域，并据以调整无线射频电路。

因此，当完成无线射频电路的设计后，设计者可通过流程70得到无线射频电路的初步发射及接收能力，并据以调整无线射频电路。如此一来，在未进入三维微波暗室测量总辐射功率及总全向灵敏度前，设计者即可初步估计无线射频电路的发射及接收能力，据以调整无线射频电路，以节省无线射频电路所需的设计时间和资源。

在本发明流程70中，每一测试夹具对应于预设操作频段的一阻抗负载区域，其用来仿真天线负载。因此，在设计每一测试夹具时，可根据所需的阻抗匹配及电压驻波比，设计其电路。首先，请参考图8，图8为一阻抗负载分区示意图。在图8中，针对预设操作频段，先将史密斯图分为8大区，依序分为I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII共8大区；而每一大区又依据电压驻波比VSWR的圆分为5小区，依序为VSWR<2、2<VSWR<3、2<VSWR<3、3<VSWR<4、4<VSWR<5、VSWR>5。

完成所有阻抗负载区域设定后，接下来，可根据每一阻抗负载区域，设计对应的测试夹具。请参考图9，图9为本发明实施例一测试夹具90的示意图。测试夹具90包含有端点92、94及元件Z1～Z5，元件Z1～Z5可由可变电容、电阻或电感所组成，用来产生不同的阻抗特性。在设计测试夹具90时，将端点92、94的一端点耦接至具50Ω的阻抗元件，由另一端测量测试夹具90的阻抗，并根据所对应的阻抗负载区域，调整元件Z1～Z5的电容或电感值，使得测试夹具90的阻抗能落在对应的阻抗负载区域。以此类推，针对每一操作频段，可设计出40个阻抗负载测试夹具，做为此频段的标准元件。

特别注意的是，图8所示的阻抗负载分区示意图用以说明本发明，其先将史密斯图分为M大区，再依据电压驻波比将每一大区分为N小区，而M、N的大小可依设计者所需而规画，数目越大，分辨率越精准。同样地，图9的测试夹具90也仅为本发明的实施例，本领域技术人员当可根据所需，增加或减少所包含的元件。

完成对应于每一阻抗负载区域的测试夹具后，流程70将每一测试夹具分别耦接至无线射频电路的测试点及一阻抗为50Ω的测试设备之间，以测量无线射频电路的射频特性，如传导功率、接收灵敏度及耗电量等。接着，根据所测得的传导功率、接收灵敏度及耗电量，本发明可判断出无线射频电路的初步最佳效能、对应的测试夹具及最佳阻抗负载区域。进一步地，本发明可根据对应于最佳阻抗负载区域的传导发射功率、接收灵敏度及天线效率，大概估算总辐射功率及总全向灵敏度，例如，设定一初步总辐射功率(以dBm为单位)等于最佳阻抗负载区的传导发射功率加上10log N，N表示天线效率，并设定一初步总全向灵敏度等于最佳负载区的接收灵敏度减20log N。如此一来，设计者可据以调整无线射频电路的天线及天线匹配电路，以符合最佳阻抗负载区域。当然，根据最佳阻抗负载区域调整完无线射频电路后，较佳地，本发明仍可在三维微波暗室中，估测准确的总辐射功率及总全向灵敏度，以设计出符合所需的无线射频电路。

关于流程70的实现方式，请参考图10。在图10中，当要测试一无线通讯装置112的无线发射及接收效能时，可将测试夹具90耦接至无线通讯装置112的无线射频电路(未绘于图10中)的测试点TP与一测试设备110之间，以通过测试设备110所包含的综合分析仪、网络分析仪或电源供应器，测量传导发射功率、接收灵敏度及耗电量。接着，置换不同的测试夹具，测量对应的传导发射功率、接收灵敏度及耗电量。根据测试设备110所测量的结果，较佳地，本发明可通过一判断装置114，决定最佳阻抗负载区域，以提供调整无线射频电路的依据，如调整无线射频电路的天线或天线匹配电路。除此之外，决定最佳阻抗负载区域后，较佳地，本发明可通过一估测装置(未绘于图10中)，根据对应于最佳阻抗负载区域的传导发射功率、接收灵敏度及天线效率，估算初步总辐射功率及初步总全向灵敏度；或在三维微波暗室中，估测准确的总辐射功率及总全向灵敏度，并据以调整无线射频电路。

因此，通过本发明，当完成无线射频电路的设计后，设计者可得到无线射频电路的初步发射及接收能力，并据以调整无线射频电路。如此一来，在未进入三维微波暗室测量总辐射功率及总全向灵敏度前，设计者即可初步估计无线射频电路的发射及接收能力，据以调整无线射频电路，以节省无线射频电路所需的设计时间和资源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (22)

1.一种以阻抗负载特性调整一无线射频电路的方法，包含有：

根据一预设操作频段，设计多个测试夹具，其中该多个测试夹具的每一测试夹具都对应于一阻抗负载区域；

将该多个测试夹具分别耦接至该无线射频电路的一测试点，以通过该多个测试夹具测量该无线射频电路的多组射频特性；

根据该多组射频特性，决定该无线射频电路的一最佳阻抗负载区域；以及

根据该最佳阻抗负载区域，调整该无线射频电路。

2.如权利要求1所述的方法，其中根据该预设操作频段设计该多个测试夹具，是根据对应于该预设操作频段的阻抗匹配及电压驻波比，设计该多个测试夹具。

3.如权利要求1所述的方法，其中该多组射频特性的每一组射频特性包含有一传导功率、一接收灵敏度及一耗电量。

4.如权利要求3所述的方法，其中该多组射频特性由一测试设备通过该多个测试夹具所测得，该测试设备的阻抗为50欧姆。

5.如权利要求4所述的方法，其中该测试设备通过该多个测试夹具的一测试夹具耦接至该无线射频电路的一测试点，以通过该多个测试夹具测量该无线射频电路的该多组射频特性。

6.如权利要求1所述的方法，其中根据该多组射频特性决定该无线射频电路的该最佳阻抗负载区域，是由该多组射频特性选择一最佳射频特性，以及根据对应于该最佳射频特性的一测试夹具，决定该无线射频电路的该最佳阻抗负载区域。

7.如权利要求6所述的方法，其中根据该最佳阻抗负载区域调整该无线射频电路，是根据该最佳阻抗负载区域，调整该无线射频电路的一天线及一天线匹配电路。

8.如权利要求1所述的方法，其还包含估测该无线射频电路的一总辐射功率及一总全向灵敏度。

9.如权利要求8所述的方法，其中估测该无线射频电路的该总辐射功率及该总全向灵敏度，是根据对应于该最佳阻抗负载区域的一射频特性及该无线射频电路的一天线的天线效率，估算该总辐射功率及该总全向灵敏度。

10.如权利要求9所述的方法，其中估测该无线射频电路的该总辐射功率及该总全向灵敏度是在一三维微波暗室中估测该无线射频电路的该总辐射功率及该总全向灵敏度。

11.如权利要求10所述的方法，其还包含根据该总辐射功率及该总全向灵敏度，调整该无线射频电路。

12.一种以阻抗负载特性调整一无线射频电路的电子装置，包含有：

多个测试夹具，每一测试夹具对应于一预设操作频段的一阻抗负载区域·

一测试设备，通过该多个测试夹具的一测试夹具耦接至该无线射频电路的一测试点，用以通过该多个测试夹具测量该无线射频电路的多组射频特性；以及

一判断装置，耦接于该测试设备，用来根据该多组射频特性，决定该无线射频电路的一最佳阻抗负载区域，以提供调整该无线射频电路的依据。

13.如权利要求12所述的电子装置，其中该多个测试夹具根据对应于该预设操作频段的阻抗匹配及电压驻波比所设计。

14.如权利要求12所述的电子装置，其中该多组射频特性的每一组射频特性包含有一传导功率、一接收灵敏度及一耗电量。

15.如权利要求12所述的电子装置，其中该测试设备的阻抗为50欧姆。

16.如权利要求15所述的电子装置，其中该测试设备包含一综合分析仪及一网络分析仪。

17.如权利要求16所述的电子装置，其中该测试设备还包含一电源供应器。

18.如权利要求12所述的电子装置，其中该判断装置用来由该多组射频特性选择一最佳射频特性，以及根据对应于该最佳射频特性的一测试夹具，决定该无线射频电路的该最佳阻抗负载区域。

19.如权利要求12所述的电子装置，其中该判断装置用来提供调整该无线射频电路的一天线及一天线匹配电路的依据。

20.如权利要求12所述的电子装置，其还包含一估测装置，耦接于该判断装置，用来估测该无线射频电路的一总辐射功率及一总全向灵敏度。

21.如权利要求20所述的电子装置，其中该估测装置根据对应于该最佳阻抗负载区域的一射频特性及该无线射频电路的一天线的天线效率，大概估算该总辐射功率及该总全向灵敏度。

22.如权利要求21所述的电子装置，其中该估测装置是在一三维微波暗室中估测该无线射频电路的该总辐射功率及该总全向灵敏度。

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