阻抗失配在天线孔径调谐器测试中带来的福利
test card
提起反射，射频工程师都希望越小越好，如果可以实现，巴不得将vswr做到1:1，这样不仅可以提高功率传输效率，同时还能提高系统稳定性。尽管如此，在射频测试中有时需要阻抗失配来达到所需要的测试条件。大家最熟悉的应用莫过于源和负载牵引了，通过改变阻抗得到不同的性能，在lna和pa设计中应用颇多。
不过，今天要给大家分享的不是源和负载牵引方面的内容，而是阻抗失配在天线孔径调谐器(antenna aperture tuner)测试中带来的福利。
什么是天线孔径调谐器？
自从进入移动终端4g时代，bom表上便出现了一种新型器件——天线调谐器，这种器件主要用于调谐天线工作频段，同时兼顾天线的效率，业界通常称之为孔径调谐(aperture tuning)。目前天线孔径调谐技术已经广泛应用于4g/5g移动终端设备，尤其对于低频段的调谐，效果更加明显。
为了方便，下面统一使用tuner代指天线孔径调谐器。
本质上讲，tuner就相当于一个射频开关，如图1所示，只是其公共端接地。tuner是怎么调谐天线工作频段的呢？
谐振频率的调谐还是要靠电容或电感等器件，由于移动终端的天线净空区越来越小，为了保证一定的天线效率，天线的尺寸需要做小一点，但谐振频率就偏了，借助于电容或电感等调谐器件，便可以谐振在期望的频点上，这就是天线孔径调谐的思路，tuner也是在这种情况下应运而生的。
图1. 典型的antenna tuner示意图
值得一提的是，tuner是直接作用于天线结构上的，并不是位于天线馈电口之前的链路上，这意味着tuner就是天线的一部分，借助于调谐部件改变的是天线本身的性能。
图2. antenna tuner的应用示意图
为什么反射有助于tuner 测试 ？
需要说明的是，只是对于tuner个别参数的测试，在存在反射的情况下会更容易。
tuner的主要测试参数包括导通电阻、关断电容、隔离度、谐波及峰值耐压等，除峰值耐压外，其它参数都属于常规参数，那么峰值耐压是一个什么样的参数，其特殊之处在哪里呢？
在印象里，貌似很少关注rf switch的峰值耐压这个参数，因为rf switch通常都是位于信号链路上，而移动终端的传导功率通常也不会超过500mw，承受这么大的功率还是轻而易举的，为什么tuner会关注这个参数呢？
原因在于tuner的使用位置，前面已经提到，tuner是直接应用于天线结构上的，而作为一个谐振单元，一方面谐振时形成的驻波电压要比传导功率对应的电压大很多，另一方面，天线不同位置的驻波电压差异也是非常大的，为了使得tuner能够应用于天线任何位置，所以对其耐受电压提出了比较高的要求。
峰值耐受电压的判定也是有标准的，当产生的谐波不超过限值时的临界电压，即为tuner的峰值耐受电压。谐波具体限值可以参考3gpp相关标准，此处不再赘述。
有些厂家的tuner峰值耐压可以达到60v甚至更高，对应的射频功率可以达到+46dbm。如果要提供这么高的射频功率，就需要一个高功率放大器，增加了测试难度和系统不稳定性。有没有更合适的方法？
当然有，就是通过在tuner输出端阻抗失配引起反射，从而形成一定的驻波。有的位置驻波电压高，有的位置驻波电压低，当通过调整反射系数的幅度和相位，使得tuner处的驻波电压达到最大、同时又是测试所期望的加载电压值，这就是峰值耐压测试的思路。
图3和图4的信息量较大，以双导线为例，分别给出了末端处在不同的反射时，沿线形成的驻波情况，其中图3是末端vswr不同、相位为0°时的驻波波形，图4是vswr相同、相位不同时的驻波波形。
通过这种方式，当达到一定的加载电压时，所需要的射频功率会更低。当驻波比设置为6:1时，如果要产生60v的加载电压，具体需要多少射频功率，请大家按照如下公式自己计算一下吧，有问题可以留言~~
图3. 不同vswr形成的驻波波形(phase=0°)
图4. 相同vswr、不同phase时的驻波波形
如何调整反射系数的幅度和相位呢？这就要借助于阻抗调谐器，通过改变阻抗调谐器中滑块的耦合强弱及位置，便可以实现反射系数的调整。当然，测试之前需要使用矢网对反射系数进行校准。阻抗调谐器并不在本文介绍的范围之内，后面有机会再给大家分享。
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提起反射，射频工程师都希望越小越好，如果可以实现，巴不得将vswr做到1:1，这样不仅可以提高功率传输效率，同时还能提高系统稳定性。尽管如此，在射频测试中有时需要阻抗失配来达到所需要的测试条件。大家最熟悉的应用莫过于源和负载牵引了，通过改变阻抗得到不同的性能，在lna和pa设计中应用颇多。
不过，今天要给大家分享的不是源和负载牵引方面的内容，而是阻抗失配在天线孔径调谐器(antenna aperture tuner)测试中带来的福利。
什么是天线孔径调谐器？
自从进入移动终端4g时代，bom表上便出现了一种新型器件——天线调谐器，这种器件主要用于调谐天线工作频段，同时兼顾天线的效率，业界通常称之为孔径调谐(aperture tuning)。目前天线孔径调谐技术已经广泛应用于4g/5g移动终端设备，尤其对于低频段的调谐，效果更加明显。
为了方便，下面统一使用tuner代指天线孔径调谐器。
本质上讲，tuner就相当于一个射频开关，如图1所示，只是其公共端接地。tuner是怎么调谐天线工作频段的呢？
谐振频率的调谐还是要靠电容或电感等器件，由于移动终端的天线净空区越来越小，为了保证一定的天线效率，天线的尺寸需要做小一点，但谐振频率就偏了，借助于电容或电感等调谐器件，便可以谐振在期望的频点上，这就是天线孔径调谐的思路，tuner也是在这种情况下应运而生的。
图1. 典型的antenna tuner示意图
值得一提的是，tuner是直接作用于天线结构上的，并不是位于天线馈电口之前的链路上，这意味着tuner就是天线的一部分，借助于调谐部件改变的是天线本身的性能。
图2. antenna tuner的应用示意图
为什么反射有助于tuner 测试 ？
需要说明的是，只是对于tuner个别参数的测试，在存在反射的情况下会更容易。
tuner的主要测试参数包括导通电阻、关断电容、隔离度、谐波及峰值耐压等，除峰值耐压外，其它参数都属于常规参数，那么峰值耐压是一个什么样的参数，其特殊之处在哪里呢？
在印象里，貌似很少关注rf switch的峰值耐压这个参数，因为rf switch通常都是位于信号链路上，而移动终端的传导功率通常也不会超过500mw，承受这么大的功率还是轻而易举的，为什么tuner会关注这个参数呢？
原因在于tuner的使用位置，前面已经提到，tuner是直接应用于天线结构上的，而作为一个谐振单元，一方面谐振时形成的驻波电压要比传导功率对应的电压大很多，另一方面，天线不同位置的驻波电压差异也是非常大的，为了使得tuner能够应用于天线任何位置，所以对其耐受电压提出了比较高的要求。
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当然有，就是通过在tuner输出端阻抗失配引起反射，从而形成一定的驻波。有的位置驻波电压高，有的位置驻波电压低，当通过调整反射系数的幅度和相位，使得tuner处的驻波电压达到最大、同时又是测试所期望的加载电压值，这就是峰值耐压测试的思路。
图3和图4的信息量较大，以双导线为例，分别给出了末端处在不同的反射时，沿线形成的驻波情况，其中图3是末端vswr不同、相位为0°时的驻波波形，图4是vswr相同、相位不同时的驻波波形。
通过这种方式，当达到一定的加载电压时，所需要的射频功率会更低。当驻波比设置为6:1时，如果要产生60v的加载电压，具体需要多少射频功率，请大家按照如下公式自己计算一下吧，有问题可以留言~~
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图4. 相同vswr、不同phase时的驻波波形
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