快速的毫米波OTA測試
Su-WeiChang, Ethan Lin, Andrew Wu and Jackrose Kuo, TMY Technology Inc. (TMYTEK)
相控陣列天線聚集了許多天線單元,形成一個大型陣列,利用波束賦形來增加定向增益,等效全向輻射功率(EIRP)表征相控陣列在某個指定方向的功率。定向增益可以補償信號衰減,使應用能夠受益于毫米波的高帶寬和低延遲。因此,相控陣已被廣泛用于5G和衛星通信,通過波束賦形和波束轉向技術實現MIMO、多用戶MIMO(MU-MIMO)和大規模MIMO(mMIMO)架構,以增加網絡容量并改善用戶體驗。
為了最大限度地減小尺寸并實現最佳性能,許多系統采用了緊湊的封裝天線(AiP)架構,其中相控陣天線和波束賦形器、功率放大器和升降頻器等部件都是集成的(見圖1)。測試毫米波AiP系統的唯一方法是OTA(不連接導線),因為AiP系統是一個單一的緊湊型封裝,有許多射頻通道,在天線單元上沒有射頻連接器。波束轉向是效能成功的一個關鍵因素。為保證波束轉向性能,OTA測試必須評估AiP的特性,如輻射圖和各單元的相對增益和相位。
圖1AiP系統結構。
傳統的OTA測試方式
隨著5G和衛星通信的廣泛應用,更多的系統和設備正在向毫米波發展。根據系統架構和天線結構,這些應用的設備具有不同的尺寸和形狀;天線系統的OTA測量需要一個測試暗室,暗室的大小取決于設備的尺寸。對于5G系統,3GPP定義了幾個測量選項:
遠場測量選項
3GPP TR 38.810規范定義了直接遠場(DFF)技術,該技術需要一個最小測量距離(見圖2),來自信號源的球面波被轉化為平面波用于輻射圖測量。根據AiP模塊的直徑和工作波長,DFF方法通常需要更大的暗室。例如,一個天線尺寸為15厘米的28 GHz設備需要一個4.2米的暗室來實現遠場測量。暗室越大,成本越高,占用空間越大,暗室內的機械操作也會增加測試時間。
圖2直接遠場測試裝置。
緊湊型天線測試(CATR)使用間接遠場(IFF)方法來減小暗室的尺寸(見圖3)。CATR系統使用拋物線反射器將來自饋電喇叭的波平行化,以創造一個遠場的測試環境。雖然被測設備(DUT)和饋電天線之間的距離基本減半,但整個CATR系統仍然需要一個尺寸很大的暗室。除了尺寸外,CATR的設置還延長了測量時間,通常需要10到20分鐘。
圖3使用CATR的間接遠場測試裝置。
為了測量三維球體的輻射圖,傳統的DFF和CATR測試方法包括在方位角和仰角旋轉被測物以進行完整的輻射圖測量。這需要將被測物安裝在由電動馬達驅動的旋轉臺上,通常需要幾十分鐘到幾個小時才能產生完整的三維天線輻射圖——有可能出現干擾或由馬達引起的其他限制。
喇叭天線測量
使用喇叭天線測試AiP對于大規模生產測試來說更快、更有成本效益(見圖4)。然而,它只能測量固定角度的總輻射峰值功率。即使有三個喇叭系統,每個喇叭都在不同的位置,測試角度和尺寸也是有限的。由于AiP是一個有許多天線單元的相控陣,每個單元都有可配置的增益和相位,只測量幾個方向的增益會產生評估天線輻射圖和保證AiP系統性能的不確定性。
圖4使用喇叭天線進行OTA測試。
OTA測試需要一個穩定和良好的校準的測試環境。如前所述,現有的基于暗室的測試方案可以提供全面的測量,但暗室很笨重,成本很高,而且測試很耗時。轉盤的旋轉速度很慢,容易受到干擾,而且可能受到轉向限制。這對生產線來說沒有意義。雖然喇叭天線測試方法在生產中被廣泛采用,但評估AiP的測試復蓋率是一個重要的突破口。
創新的OTA測試解決方案
為了解決這些問題,稜研科技(TMYTEK)開發了一種相控陣天線測試方法,它速度快,占地小,能同時測量功率和相位。由于天線輻射圖是相控陣天線的關鍵元素,識別天線單元之間的任何增益損失或相位差異是非常重要的,而傳統的測試方法無法在生產中有效地執行這一環節。
TMYTEK的XBeam系統有兩個版本,可在10秒內掃描2D和3D的天線輻射圖——比其他商業測試方法快100倍。它結構緊湊,完全電子化,沒有電機限制測量或造成干擾。小尺寸的設計使它很容易集成其他測試元件(如處理機),其應用編程接口(API)和驅動程序支持與現有測試程序配置的集成。使用TMYTEK的UD Box升降頻器可以使用
審核編輯 :李倩
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原文標題:快速的毫米波OTA測試(原載于《微波雜志》23年1/2月號)
文章出處:【微信號:actMWJC,微信公眾號:actMWJC】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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