随着美国运营商计划在2022年底前关闭3G网络并全面转向4G/LTE,全球其他地区的网络升级也紧随其后。这意味着物联网(IoT)和车载远程信息处理设备必须重新设计以适配4G/LTE,并面临严格的网络认证测试。对于无线设计新手而言,若天线采用嵌入式表面贴装(SMD)形式,其布局需格外谨慎,否则将难以达到预期性能。即便设备本身无需强制认证,遵循正确的测试准备流程也能显著提升天线表现。
所有含发射器的电子产品除需通过电磁兼容(EMC)和安全测试外,还必须通过额外的无线安全测试,确保不干扰其他电信产品、高效利用频谱且不危害人体健康。对于LTE设备,测试难度显著增加,因为LTE支持多个频段,美国最低要求三个频段,若面向全球市场则需测试更多频段组合,测试工作量成倍增加。
要实现全球运营,天线设计必须覆盖所有目标频段,并配备正确的接地平面和匹配网络。此外,LTE设备常采用多输入多输出(MIMO)或分集技术,此时需增加包络相关系数(ECC)测试,以评估多天线协同工作的辐射模式是否符合标准。认证体系由各国立法机构(如美国FCC、欧盟标准)及行业组织(如美国的PTCRB、海外的GCF)共同制定,但具体测试由认可的实验室在微波暗室中执行。
值得注意的是,除了行业标准,每家运营商(如AT&T)还设有独立的入网性能门槛,通常要求通过空中接口(OTA)测试。理解两个关键指标至关重要:总辐射功率(TRP)衡量天线全向平均发射能力,总各向同性灵敏度(TIS)则评估接收机性能及抗干扰能力。对于穿戴设备,还需额外进行比吸收率(SAR)测试。
为确保设计一次通过认证,建议遵循七步策略:首先明确目标市场所需的认证类型并选定认可实验室;其次谨慎选择天线与通信模块,注意数据手册参数仅针对独立天线,实际布局中受人体或元件影响较大;第三,提前与目标运营商沟通入网要求;第四,请射频专家审核PCB布局文件,确保天线置于板边且无遮挡;第五,送样进行无源测试,获取效率、增益、回波损耗等数据并据此优化;第六,根据测试结果调整布局以优化射频性能;最后,提交包含电池、线缆等完整配件的样机进行OTA测试,必要时使用模拟人体模型进行SAR测试,为最终认证做准备。
对于中国无线设备出海企业而言,随着全球3G退网加速,提前布局LTE/5G多频段兼容设计并建立与海外运营商的早期沟通机制,已成为降低研发成本、缩短上市周期的关键竞争力。