1

Tråd: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Traditionellt mäts bara telefoners känslighet vid en testport som utesluter antennen. Det gör att man inte får grepp om hur pass bra de inbyggda antennerna klarar av mimo- och diversity mottagning. Det svenska företaget Bluetest har särskilda små kammare där man bl a kan modifiera rexlexmiljön för att kolla effekten av spatial multiplexing.

http://www.bluetest.se/download/BTW-002 … n_RC_A.pdf

LTE testare på 4G 2600, 1800, 900, 800 med Fritzbox AVM6840, AVM6842, AVM 6820,  E3276 plus Dovado Tiny, netgear AC785 s, ZTE MF93D, B593, diverse antenner. 3G med Vololink VA 125, Galaxy S4, Nokia lumia 920, Iphone 6 +,Ipad 3. AVM7930 för ADSL

2 Senaste redigerad av E Kafeman (2014-03-29 09:07:15)

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Man mäter alltid antenneffektivitet på mobiltelefoner som en del i utvecklingarbetet, utöver att man i slutskedet av antenn-utvecklingen även mäter TRP och TIS. Det är där det stora jobbet är, som kan ta veckor och månader. Sändareffektivitet, sändareffekt, mottagarkänslighet, spuriosmätningar, selektivitet, frekvensstabilitet samt säkert 40 andra parametrar som mäts trådbundet, görs i princip på några minuter i en särskild kommunikations-testare som automatiskt kör alla testerna i en sekvens, eller man får programmera den till att göra så. Liknande mätning görs sedan i serieproduktionen, både trådat och trådlöst, men då mest som en funktions och toleranstest.
För slutlig produkt som måste FCC-certifieras mäts också antenn-effektivitet som ett del-resultat när man gör SAR-mätningar.
För MISO-telefoner kan man utöver antenneffektivitet mäta diversitetsvinsten med två olika accepterade metoder i ekofattig kammare alternativt en metod i multimodväxlar-kammare. Tyvärr är det är mödosamt jobb att bearbeta mätresultaten och mätmetoderna är inte riktigt kompatibla. Det senaste jag hörde, så håller utvecklarna bakom Bluetest fortfarande på att fila på beräkningarna och ämnet är så komplext så det är tveksamt om man någonsin når fram.
Jag har mäter en del i modväxlarkammare och fördelen är att det är en enkel och relativt snabb mätning, men mäter man i ekofattig kammare så får man även strålningsdiagrammet och evt antenn-polarisation uppmätt i samma mätning, vilket inte går mäta alls i modväxlarkammaren. Modväxlarkammaren har fördelen att inte vara så skrymmande som ekofattiga kammaren måste vara, för en given frekvens. I övrigt vet jag inte men spatial-mätningar har väl inte varit modväxlarkammarens starka sida. Kammarens grund-ide är ju att skapa ständigt föränderliga kaosreflexer men kaoset visar sej allt som oftast i beräkningarna ha brister i dynamiken.

Vid utveckling av en typisk telefonantenn har jag nog under jobbets gång mätt antenn-effektiviteten 10-20 ggr, ibland betydligt mer, både i "free space" och i en eller två handhållna positioner. Oftast så mäter min kund upp antenn-effektiviteten ytterligare någon gång. Slutligen mäts telefonens RF-mässiga helhetsfunktion vid för-certifiering och slutlig FCC-certifiering.
Nätoperatörer kräver ofta att TIS-mätningar ska redovisas för att man ska anamma telefonen som en tillräckligt bra telefon, alternativt gör man egna mätningar. Se t.ex. http://www.ptcrb.com. Är antenneffektiviteten för dålig för mottagning (sändnings-effektivitet är här oväsentligt!) så kommer antingen kunder klaga till nätoperatören för tappade samtal, eller måste nätopertören bygga nät som medger högre fältstyrka, vilket är dyrt.

Möjlig diversitetsvinst mäts också ur flera perspektiv, lite beroende på mätmetod. Om mätresultat sedan överenstämmer med teoretisk simulering/beräkning för just denna telefonen, är alla glada, alternativt skyller på brister i mätmetoden. Just vad gäller mobiltelefoner läggs istället stor vikt vid mätningen av antenn-isolationen, som tillsammans med antenn-effektivitet kan ge en uppfattning om diversitetsvinsten för givna yttre omständigheter. Antennisolationen är ett mått på hur pass stor skillnad som max kan uppnås mellan antennerna för en och samma inkommande signal, ur styrke-synpunkt, samtidigt som antennerna helst ska vara likvärdigt effektiva. Det är en knepig balansgång om man hellre ska satsa på effektiva antenner eller på hög isolation då det ena ofta kostar den andra egenskapen på dessa relativt rundstrålande antenner där även polarisation till stor del styrs av telefonens jordplan för 700-900 MHz. Vid 2,6 GHz kan man bättre påverka polarisationen genom lämplig antennplacering på moderkortet, men det är nästan alltid så att bästa platserna redan är upptagna av antenner för de lägre frekvenserna, vilka är mycket större, och lider mer i antenn-effektivitet av att flyttas. För de små antennerna är lättare att finna alternativa platser som visserligen då inte är fullt så optimala ur diversitets-synpunkt.

Sedan har man problemet med telefonanvändaren. Om denne sätter sina händer på fel plats kan alla antenn-beräkningar och mätningar spolieras. Förr mättes bara tre positioner, free space och huvudplacerat med och utan höger hand.
Huvudplacerat utan hand är ju ultimat handsfree men fungerar sällan i praktiken. Anledningen till att man ändå mäter på detta sätt är därför att det är så FCC satte upp sin mätstandard ca år 1990 och när man kom på att handen var bortglömd så skulle man arbeta om hela test-dokumentet, inklusive att ta hänsyn till senaste inom telefon-utvecklingen. Men det tar sådan tid att arbeta om detta dokument så man blir aldrig färdig förrens det är omodernt och måste börjas om igen.
Sedan har vi en fjärde telefon-position som inte fanns förr, och det är när man håller i telefonens kortsidor med en eller bägge händerna, typ som vid surfning.
Jobbet som antenn-tekniker är att hitta en antenn-position där antennen inte dör eller blir avskärmad för någon av dessa positioner. Antennerna som ska placeras ut på denna optimal platsen är 1 till fyra telefon-antenner 700-900, 1600-2200 2600-2700 MHz, GPS-antenn, blåtand, wlan, NFC och ibland även TV och FM-antenn. Alla måste placeras så längt från batteri och display som möjligt då dessa absorberar RF-strålning. Dessutom så måste antennerna inta bara ur diversitet-synpunkt utan av andra skäl placeras så att de inte påverkar varandra. T.ex. trivs sällan GPS-antennen om den hamnar för nära en GSM-antenn, då GPS är ytterst svaga signaler som riskerar dränkas av telefonens egna GSM-sändare och blåtand och wlan arbetar på samma frekvenser och kan också störa ut varandra. Utan omsorgsfull planering och uppmätning så kommer det inte fungera alls och trots mycket jobb får man som antenn-designer acceptera att det blir en hel del kompromisser.

Innam man kommer så långt att man kan mäta mottagarens totala känslighet (TIS) eller sändaren total effektivitet (TRP), vilket per definition är inklusive antenn, samt mäta antenn-isolation, för ett antal olika telefon-positioner, måste först antennerna designas och placeras ut på optimalt sätt, utan att störa varandra men ändå placeras på ställen som ger hög antenn-effektivitet för respektive funktion och frekvensområde.

För den som har en modern smart-telefon, titta på dess storlek, och fundera på var ett halv-dussin antenner kan placeras för att uppfylla dessa önskemål. De kan inte placeras på samma yta som display eller batteri, samt inte sitta vid en kant där du som användare eventuellt täcker hela antennen med handen. Ena kortänden är dessutom fördärvad ur antenn-synpunkt av en USB-kontakt och i värsta fall har man designat in något även i andra kortänden, typ knappar och hörlursuttag. Samtidigt är det så att antenner för 7-900 MHz i princip måste ha relativt stor storlek och sitta i en kortände för att få tillräckligt långt jordplan bakom. Ska man då ha diversitet i detta bandet så krävs två antenner, som inte gärna kan sitta ovanpå varandra för det ger noll i inbördes isolaton. Som löken på laxen, om det är divesitets-antenner så används de inte ännu för telefonsamtal, så det behövs även en GSM-antenn. Vid normal talposition med enhandsfattning är större delen av långsidorna täckta av en hand. Var ska då GSM-antennen sitta om det redan är ockuperat i kortändarna?

Hur man löser detta så alla blir nöjda skiljer inte mycket från den gamla historien om hur man får in 10 elefanter i en folkvagn. Det är så vardagsproblemet ser ut för en antenn-designer.

3

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Varför kan man då inte meddela TIS värdena för GSM telefoner?

LTE testare på 4G 2600, 1800, 900, 800 med Fritzbox AVM6840, AVM6842, AVM 6820,  E3276 plus Dovado Tiny, netgear AC785 s, ZTE MF93D, B593, diverse antenner. 3G med Vololink VA 125, Galaxy S4, Nokia lumia 920, Iphone 6 +,Ipad 3. AVM7930 för ADSL

4

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Det beror på att det är kunderna som värderar andra egenskaper högre. Läcker design är viktigare än teknisk telefoni-prestanda för den som ska köpa ny telefon. Butikssäljaren har inte ens en aning om telefonen har en antenn överhuvudtaget.
Om antennegenskaperna vore säljargument så skulle telefonerna fortfarande ha utstickande pinnar eller åtminstone finnas som en utdragbar option. Numera kan utdragbar antenn göras hållbar och flexibel i millimeter-tunn kolfiber och vi har tekniken att anpassa telefonen för att kunna nyttja detta antenn-alternativet fullt ut. Antennen impedans ändras kraftigt beroende på om den är utdragen eller inte. Äldre telefoner med utdragbar antenn var tvungna att impedansmatchas för ett för ett mellanläge, men det behövs inte idag.
Nu offras dessa mindre säljande antenn-argumenten och ingen telefontillverkare vill riskeras jämföras elller framstå som dåliga med något som man medvetet inte satsat så hårt på, så man ligger hellre lågt med dessa uppgifter.
För den enskilt bästsäljande telefon-modellen just nu, är tillverkaren medveten om att man ligger i bottenskiktet vad gäller antennegenskaperna, vilket bevisar att det är inte antennen man säljer på. Elektroniken bakom har ungefär lika mottagar-egenskaper hos alla tillverkare så antennen är det som i första hand skiljer.

Inte ens den sk. fack-pressen värderar telefoni-egenskaperna nämnvärt. Design, display och hur följsam den är för att skjuta grisar är det som man skriver och värderar när man testar telefoner.
För 10 år sedan hade det inte gått sälja en premium-telefon med numera accepterade standby-tider och extern antennkontakt var förr självklart. Numera rankas automatisk facebook-koppling som väsentligt i telefonens produkt-fakta. Det står däremot inget i databladet om hur bra det går att ringa med luren om man är lite utanför områden med god täckning.

Skulle konsumenterna verkligen efterfråga telefoni-prestanda, tillsamans med att fack-pressen började testa så kan det bli en ändring, men det är komplicerat för fack-pressen att verkligen testa och kräver dyra mätresurser.
Det är mer än säkert att varje telefontillverkare kännerl till sina egna TIS-värden, men att de skulle släppa den informationen har jag svårt att tänka mej.

5

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Är som tex LG telefonen, som säljs som 'google nexus 5' google modellen är skräp mot LG modellen, allt är sämre, det enda bättre är det rena Android i den.
Uselt batteri är dålig PR för google, och markant märkbart tex, även uselt ljud osv...

Tycker att de såkallade mobil-test-tidningarna gör ett uselt jobb, deras stureplanstester är meningslösa villket rendrerar hela tidningen meningslös - Varför köoa en tidning som inte testar mer en vad man kan göra själv på några sekunder.

Tex, min motorola har utdragbar antenn, skillnaden med och utan var försumbar nästan. När den blev EOL så kom skruvmejseln fram :-)
Antennen var en plastbit med tunntunntunn metall kärna, plockade helt sonika bort 'antennen' och lord n behold... mottagningen blev bättre mot innan.... :-) och så startade den antennlösa tiden.
Kontentan, dåligt konstruerade yttre antenner kan vara sämre mot interna.


Glassig yta, förinstallerade appar som går att installera på alla andra samt högt pris och en mer bräckig skärm = sälj 'suckse' ;-)

6

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Nu till en praktisk fråga. Jag har skaffat ett par Samsung Gio androider där testkontakten sitter väl åtkomlig. Anslutningskontakt/patchkabel kan köpas i Australien. Vid anslutning kopplas den interna antennen i telefonen bort och jag antar att testkablars impedans är femtio ohm. Det är mycket lockande att sätta en yttre antenn på telefonerna för att se om man kan få bättre täckning fr a på GSM 900.

http://i.imgur.com/OAEt3gt.png

Jag har en dryg 20 cm lång koaxial dipol från en Cityman 900 som fungerade mycket bättre på 900 än den vanliga kvartsvågsantennen. Kontakten är SMA. Möjligen är det en 5/8 antenn, är inte säker.

Det vore intressant med lite diskussion om hur en yttre antenn för GSM900 skulle kunna utformas. Det räcker med om den är fast. 1800 och 3G komplicerar för mycket eftersom jag antar att det inte finns tillräckligt med dynamisk impedansanpassning. Vid behov skulke man i och för sig bygga på en impedansanpassningskrets om man tar bort en bit av ramen ovanför testkontakten

Groundplane blir för spretigt. Kvartsvåg känns osäkert eftersom man inte vet hur pass bra jordplan telefonen utgör.

Telefonen visar RSSI i dBm så man kan kolla mottagen fältstyrka.

LTE testare på 4G 2600, 1800, 900, 800 med Fritzbox AVM6840, AVM6842, AVM 6820,  E3276 plus Dovado Tiny, netgear AC785 s, ZTE MF93D, B593, diverse antenner. 3G med Vololink VA 125, Galaxy S4, Nokia lumia 920, Iphone 6 +,Ipad 3. AVM7930 för ADSL

7 Senaste redigerad av E Kafeman (2014-03-31 02:22:21)

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Problemet är att definiera vad som är bra en bra antenn, och under vilka omständigheter.
Är storleksparametrar av något särskilt slag viktiga? Tålighet mot misstuning pga av att användaren håller i telefonen eller något annat. Verkningsgrad?

Utgår från att rundstrålande med hög verkningsgrad och små impedansförluster är önkade, och att det ska vara möjligt att åstadkomma en flexibel lösning.

Börjar med telefonen. Den har nog en vanlig standard MMCX-kontakt eller någon Hirose-variant typ MS-147.
Kvaliteten på dessa kontakter varierar "by design". Den kontakten som finns i telefonen är troligen specad att klara anslutning 100 ggr. Då klarar man sej med sämre guld-plättering. Det är ingen större fara, men se till att anslutande kontakten är infäst så den inte kan röra och vrida sej under normal användning, då slitage snabbt försämrar kontakteringen.

Telefonens utgångsimpedans är troligen ca 50 Ohm +/- 50% i test-kontakten, vilket dessutom varierar inom frekvensintervallet GSM900 och dessutom skiljer det mellan sändar och mottagar-impedans. Utöver att antennen aldrig blir idealt 50 Ohm så är således inte heller telefonens egna impedans ideal. Man måste därför impedans-matcha för tre frekvensberoende parametrar, RX,TX och antenn.
Det går bra att utföra men man måste ha tillgång till lite mätinstrument, samt gärna detta datorprogrammet: http://www.antune.net som hjälper till att beräkna hur nätet ska se ut. På hemsidan finns även en hel del praktiska råd hur instrument och mätuppställning ska utföras. Det är egen-reklam, då jag skrivit programmet.
Tyvärr så måste man som sagt ha tillgång till instrument och helst jobbat med antenndesign ett tag innan man ger sej på något sådant och jag gissar att du vill ha förslag på någorlunda bra antenn, som vem som helst kan sätta dit på sin telefon, om man är lite händig med lödpennan, att få ut sista toppprestandan mha impedansmatchning är mindre viktigt.
Tänker mej användningsområdet är typ "country phone", dvs något man tar med sej till platser där mobil täckning annars är tveksam. Är signalen sämre än så, men att avståndet till basen är mindre än 30 km så kan en riktantenn eller en kolinjär antenn vara bättre. Kolinjär antenn kan göras som kast-antenn, och en Yagi kan förses med klämma för att sättas fast på närmsta träd. Mobiliteten är givetvis något sämre för dessa antenn-typerna, men det är mest en frågan hur mycket GSM-signal som behövs för att erhålla förbindelse överhuvudtaget.

Skaffa en kabelstump med pålödd passande kontakt, EBAY har det för någon tia. Om det är kontakt i andra änden gör inget, den klipps bort så det blir 5-10 cm kabel kvar. http://www.ebay.com/itm/1pce-Cable-MS14 … 3f32fbec3c
Skaffa ett hårt bakstycke till telefonen, finns också på EBAY. Ta vanlig koaxkabel typ RG58 eller vad som helst och klipp till 20 cm. Skala 2 cm i toppen, och dra ut centerledaren helt.
Nu finns 18 cm skärm, där skärmen ska delas på mitten så det blir en tydlig delning på någon mm.
Ta EBAY-kabeln och RG58:an och löd samman dessa vid den nätt uppskalade mittpunkten. Löd centerledare mot den skärmdel av RG58:an som ska bli toppen av antennen skärm mot andra halvan. Lödningen ska vara RF-mässigt välgjord, dvs kortast möjliga ledarlängder och inga kall-lödningar. Smältlim, epoxi och krymplslang snyggar till det hela och gör det dragtåligt och kortslutningsskyddat, dvs skärmhalvorna ska inte komma i kontakt med varandra även om kabeln böjs lite. Limma fast RG58:an mot det hårda höljet så att kabelns mittpunkt är i överkant av höljet. Dvs något asymetriskt. För ytterligare stadga, kan man sy fast kabeln genom att sy fast den med ståltråd eller straps som går igenom höljet. Dra gärna en rejäl bit krymplang+lim som tätar till ändarna av kabeln. Det ska vara vattentätt för att inte antennen ska tappa prestanda om den råkar bli fuktig.
För Gion är det nog möjligt att borra hål i skyddshöljet, mitt för interna kontakten, och trycka dit EBAY-kontakten. Täta och fäst upp kontakt och kabelstump direkt mot ytterhöljet med lim eller silikon.
Täta även RG58:ans ändar mot fukt.
Vill man återgå till interna antennen är det bara att byta bakstycke.
Antennen är delvis flexibel vilket kan vara bra om man rör sej i skogen, dvs inget som fastnar.

Denna antennen är en dipol där en del av jordplanet sticker nedanför telefonen. Om RG58:an inte är helt rak spelar ingen roll. Om det är en annan kabeltyp spelar heller ingen roll, RG58 valdes därför att dess skärm är lagom tjock och antennen blir lite flexibel men ändå självbärande.
Idealt är impedansen 73 Ohm på en sådan dipol men då telefonkroppen samt användaren bidrar med en extra jordslinga sjunker impedansen något. Det är helt ok att man håller i den nedre delen av "antennen" i ock med att den är fastsatt direkt på bakstycket.
Om allt är välgjort och man har lite tur med impedans-matchningen så förväntar jag mej att genomsnittligt RSSI ökar med 3-5 dB jämfört med intern antenn och kanske ytterligare något relativt bättre än interna antennen när telefonen är i huvud-position då antennen kommer bort något från det annars avskärmande huvudet.

8

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Kul! Stort tack, blir till att testa.

Jag antar att resultatet med en yttre antenn gjord enligt konstens regler gjord till en modern GSM inkl dynamisk impedansmatcnhing pga händer och annat skulle kunna ge en eller ett par dB till.

Så hur stort är gapet mellan de -6dBi de sämsta samsung och iphone antennerna ger i förhållande till vad en bra rundstrålande utstickande antenn, ev utdragbar, skulle kunna ge. 6-8 dB?

LTE testare på 4G 2600, 1800, 900, 800 med Fritzbox AVM6840, AVM6842, AVM 6820,  E3276 plus Dovado Tiny, netgear AC785 s, ZTE MF93D, B593, diverse antenner. 3G med Vololink VA 125, Galaxy S4, Nokia lumia 920, Iphone 6 +,Ipad 3. AVM7930 för ADSL

9

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Jag brukar smältlimslimma hiso kontakterna,
Ditt exemplar är optimalt.
Jag lägger en tunnare limsträng tvärsöver upptill så sitter engångskontakterna still.
Smältlim är oftas enkelt att petabort från blanka hårda ytor dvs sitter dåligt på pläterade kontaketer om man vill demontera efter ett år.

10

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Vad menade du med att mitt ex är optimalt?

G-man, har du testat med attansluta antenner?

LTE testare på 4G 2600, 1800, 900, 800 med Fritzbox AVM6840, AVM6842, AVM 6820,  E3276 plus Dovado Tiny, netgear AC785 s, ZTE MF93D, B593, diverse antenner. 3G med Vololink VA 125, Galaxy S4, Nokia lumia 920, Iphone 6 +,Ipad 3. AVM7930 för ADSL

11

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Du har förhöjnader på sidorna som du kan limma mot/på, limma inte ner på sidorna då smältlim är varmt och lödningar troligen 'semisläpper' osv... går det att använda en vinklad kontakt är det optimalt.

Ja, monterat yttre antenn, men kontakten tål fordonsmiljö dåligt dvs vibrationer och temperaturväxlingar. Så måste avlasta kontakten i flera steg, eller lödapå en SMA stump istället, funkar bättre.
Körde då med singleband lur och således enklare med val av pinne, men samma teori borde funka för dig. En multibands bilantenn borde vara 'ok' om den inte är av kina modell ;-)
3G luren låste jag på just 3G så funkade det bra. - antingen via en operatör som föddes på 3G eran, eller en lur där det går.

12

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

OK tack

Skälet till att jag rotar i detta är att en bunt företagare på Öland frågat mig om jag kan hjälpa dem med täckningsproblem vid telefoni.

LTE testare på 4G 2600, 1800, 900, 800 med Fritzbox AVM6840, AVM6842, AVM 6820,  E3276 plus Dovado Tiny, netgear AC785 s, ZTE MF93D, B593, diverse antenner. 3G med Vololink VA 125, Galaxy S4, Nokia lumia 920, Iphone 6 +,Ipad 3. AVM7930 för ADSL

13

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Är det inte full smet på öland/göttland ?

Eller är det 3G eller dyl du är ute efter?

900 banden borde funka tycker jag

14

Sv: Metoder för att mäta mimo, diversity mottagning i testkammare

Nej det funkar dåligt och med många avbrott. I många hus har de dålig täckning. I en del fall finns helt enkelt för många celler med samma fältstyrka eftersom landskapet är så plattoch då blir det också avbrott. Jag tänker försöka analysera några fall och se vad problemen beror  och om det finns något bra sätt att avhjälpa problemen men förhandstipset är att det är en väldig smet av problem plus dåligt fungerande telefoner. När företagarna bjuder in telia m.fl. operatörer för samtal så möts de bara av corporate bullshit från teknikignoranta chefer. Även kommunledningarna har vänt dig till operstörerna, också med öppna brev.

Så jag testar antenner, gör egna täckningskartor, kollar interferens och cellträngsel mm.

LTE testare på 4G 2600, 1800, 900, 800 med Fritzbox AVM6840, AVM6842, AVM 6820,  E3276 plus Dovado Tiny, netgear AC785 s, ZTE MF93D, B593, diverse antenner. 3G med Vololink VA 125, Galaxy S4, Nokia lumia 920, Iphone 6 +,Ipad 3. AVM7930 för ADSL