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Prüftechnik für Mobilfunk-Geräte

HF-Bauteile schnell und einfach testen

02. März 2020, 11:07 Uhr   |  David Hall

HF-Bauteile schnell und einfach testen
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Das Testsystem von NI kann LTE- und 5G-Signale erzeugen und analysieren.

Da Produkte immer komplexer und Zeitpläne kürzer werden, müssen Ingenieure einen dynamischen, eng integrierten und software-gesteuerten Ansatz verfolgen, um alle Aspekte zur Charakterisierung und Prüfung von HF-Komponenten zu berücksichtigen. Geeignet dafür ist eine modulare Hardware-Plattform.

Drahtlose Kommunikation ist allgegenwärtig: von Smartphones über Wi-Fi bis hin zu persönlichen Fitness-Trackern. Immer häufiger verwenden einige Geräte wie Smartphones sogar mehrere unterschiedliche Kommunikationsprotokolle und -methoden. So finden sich Mobilfunk, Wi-Fi und Bluetooth alle in einem einzigen Mobilgerät und werden alle parallel betrieben. Die Komplexität des HF-Designs bringt viele Herausforderungen mit sich. Zum Beispiel, dass mehrere Vorschriften eingehalten werden müssen. Das Design muss den einschlägigen, international anerkannten Mobilfunkstandards wie GSM, LTE und UMTS, der landesspezifischen oder regionalen behördlichen Typengenehmigung sowie den Sicherheitsstandards entsprechen. Derzeit bietet in Europa die Richtlinie über Funkanlagen einheitliche rechtliche Rahmenbedingungen hinsichtlich Gesundheit und Sicherheit, korrekter Nutzung des Funkfrequenzspektrums und der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Zu den zahlreichen subjektiven und leistungsbezogenen Charakteristiken, die getestet werden, gehört unter anderem, dass das Smartphone wie vorgesehen funktioniert, die Audioqualität hervorragend ist und die Touch-Oberfläche gut reagiert.

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Bild 1: Schema eines typischen HF-Multiband-Moduls.

Das Credo lautet: Zeit sparen

Das Testen eines HF-Geräts erfolgt im Rahmen der Anforderungen bezüglich der Markteinführungszeit und der Notwendigkeit von Tests während des gesamten Produktprozesses vom Prototyp bis hin zur Produktion. Dabei wird die Automatisierung so vieler Tests wie möglich angestrebt, um Zeit zu sparen. Dies gilt besonders dann, wenn es darum geht, der erste Anbieter auf dem Markt zu sein, wie es etwa bei dem Wettbewerb um die Markteinführung von 5G der Fall ist.

Um eine realisierbare Testlösung zu entwickeln, bedarf es eines ganzheitlichen Ansatzes. Bild 1 zeigt ein typisches HF-Multiband-Modul, das die Basisbandsignalstrecken für das Senden und Empfangen, die Schritte zur Quadraturamplitudenmodulation sowie die zwei getrennten Sende-Empfangs-Strecken für bis zu 4G und separat 5G enthält. Das Testsystem müsste zunächst das gesamte HF-Spektrum abdecken, einschließlich der lizenzierten und nicht lizenzierten Bänder, sowie alle Mobilfunktechniken von 2G bis 5G New Radio (NR) und LTE-A Pro unterstützen. Außerdem müssen drahtlose Netzwerkprotokolle wie die 802.11-Serie integriert werden, die Wi-Fi für die Nahbereichskommunikation umfasst.

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Bild 2: Beispiel für einen Komponententest für HF-Leistungsverstärker.

Wichtig: Beim Testen auf dem aktuellen Stand bleiben

Da die Nutzung des drahtlosen Spektrums stetig voranschreitet, ist es unerlässlich, eine Testkonfiguration zu unterhalten, die sich leicht aktualisieren lässt. So wurde beispielsweise 2018 die Zuteilung eines erweiterten ISM-Bandes (Industrial, Scientific and Medical) mit einem Frequenzbereich von 5,925 GHz bis 7,125 GHz angekündigt. Damit wurde ein zusätzliches Frequenzspektrum bereitgestellt, mit dem man die überlasteten Wi-Fi-Frequenzen 2,4 GHz und 5 GHz umgehen kann. Um bei den schnelllebigen Drahtlostechniken auf dem neuesten Stand zu bleiben, sollte der Testaufbau zudem eine Echtzeitbandbreite von 1 GHz aufweisen, um fortschrittliche Algorithmen zum Beispiel für die digitale Vorverzerrung zu testen. Einige typisch zu messende HF-Parameter sind Leistung, Oberschwingungen, Error-Vector-Magnitude (EVM) und Adjacent-Channel-Leakage-Power-Ratio (ACLR).

Bild 2 zeigt das Beispiel einer Testkonfiguration. Ein HF-Vektorsignal-Transceiver (VST) und ein Vektorsignalanalysator (VSA) bilden zusammen mit einer präzisen Source-Measure-Unit (SMU) die basisbandmodulierte Signalquelle. Der VSA analysiert die Ausgabe des Leistungsverstärkers und kann unerwünschte Störsignale, Oberschwingungen und Transienten erkennen. Diese Beobachtungen dienen der Fehlerbehebung beim Verstärkeraufbau.

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1. HF-Bauteile schnell und einfach testen
2. Der Wirkungsgrad ist entscheidend

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