3. 被测终端与测试环境搭建

一致性验证的起点不是仪表,而是被测终端(DUT)与测试环境之间的物理与电气接口。射频一致性测试对链路损耗、阻抗匹配、屏蔽度、供电稳定度和温度都有明确要求,任何一处偏差都会直接反映到发射功率、EVM、杂散或接收灵敏度的测量结果上。本节围绕 DUT 连接、射频链路配置、屏蔽与暗室、供电与温控、SIM/USIM 模拟以及 OTA 参考天线环境六个方面,说明实际搭建时应如何做、关键参数如何确定、结果如何判断。

DUT 连接方式与射频端口选择

DUT 与测试系统的连接分为传导(Conducted)与辐射(Radiated/OTA)两类。传导测试通过射频同轴电缆直接连接 DUT 的射频端口,链路损耗可控、重复性好,是 3GPP TS 34.121、TS 38.521 等大部分射频一致性项目的首选方式;OTA 测试则通过天线辐射建立链路,用于验证整机辐射性能,如 TS 34.114、TS 38.101-2 中的球面覆盖要求。

连接 DUT 前需确认射频端口类型与阻抗。手机类终端常见为 50 Ω 的 U.FL、MMCX 或专用测试座,模组类终端可能直接引出 SMA 或 IPEX 座。若 DUT 只有天线馈点而无标准连接器,需使用厂商提供的射频测试夹具或同轴转接座,并注意夹具本身引入的插损与驻波。连接时应先断电、佩戴防静电手环,避免静电损伤射频前端;拧紧力矩一般控制在 0.5~0.9 N·m,过紧会损坏连接器,过松则引入反射。

对于支持多频段、多天线的终端,需明确每个测试项目对应的射频端口与天线路径。例如 LTE 主集发射通常走主天线端口,分集接收走辅天线端口,MIMO 测试则需同时连接多个端口。建议在测试前建立一张端口映射表,记录频段、发射/接收、端口编号与线缆编号,避免测试中反复确认。

射频线缆与衰减器配置

射频链路的核心是控制从 DUT 端口到仪表端口的整体损耗,并保证阻抗连续。链路通常由同轴电缆、衰减器、功分器、开关矩阵和连接器组成。电缆应选用低损耗、相位稳定的型号,如 Sucoflex 100 或同等规格,工作频率覆盖到测试频段上限(如 6 GHz 或 40 GHz)。

衰减器的作用有三:一是将 DUT 发射的高功率降到仪表输入安全范围,二是改善阻抗匹配、减小驻波,三是提供已知的固定衰减量便于链路预算。选择衰减器时需关注功率容量、频率范围和衰减精度。例如 DUT 最大发射功率 23 dBm,仪表输入上限 30 dBm,链路电缆损耗约 2 dB,则至少需要 23 − 2 = 21 dBm 到达仪表,仍在安全范围内,但为留余量可加 10 dB 衰减器,使得到达仪表约 11 dBm。

链路损耗必须实测标定,不能仅凭标称值。常用方法是使用矢量网络分析仪或信号源加功率计,在测试频段内逐频点测量从 DUT 参考面到仪表参考面的插入损耗,形成损耗表并写入测试软件。若使用开关矩阵,还需标定每条路径的损耗。标定周期建议每季度或每次更换线缆后重新执行。

示例链路预算(假设值,仅用于说明方法):DUT 输出 23 dBm → 电缆 1(1.2 dB)→ 衰减器 10 dB → 电缆 2(0.8 dB)→ 开关矩阵(1.5 dB)→ 仪表。总损耗 = 1.2 + 10 + 0.8 + 1.5 = 13.5 dB,仪表读数应为 23 − 13.5 = 9.5 dBm。若实测为 8.7 dBm,则链路实际损耗为 14.3 dB,需更新损耗表。

屏蔽箱与暗室要求

传导测试虽不依赖空间辐射,但 DUT 本身仍会通过机壳缝隙、连接线缆向外辐射,同时外部基站、Wi-Fi、蓝牙信号也会耦合进链路,造成杂散和灵敏度测试失真。因此传导测试通常也在屏蔽箱内进行。屏蔽箱的屏蔽效能一般要求在工作频段内不低于 80 dB,箱内壁贴吸波材料以抑制腔体谐振。DUT 应放置在箱内非金属支架上,线缆穿过屏蔽箱的馈通滤波器或波导截止管,避免直接开孔破坏屏蔽。

OTA 测试则需要微波暗室。暗室分为全电波暗室(FAR)和紧缩场(CATR)等类型,内壁铺设吸波尖劈,反射电平在静区要求低于 − 30 dB 至 − 40 dB。静区是暗室中电磁波近似平面波、幅度和相位均匀的区域,DUT 必须完全置于静区内。暗室尺寸与最低测试频率相关,频率越低,吸波材料越长,暗室越大。例如测试 700 MHz 频段,暗室通常需要数米量级。

电源与温控条件

DUT 供电应使用可编程直流电源,电压设定为终端标称值(如 3.8 V 或 4.2 V),并具备足够的电流能力(峰值可达 2~3 A)。电源纹波和瞬态响应会影响发射功率与调制质量,建议纹波低于 10 mVrms。测试中应监测 DUT 电流,异常电流往往对应功放异常或软件状态错误。

温度条件按测试规范执行。3GPP 射频一致性通常要求在 15~35 ℃ 的室温环境,部分项目要求极端温度(−10 ℃、+55 ℃)下的性能验证。温控箱应能稳定在设定温度 ±2 ℃,并在 DUT 达到热平衡后再开始测试。温度变化会影响晶振频率、功放增益和电池内阻,因此温度稳定时间通常不少于 30 分钟。

SIM 卡与 USIM 模拟

一致性测试中,DUT 需要驻留在测试仪表模拟的基站上,而鉴权、签约信息由 SIM/USIM 提供。实际搭建时有两种方式:一是使用测试白卡,写入测试所需的 IMSI、Ki、OPc 等参数;二是使用 USIM 模拟器,通过软件动态配置用户信息,便于批量测试和异常场景模拟。

使用 USIM 模拟器时,需将模拟器与 DUT 的 SIM 接口正确连接,注意电压等级(Class A 5 V、Class B 3 V、Class C 1.8 V)和时钟频率。模拟器应支持 3GPP TS 31.102 定义的 USIM 文件结构,并能响应鉴权挑战。若测试涉及 5G,还需支持 5G 鉴权流程和 SUCI 隐私标识。测试前应确认 DUT 能正常读取 IMSI、完成鉴权并建立 RRC 连接,否则后续射频测试无法进行。

参考天线与 OTA 环境搭建要点

OTA 测试中,参考天线用于建立已知的辐射参考面。参考天线应具有已知增益、方向图和极化特性,通常选用标准增益喇叭或双锥天线。测试前需对参考天线进行校准,确定其增益和相位中心,并记录在暗室坐标系中的位置。

DUT 在暗室中的定位至关重要。DUT 的参考点(如天线相位中心或机壳几何中心)应与暗室坐标系原点重合,角度误差控制在 ±1° 以内。测试时通过转台旋转 DUT,测量不同角度下的辐射功率,再积分得到总辐射功率(TRP)和总各向同性灵敏度(TIS)。极化方面,需分别测量水平极化和垂直极化,或使用双极化参考天线一次完成。

OTA 环境搭建完成后,应使用已知性能的参考终端进行验证。若参考终端的 TRP/TIS 与标称值偏差超过 1 dB,需检查暗室反射、线缆损耗、转台定位和参考天线校准。只有环境验证通过后,才能开始正式的一致性测试。

DUT 与测试环境搭建关系图 传导链路 · 屏蔽/暗室 · 供电温控 · SIM 模拟 · OTA 参考天线 DUT 被测终端 射频端口:U.FL / MMCX 阻抗:50 Ω 多频段 / 多天线 射频链路 低损耗同轴电缆 衰减器 10 dB 开关矩阵 / 功分器 总损耗标定 13.5 dB 测试仪表 综测仪 / 频谱仪 输入上限 30 dBm 参考面:仪表端口 23 dBm 9.5 dBm 屏蔽箱 / 微波暗室 屏蔽效能 ≥ 80 dB(传导) 暗室反射 ≤ −30 dB(OTA) 吸波材料 · 馈通滤波器 DUT 置于静区 / 非金属支架 供电与温控 可编程直流电源 3.8 V / 4.2 V 纹波 < 10 mVrms,峰值 2~3 A 温控箱 15~35 ℃,极端 −10/+55 ℃ 热平衡 ≥ 30 min,±2 ℃ SIM / USIM 模拟 测试白卡:IMSI / Ki / OPc USIM 模拟器:动态配置 电压等级 Class A/B/C 支持 5G 鉴权 / SUCI OTA 参考天线环境 标准增益喇叭 / 双锥天线 参考点与暗室原点重合 ±1° 水平 / 垂直双极化测量 TRP / TIS 积分计算 环境验证:参考终端 TRP/TIS 偏差 ≤ 1 dB 后方可开始正式测试

以上六个方面构成 DUT 与测试环境搭建的完整链条。实际执行时,建议按“端口确认 → 链路标定 → 屏蔽/暗室检查 → 供电温控设置 → SIM 配置 → OTA 校准 → 参考终端验证”的顺序推进,每一步都留下记录。链路损耗表、端口映射表、环境验证结果应作为测试报告的一部分归档,便于后续复现和问题追溯。