精準揪出天線/雜訊問題　無線效能優化有賴量測驗證(1)

2024-06-04

百佳泰Allion Labs

無線功能在電腦產業中的應用已蔚為主流，無線技術的可靠性也成為不容忽視的問題。檢測出無線效能是否低落只是基本功，接下來更重要的是找出真正的問題所在，並且針對問題進行改善及排除。

隨著科技不斷發展，無線功能在電腦產業中的應用已蔚為主流，無線技術的整合應用無疑為使用者帶來了極大的便利。然而，在追求便利性的同時自然也伴隨著一些潛在風險，特別是在無線效能方面；因此，無線技術的可靠性是不容忽視的問題。

舉例來說，雖然無線連接提供了更靈活的使用場景，但訊號穩定性和連接可靠性卻容易受到外部干擾而產生影響。不論是電波干擾、無線訊號干擾抑或是其他無線設備的競爭，都可能導致連接品質上的不穩定，進而影響使用者體驗。檢測出無線效能是否低落只是基本功，接下來更重要的是如何找出真正的問題所在，並且針對問題進行改善及排除。本文將透過真實的量測案例，帶領大家一步步了解如何改善電腦無線效能低落的惱人問題。

天線設計除錯與改善實例分享

以百佳泰曾經和客戶合作的案例為例，曾有客戶的電腦產品在上市後因為無線效能不佳，遭到大量客訴。以下說明針對電腦產品的第一階段除錯及改善過程。

Step 1：Throughput實際量測

針對此個案，首先進行資料傳輸量(Throughput)的基本量測。經量測後確認，baseline的數據確實不佳。為了定位問題，也進一步進行天線的電壓駐波比(VSWR)與天線隔離度(Antenna Isolation)量測。

VSWR量測頻率範圍為2GHz~6GHz，量測結果如圖1所示，其中紅線為Wi-Fi操作頻段，藍線與綠線分別為主天線(Main Antenna)及副天線(Aux Antenna)，具體數據如表1所示。從VSWR的測試中，可以看到主、副天線在2.5GHz區間皆超過一般業界標準3。從圖1可以看到設計的操作頻率往低頻偏移，而5GHz在之前的驗證中因為在Throughput並未出現問題，因此不選擇在VSWR這邊進行調整。若未來想讓5GHz Throughput的數值更佳，VSWR仍是一個可以進行調整的部分。

接下來將觀察Isolation數據，確認是否有需要修正的問題。

天線隔離度的量測頻率範圍為2GHz~6GHz，量測結果如圖2所示，其中紅線是Wi-Fi操作頻段，具體數據如表2所示。隔離度(Isolation)於2.4GHz與2.5GHz頻率分別為-11.23與-14.9dB，兩者皆超過一般業界標準-20~-30dB，具有因為隔離度不足而造成Throughput表現不佳的潛在風險。

綜合以上天線的電壓駐波比與隔離度測試結果，幾乎可以斷言，此次實測的電腦產品在天線上存在一些設計疑慮，導致Throughput下降。

Step 2：電腦無線性能改善實作

經過天線的基本量測後，接著將針對VSWR與Isolation問題進行調整與測試。由於VSWR必須對天線本體結構進行調整，再加上該案例考量廠內原物料管控因素，無法針對天線結構進行變更，因此從Isolation問題進行調整。

在先前的量測結果中，Isolation S21數值為-11.23dB@2.4GHz、-14.9dB@2.5GHz。從圖3的天線位置中可以看到，兩支天線不但都位於產品的正面右側位置，且兩支天線距離間隔不到三公分。因此，綜合天線實際位置與Isolation數值進行推測，兩支天線有可能因為彼此過於接近，造成Throughput降低。

為了驗證此假設，我們在兩天線中間放置兩種隔離材料進行實驗。從圖4右方的網路分析儀畫面中，可以看到吸波材與銅箔皆可提高隔離度：2.4GHz Isolation從-12.23dB改善至-14dB；2.5GHz Isolation從-14.9dB改善至-16.5dB。

接下來直接以Throughput來驗證隔離材料是否能夠改善效能。從表3可以看出，增加隔離材料後，Channel 1於20m的Throughput從23.05Mbps提升至37.52~47.38Mbps；100m則從6.5Mbps提升至11.24~18.32Mbps，雙雙驗證了改善Isolation確實可提高Throughput性能。

經過以上的Isolation優化與Throughput驗證，再次證明「兩天線間的距離太近，進而造成Throughput數值低落」的假設是正確的。根據此驗證結果，建議業者變更天線位置，改為前牆一支天線、後牆一支天線(圖5)，此作法不僅可提高天線隔離度，也能提升天線可傳輸的覆蓋範圍。

Step 3：針對問題修正，提升無線效能

待變更天線位置，調整成一前一後的天線設計後，隨即進行Throughput測試確認修改後的效果，量測結果如表4所示。Throughput數據在更改天線位置後明顯獲得改善，在RX Channel 1，20m的數值從27.73提升至74.07得到Pass結果，其他Channel與距離也都得到Throughput數值提升。