空间射频仿真技术在物联网终端上的研究及应用_王平松.pdf
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1、2023.02ELECTRONICS QUALITY空间射频仿真技术在物联网终端上的研究及应用王平松,邓波,王科(四川长虹电子控股集团有限公司,四川 绵阳621000)摘 要:无线传输技术在物联网终端上应用广泛,其空间辐射性能的优劣直接影响终端的使用功能,因而空间辐射性能的测试越来越受到相关厂商的重视,业内也在持续对这一测试技术进行研究。介绍了一种空间射频仿真技术的实施方法,该技术可用于对无线终端产品空间辐射性能进行仿真测试及评估,能真实地反映终端无线收、发性能。重点讲解了技术的原理,并结合实际应用案例,直观地显示出了该技术对于产品性能的提升及设计的帮助。关键词:空间射频仿真;物联网终端;总辐
2、射功率;总全向接收灵敏度;技术原理中国分类号:TP 391.99文献标识码:A文章编号:1003-0107(2023)02-0037-07doi:10.3969/j.issn.1003-0107.2023.02.008Research and Application of Space Radio Frequency SimulationTechnology in Internet of Things TerminalWANG Pingsong,DENG Bo,WANG Ke(Sichuan Changhong Electronic Holding Group Co.,Ltd.,Mianyang
3、 621000,China)Abstract:Wireless transmission technology is widely used in the Internet of Things terminals,and its space radiationperformance directly affects the use function of terminals.Therefore,the test of space radiation performance is in-creasingly valued by relevant manufacturers,and the ind
4、ustry also continues to research this test technology.An im-plementation method of space RF simulation technology is introduced.The technology can be used to simulate and e-valuate the space radiation performance of wireless terminal products,and can truly reflect the wireless receiving andtransmitt
5、ing performance of terminals.The principle of the technology is mainly explained.And combined with practicalapplication cases,it intuitively shows the help of the technology to the improvement of product performance and de-sign.Keywords:space radio frequency simulation;IoT terminal;total radiated po
6、wer;total isotropic sensitivity;technicalprinciple收稿日期:2022-12-15修回日期:2023-01-09作者简介:王平松(1969),男,四川绵阳人,四川长虹电子控股集团有限公司高级工程师,从事物联网产品的检测、认证及相关技术研究工作。通讯作者:邓波(1974),男,四川绵阳人,四川长虹电子控股集团有限公司高级工程师,从事物联网产品的检测、认证及相关技术研究工作。0引言空间射频仿真是在一个屏蔽的无反射微波暗室内,采用转台的方式,对产品三维空间的发射及接收数据进行采集,最终形成产品空间辐射性能的仿真模型图,客观显示产品在三维空间各个方向上的
7、辐射性能缺陷。现有的物联网络中,辐射性能的优劣直接影响终端是否能正常有效地工作,若终端空间辐射性能不好,将导致视频卡顿、语言质量下降和网络掉线等问题。而影响终端辐射性的因素很多1-3,例如:无线模块的发射及接收能力、天线Simulation Analysis仿真分析37ELECTRONICSQUALITYELECTRONICS QUALITY效率及匹配程度、产品设计布局、各种板件和金属件遮挡等,所以设计者首先要确定终端在实际网络的工作性能,对其射频性能全面准确地了解,才能有针对性地进行改进。目前,空间辐射性能最具代表性的指标是总辐射功率4-5(TRP:Total Radiated Power,
8、主要反映终端发射功率的情况)、总全向接收灵敏度(TIS:Total Isotropic Sensitivity,主要反映终端接收灵敏度的情况)和天线方向图。手机、平板和笔记本等是无线技术应用得较早、尺寸较小的智能终端,其评估空间辐射性能的方法已较为成熟,行业中也有与之相应的测试标准或规范,许多国家已有相关强制性要求。而对于平板电视、空调和冰箱等大型家电类终端产品,行业中还未有相应的标准、要求及评价方法。同时,随着产品向智能化方向发展,几乎所有的家电产品都带有无线通信模块,对无线传输的稳定性、传输的数据量等要求越来越高,产品空间辐射性能越来越受到行业内相关厂商的重视。1技术原理在特定的静 区环境
9、(仿 真 自 由 空 间 环 境)中6-7,终端发送无线信号与环境外的综测仪通信,转台从而对终端进行空间的三维测量,分别采集球面上各测量点的有效辐射功率及接收灵敏度,如图1所示。通过分析此球形测量数据可以计算得到TPR和TIS,然后通过数据建模形成终端的空间三维辐射性能图,直观地显示终端各个方向的空间辐射性能。1.1 坐标系统定义基于球形模式的空间射频仿真方法,定义了两种主要的定位系统:分布轴系统(distributed-axis)和组合轴系统(combined-axis)。分布轴系统的测量天线围绕受试设备(EUT:EquipmentUnder Test)和轴定位器旋转,组合轴系统是在轴定位器
10、基础上加装轴定位器,EUT可以同时绕和轴旋转。进行空间离散点采集时,假定EUT在水平面沿Z轴转动,转动的初始方向为+X轴方向。定义测量点与Z轴的夹角为,EUT转动的角度为,如图2所示。轴定义为沿Z轴方向,也就是假定EUT固定在旋转轴上。所以当轴转动时,轴相对于EUT的变化如图3所示。图1三维球形示意图图3球面坐标系统轴测量点轴图2球面坐标系统+Z-X+Y-Y+X-Z+Z-X+Y-Y+X-Z轴轴382023.02ELECTRONICS QUALITY定义了球形坐标系统后,需要定义每个测量点总场需要的两个极化方向。而极化方向是根据 两个旋转轴来命名的。极化为轴旋转时的运动方向,极化为轴旋转时的运动
11、方向,如图4所示。在进行数据采集时,EUT的支撑物(转台或平台)在其正下方(-Z轴方向),导至=180的测量点不能进行测量,所以对于EUT测量的球形区域并未覆盖|165的区域(基于15的步长),如图5所示。蓝色区域为EUT空间三维球面的数据采集区域。1.2 总辐射功率测量将终端水平面转动的夹角定义为(转台转动角度),测量点与轴的夹角定义为(测量天线转动角度)。使产品处于最大发射功率状态,在球坐标轴的轴和轴分别间隔15进行一次功率的采集,其中=0和=180不需要采集,共需采集264个点,CTIA测量规范8中TPR计算公式如下:TRP=2NMN-1i=1M-1j=0E1rp(i,j)+E1rp(i
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