作為5G網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，5G NR毫米波全球最有可能優(yōu)先部署在26GHz/28GHz/39GHz頻段。5G NR毫米波無(wú)線(xiàn)終端將使用多天線(xiàn)和波束成形技術(shù)，無(wú)線(xiàn)終端的天線(xiàn)陣列射頻指標(biāo)需要OTA測(cè)量，羅德與施瓦茨公司的R&S NRPM OTA測(cè)試方案，配合R&S TS7124多天線(xiàn)屏蔽箱，可以讓研發(fā)和生產(chǎn)的用戶(hù)測(cè)試被測(cè)件多天線(xiàn)端口的輸出功率和波束成形的功能。

一、引言

3D/超高清視頻遠(yuǎn)程呈現(xiàn)、虛擬現(xiàn)實(shí)等引領(lǐng)我們進(jìn)入下一個(gè)沉浸式多媒體體驗(yàn)時(shí)代的技術(shù)，需要我們擁有極致的，數(shù)千兆比特每秒（Gbps）的數(shù)據(jù)傳輸速率。在5G中，能夠?qū)崿F(xiàn)這種極致無(wú)線(xiàn)寬帶體驗(yàn)的技術(shù)關(guān)鍵，就是毫米波。在26GHz,28GHz和39GHz頻段毫米波有大量可用的高頻段頻譜，可提供數(shù)千兆比特每秒的極致數(shù)據(jù)傳輸速度的帶寬和容量，利用大規(guī)模天線(xiàn)陣列Massive MIMO配合波束賦形技術(shù)，使得毫米波可以應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)寬帶服務(wù)。使用毫米波的無(wú)線(xiàn)終端或模塊都不再提供射頻測(cè)試接口，因此無(wú)法采用傳統(tǒng)的傳導(dǎo)方法測(cè)試，而必須通過(guò)空口（OTA）測(cè)試。而微波測(cè)試系統(tǒng)很復(fù)雜，且微波測(cè)試儀器都非常昂貴，對(duì)很多使用者來(lái)說(shuō)，不夠經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

二、R&S NRPM OTA功率測(cè)試方案的組成

R&S NRPM OTA功率測(cè)試方案有以下幾部分組成：?jiǎn)螛O化天線(xiàn)模塊R&S NRPM-A81，三通道功率傳感器模塊R&S NRMP3，功率監(jiān)控軟件R&S Power Viewer Plus，和用于屏蔽箱帶濾波功能的直通模塊R&S NRPM-ZD3，各部分間的關(guān)系如圖一所示：

圖一 NRPM OTA功率測(cè)試系統(tǒng)組成示意圖

R&S NRMP-A81是一個(gè)低反射，單極化的Vivaldi天線(xiàn)，支持的頻率范圍從22GHz到81GHz，能完全覆蓋5G NR的頻率范圍。同時(shí)R&S NRPM-A81天線(xiàn)上集成了用于功率測(cè)量的二極管檢波器，直接在天線(xiàn)端完成功率測(cè)量，不需要額外的射頻線(xiàn)和適配器，出廠(chǎng)時(shí)已完成增益補(bǔ)償校準(zhǔn)。與傳統(tǒng)天線(xiàn)系統(tǒng)相比，NRPM-A81體積更小，測(cè)試不確定度更小，使得測(cè)試系統(tǒng)配置更簡(jiǎn)化，測(cè)量更穩(wěn)定，精度更高。

R&S NRPM3是一個(gè)三通道傳感器模塊，它有三個(gè)通道，能同時(shí)處理來(lái)自三個(gè)NRPM-A81天線(xiàn)模塊測(cè)到的功率值。

R&S Power Viewer Plus是一套功率監(jiān)視的windows軟件，能同時(shí)顯示多個(gè)天線(xiàn)模塊的連續(xù)測(cè)試功率值或測(cè)試功率曲線(xiàn)（測(cè)試界面如圖二所示）。它最多支持同時(shí)連接4個(gè)NRPM3傳感器，顯示12個(gè)天線(xiàn)模塊測(cè)試的平均功率值或測(cè)量曲線(xiàn)。R&S NRPM3傳感器模塊通過(guò)USB接口連接到安裝有R&S Power Viewer Plus的電腦，如果被測(cè)件需要測(cè)試超過(guò)3個(gè)以上的天線(xiàn)時(shí)，就可以通過(guò)增加NRPM3的方式來(lái)滿(mǎn)足多天線(xiàn)測(cè)試需要。

圖二 R&S Power Viewer Plus測(cè)試界面

R&S NRPM-ZD3是一個(gè)用于屏蔽箱帶濾波功能的直通模塊，與屏蔽箱匹配，它用于將三個(gè)NRMP-A81天線(xiàn)模塊合成到一個(gè)連接器口，接入到屏蔽箱外面的NRPM3傳感器。

三、R&S TS7124屏蔽箱

屏蔽箱是射頻測(cè)試中必不可少的，它能夠減少射頻干擾，使得測(cè)試結(jié)果更可靠。R&S TS7124屏蔽箱（如下圖三所示）是羅德與施瓦茨公司開(kāi)發(fā)的一套高隔離度，緊湊型屏蔽箱。

TS7124的箱體尺寸按照工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，能集成到產(chǎn)線(xiàn)常見(jiàn)的19”機(jī)柜中；箱體屏蔽性能非常優(yōu)秀，6GHz以?xún)?nèi)屏蔽性能達(dá)80dB以上，67GHz以?xún)?nèi)屏蔽性能達(dá)65dB以上；屏蔽箱門(mén)可以手動(dòng)開(kāi)合，也可以使用氣動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)化控制開(kāi)合，滿(mǎn)足客戶(hù)的多樣化需求。

TS7124內(nèi)部設(shè)計(jì)了獨(dú)特的天線(xiàn)支架（圖三中間圖示），該支架可以安裝多達(dá)6個(gè)NRMP-A81天線(xiàn)模塊，且每個(gè)天線(xiàn)模塊的位置可以在多個(gè)位置和角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠滿(mǎn)足對(duì)被測(cè)件進(jìn)行功率測(cè)試及2D和3D的多天線(xiàn)Beamforming功能測(cè)試。

圖三 R&STS7124屏蔽箱

四、Beamforming功能測(cè)試

我們可以使用一個(gè)NRMP-A81（如圖四左圖示）來(lái)測(cè)試在特定方位的被測(cè)件的絕對(duì)功率。如果測(cè)試被測(cè)件天線(xiàn)的2D Beamforming功能，可以將多個(gè)NRMP-A81間隔一定的距離和角度放在同一個(gè)水平方向上（如圖四中圖所示），每個(gè)NRMP-A81都能夠測(cè)量到被測(cè)件所有天線(xiàn)的總平均功率，當(dāng)被測(cè)件的天線(xiàn)指向某個(gè)NRMP-A81時(shí)，該NRMP-A81測(cè)到的平均功率必然是最高的，這樣可以判斷被測(cè)件的Beamforming功能是否正常。同樣的，如果測(cè)試被測(cè)件天線(xiàn)的3D Beamforming功能，可以在垂直方向根據(jù)需要放置多組2D Beamforming測(cè)試的NRMP-A81（如圖四右圖所示），通過(guò)Power Viewer Plus監(jiān)測(cè)所有NRMP-A81天線(xiàn)模塊的平均功率來(lái)判斷被測(cè)件天線(xiàn)的波束指向，配合被測(cè)件波束指向的控制，實(shí)現(xiàn)3D Beamforming功能的測(cè)試。

圖四 Beamforming天線(xiàn)測(cè)試示意圖

五、結(jié)束語(yǔ)

羅德與施瓦茨公司的NRPM OTA功率測(cè)試方案，配合R&S TS7124屏蔽箱，構(gòu)成了一套緊湊的，高可靠性的5G NR毫米波OTA功率測(cè)試方案。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，能滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)5G毫米波終端的實(shí)驗(yàn)室和產(chǎn)線(xiàn)OTA常規(guī)功率測(cè)試的需求。