快速的毫米波OTA測試

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