CN101488813B - 以阻抗负载特性调整无线通信装置的测试系统 - Google Patents
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Abstract
以阻抗负载特性调整一无线通信装置的测试系统，包含有一电源供应器，用来产生多个电压；一测试治具，耦接于该电源供应器，用来根据该电源供应器所产生的该多个电压，产生对应于多个阻抗负载区域的阻抗；一测试设备，通过该测试治具耦接至该无线通信装置的一测试点，用以通过该测试治具量测该无线通信装置的多组射频特性；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，决定该无线通信装置的一最佳阻抗负载区域，以提供调整该无线通信装置的依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种以阻抗负载特性调整无线通信装置的测试系统，特别涉及一种可节省设计无线通信装置所需的时间和资源的测试系统。
背景技术
无线通信装置的射频发射和接收能力决定了无线通信系统的通信品质。若无线通信装置的发射信号功率不佳，则会影响基站的信号接收品质；反之，若无线通信装置的接收灵敏度不佳，则会影响无线通信装置的接收效能。换句话说，无论上行链路(Uplink)或下行链路(Downlink)，只要其中一条链路出现问题，都会大大的影响整体的通信品质，甚至造成通信中断。因此，在设计无线通信装置时，需考虑其无线射频电路的发射及接收能力，以达到所需的通信品质。
请参考图1，图1为现有用于一无线通信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，用来提升一射频信号处理单元所输出的信号的功率，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接收无线信号，并转发至射频信号处理单元进行解调、译码等运作。一般而言，在设计无线射频电路10时，是以一测试点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，以达成设计规格。接着，将天线18安装至无线射频电路10中，藉由网络分析仪(Network Analyzer)由测试点TP量测天线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的无线通信装置放置在三维微波暗室，以测试「总辐射功率」(Total RadiationPower，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」用于评估无线通信装置的发射及接收能力，相关说明如下。
「总辐射功率」是指在立体全方向上，无线通信装置的发射机对外辐射功率的平均值，其是在三维空间上，全面地衡量无线通信装置的发射机的发射能力。「总辐射功率」的测试方法是将无线通信装置设置在图2所示的三维微波暗室，通过控制无线通信装置的位置，在一球坐标的θ轴和Φ轴分别间隔15度量测一次，测量其有效等方向辐射功率(Effective IsotropicRadiated Power，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，无线通信装置的接收机的接收灵敏度，用以全面地衡量无线通信装置的接收机接收能力。「总全向灵敏度」的测试方法是通过控制无线通信装置的位置，在球坐标的θ轴和Φ轴分别间隔30度量测一次，测量其有效全向接收灵敏度(EffectiveIsotropic Sensitivity，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，当无线通信装置的设计者完成无线射频电路10(未标示在图1)的设计后，必须在三维微波暗室量测无线通信装置的「总辐射功率」及「总全向灵敏度」，以评估无线通信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(未标示在图1)，以便得到符合通信规范的最大「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」。
为了改善上述缺点，中国台湾专利第096146318号申请案提供一种以阻抗负载特性调整无线射频电路的方法及其相关电子装置，其是根据一预设操作频段，设计对应于不同阻抗负载区域的多个测试治具；接着，将每一测试治具耦接至无线射频电路的测试点，以通过测试治具量测多个射频特性；最后，根据所测得的射频特性，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，通过上述申请案所揭露的方法及其相关电子装置，设计者可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，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。然而，中国台湾专利第096146318号申请案需预先设计对应于不同阻抗负载区域的多个测试治具，且在测试时，需将每一测试治具分别耦接至无线射频电路的测试点。这样的测试方式虽可初步估计无线射频电路的发射及接收能力，但需耗费大量的时间及资源在制作测试治具及更换测试治具上。因此，通过上述申请案测试无线射频电路时，仍无法有效减少测试所需的时间及资源，影响其使用范围。
发明内容
因此，本发明提供一种以阻抗负载特性调整无线通信装置的测试系统，用以节省无线射频电路所需的设计时间和资源。
本发明揭露一种以阻抗负载特性调整一无线通信装置的测试系统，包含有一电源供应器，用来产生多个电压；一测试治具，耦接于该电源供应器，用来根据该电源供应器所产生的该多个电压，产生对应于多个阻抗负载区域的阻抗；一测试设备，通过该测试治具耦接至该无线通信装置的一测试点，用以通过该测试治具量测该无线通信装置的多组射频特性；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，决定该无线通信装置的一最佳阻抗负载区域，以提供调整该无线通信装置的依据，其中，该测试治具包含有：一输入端，耦接于该无线通信装置的该测试点；一输出端，耦接于该测试设备；多个电源端，耦接于该电源供应器，用来接收该多个电压；以及多个阻抗单元，耦接于该输入端、该输出端及该多个电源端，每一阻抗单元用来根据所接收的电压大小，产生一特定阻抗。
附图说明
图1为现有用于一无线通信装置的一无线射频电路的示意图。
图2为现有测试总辐射功率及总全向灵敏度的示意图。
图3为本发明实施例一测试系统的示意图。
图4为一五阶的测试治具的示意图。
图5为一阻抗负载分区示意图。
图6为根据图5调整图4的测试治具的元件连结方式的示意图。
附图符号说明
具体实施方式
为了减少测试所需的时间及资源，本发明是通过压控正本征负(PositiveIntrinsic Negative)二极管的特性，以单一测试治具取代多个测试治具，完整所有阻抗负载区域的测试。如本领域具通常知识者所现有，在正本征负二极管中，p型半导体区及n型半导体区之间存有一宽且未掺杂的半导体区，使少数载子的积蓄效果增加，逆回复时间也较长。因此，当正本征负二极管操作于顺向偏压时呈电感性，而操作于逆向偏压时则呈电容性。利用上述特性，本发明可以单一测试治具实现多个测试治具。
请参考图3，图3为本发明实施例一测试系统30的示意图。测试系统30是以阻抗负载特性调整一无线通信装置300，其包含有电源供应器302、304、一测试治具306、一测试设备308及一判断装置310。电源供应器302用来提供无线通信装置300所需的电源，而电源供应器304则用来产生多个电压给测试治具306。测试治具306由多个正本征负二极管所组成，用来根据电源供应器304所产生的多个电压，产生对应于多个阻抗负载区域的阻抗。测试设备308较佳地包含一综合分析仪及一网络分析仪，且阻抗为50欧姆。测试设备308通过测试治具306耦接至无线通信装置300的一测试点(未绘在图3中)，用以通过测试治具306量测无线通信装置300的多组射频特性，如传导功率、接收灵敏度及耗电量等。判断装置310则根据测试设备308所测得的射频特性，决定无线通信装置300的一最佳阻抗负载区域，以提供调整无线通信装置300的依据。
在测试系统30中，测试治具306是利用正本征负二极管的特性，产生对应于不同阻抗负载区域的阻抗。如此一来，只需调整电源供应器304所输出的电压即可产生所需的阻抗。以五阶的测试治具306为例，请参考图4，图4为五阶的测试治具306的示意图。在图4中，测试治具306包含有一输入端Ti、一输出端To、电源端P1、P2、P3及阻抗单元TE_1、TE_2、TE_3、TE_4、TE_5。输入端Ti耦接于无线通信装置300的测试点，输出端To耦接于测试设备308，电源端P1、P2、P3用来接收电源供应器304所产生的电压V1、V2、V3。阻抗单元TE_1、TE_2、TE_3、TE_4、TE_5中每一阻抗单元是由正本征负二极管(D1、D2、D3、D4、D5)、开关(SW1、SW2、SW3、SW4、SW5)及电阻(或电感)元件(RL1、RL2、RL3、RL4、RL5)所组成，用以根据特定阻抗负载区域所对应的阻抗，切换正本征负二极管与电阻(或电感)元件，以产生所需的阻抗。另外，测试治具306亦可包含稳压接地电容(未绘在图4中)；以及RF chock(未绘在图4中)，耦接于电源端P1、P2、P3与阻抗单元TE_1、TE_2、TE_3、TE_4、TE_5之间，用来稳定电源供应器304所产生的电源。
通过图4所示的测试治具306，当测试无线通信装置300时，可根据所需的阻抗匹配及电压驻波比，调整电压V1、V2、V3、开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5及电阻(或电感)元件RL1、RL2、RL3、RL4、RL5，即可由测试治具306产生所需的阻抗特性，使得测试设备308可测得特定阻抗负载区域的负载阻抗下所对应的板阶功率、灵敏度及耗电流大小。首先，请参考图5，图5为一阻抗负载分区示意图。在图5中，针对预设操作频段，先依八个象限及电压驻波比(VSWR)为2、3、4的圆，将史密斯图分为24个区域A1～A8、B1～B8及C1～C8。完成所有阻抗负载区域的设定后，接下来，可根据每一阻抗负载区域，调整开关SW1～SW5及电阻(或电感)元件RL1～RL5。举例来说，若要仿真天线负载阻抗在区域A4，则可如以下方式调整电压V1、V2、V3、开关SW1～SW5及电阻(或电感)元件RL1～RL5：
(1)设定开关SW1耦接至点b1，电阻元件RL1为0欧姆，及电压V1为0伏。
(2)设定开关SW2耦接至点a2，及电压V2为2.5伏；此时，正本征负二极管D2处于逆偏压2.5V，可产生1.09微微法拉(Picofarad，pF)。
(3)设定开关SW3耦接至点a3，及电压V3为0.5伏；此时，正本征负二极管D3处于顺偏压，可产生1.5奈亨(nano-Henry，nH)。
(4)设定开关SW4耦接至点a4；此时，正本征负二极管D4处于逆偏压0.5伏，可产生1.89微微法拉。
(5)设定开关SW5耦接至点b5，及电阻元件RL5为0欧姆。
通过上述方式调整开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5及电阻元件RL1、RL2、RL3、RL4、RL5后，测试治具306的元件连结方式即如图6所示。接着，将测试治具306应用于测试系统30，即可由测试设备308测得图5中区域A4的负载阻抗下所对应的板阶功率、灵敏度及耗电流大小。以此类推，可测得其它区域的负载阻抗下对应的板阶功率、灵敏度及耗电流。最后，判断装置310可比较A1～A8、B1～B8、C1～C81各区域的负载阻抗下对应的板阶功率、灵敏度及耗电流，并据以判断最佳阻抗负载区域。如此一来，在设计无线通信装置300的一天线及一天线匹配电路时，设计者可将天线的负载阻抗设计在最佳阻抗负载区域上，则可完成总辐射功率、总全向灵敏度及耗电流的最佳化设计。
在现有技术中，无线通信装置的设计者需预先设计对应于不同阻抗负载区域的测试治具，且在测试时，需将每一测试治具分别耦接至无线射频电路的测试点，因而造成时间及资源的浪费。相较之下，本发明是通过正本征负二极管的特性，亦即顺向偏压时呈电感性而逆向偏压时则呈电容性，实现以单一测试治具取代多个测试治具。如此一来，只需调整输出至测试治具的电压及每一阻抗单元的连结方式，即可得到对应于不同阻抗负载区域的阻抗，因而可大幅减少测试时所需的时间及资源。
综上所述，本发明是利用正本征负二极管的特性，以单一测试治具产生对应于不同阻抗负载区域的阻抗特性，以取代多个测试治具，进而减少测试时所需的时间及资源。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通信装置的发射及接收能力，据以调整无线射频电路，以节省设计无线通信装置所需的时间和资源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (15)
1.一种以阻抗负载特性调整一无线通信装置的测试系统，包含有：
一电源供应器，用来产生多个电压；
一测试治具，耦接于该电源供应器，用来根据该电源供应器所产生的该多个电压，产生对应于多个阻抗负载区域的阻抗；
一测试设备，通过该测试治具耦接至该无线通信装置的一测试点，用以通过该测试治具量测该无线通信装置的多组射频特性；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，决定该无线通信装置的一最佳阻抗负载区域，以提供调整该无线通信装置的依据，
其中，该测试治具包含有：
一输入端，耦接于该无线通信装置的该测试点；
一输出端，耦接于该测试设备；
多个电源端，耦接于该电源供应器，用来接收该多个电压；以及
多个阻抗单元，耦接于该输入端、该输出端及该多个电源端，每一阻抗单元用来根据所接收的电压大小，产生一特定阻抗。
2.如权利要求1所述的测试系统，其中，该测试治具根据对应于该多个阻抗负载区域的阻抗匹配及电压驻波比所设计。
3.如权利要求1所述的测试系统，其中，该多个阻抗单元的每一阻抗单元包含一正本征负二极管。
4.如权利要求3所述的测试系统，其中，该正本征负二极管操作在顺向偏压时呈电感性，以及操作在逆向偏压时呈电容性。
5.如权利要求3所述的测试系统，其中，该多个阻抗单元的每一阻抗单元另包含一被动元件，并联于该正本征负二极管。
6.如权利要求5所述的测试系统，其中，该被动元件是一电阻或电感。
7.如权利要求5所述的测试系统，其中，该多个阻抗单元的每一阻抗单元另包含一开关，耦接于该正本征负二极管及该被动元件，用来控制该正本征负二极管及该被动元件的连结。
8.如权利要求7所述的测试系统，其中，该开关根据该多个阻抗负载区域所对应的阻抗控制该正本征负二极管及该被动元件的连结。
9.如权利要求1所述的测试系统，其中，该测试治具另包含有多个射频扼流器，耦接于该多个电源端与该多个阻抗单元之间。
10.如权利要求1所述的测试系统，其中，该多个阻抗负载区域根据对应于该无线通信装置的一预设操作频段所产生。
11.如权利要求1所述的测试系统，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。
12.如权利要求1所述的测试系统，其中，该测试设备的阻抗为50欧姆。
13.如权利要求12所述的测试系统，其中，该测试设备包含一综合分析仪及一网络分析仪。
14.如权利要求1所述的测试系统，其中，该判断装置用于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该测试治具的阻抗特性，决定该无线通信装置的该最佳阻抗负载区域。
15.如权利要求1所述的测试系统，其中，该判断装置用于提供调整该无线通信装置的一天线及一天线匹配电路的依据。
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