"Avant la 5G, la plupart des tests d'appareils sans fil étaient effectués à l'aide de la méthode filaire. Cela comprend le test des chipsets du modem, le test des paramètres de radiofréquence (RF) et la vérification complète du fonctionnement et des performances de l'appareil. Les méthodes de test en direct (OTA) sont principalement utilisées pour les tests de performances d'antenne et la mesure de performances MIMO (entrées multiples et sorties multiples). Les appareils à ondes millimétriques 5G (mmWave) représentent un changement perturbateur dans l'industrie du sans fil, car l'OTA est la seule méthode de test réalisable pour tous les cas de test radio.
"
Avant la 5G, la plupart des tests d'appareils sans fil étaient effectués à l'aide de la méthode filaire. Cela comprend le test des chipsets du modem, le test des paramètres de radiofréquence (RF) et la vérification complète du fonctionnement et des performances de l'appareil. Les méthodes de test en direct (OTA) sont principalement utilisées pour les tests de performances d'antenne et la mesure de performances MIMO (entrées multiples et sorties multiples). Les appareils à ondes millimétriques 5G (mmWave) représentent un changement perturbateur dans l'industrie du sans fil, car l'OTA est la seule méthode de test réalisable pour tous les cas de test radio.
Aux fréquences mmWave, une perte de trajet plus élevée et des longueurs d'onde plus courtes nécessitent une antenne directionnelle contrôlable (gain) - généralement une antenne à réseau phasé. En plus des antennes unipolaires LTE et gamme de fréquences 1 (FR1) traditionnelles, de nombreux appareils 5G nécessitent également plusieurs ensembles d'antennes mmWave. Étant donné que l'antenne mmWave doit être directement connectée à l'amplificateur RF frontal (RFFE), il est impossible d'accéder à l'équipement et de le tester à une fréquence inférieure, et des méthodes de test de rayonnement sont nécessaires.
Les méthodes de test RF traditionnelles utilisent des câbles coaxiaux hautes performances entre la solution de mesure et l'appareil à tester (DUT). OTA remplace ce câble par une liaison aérienne par laquelle le DUT communique directement avec l'antenne qui fait partie de la solution de test. Afin de garantir un bon environnement RF (c'est-à-dire tester les lignes de transmission et éliminer les interférences externes), les connexions OTA sont mieux gérées à l'intérieur de la chambre noire.
Par conséquent, les solutions de mesure OTA typiques incluent les équipements de mesure RF et les chambres noires. La chambre noire a plusieurs bases composants électriques :
Le boîtier lui-même a une isolation RF et un blindage interne appropriés, ce qui peut minimiser la réflexion interne du signal
L'antenne de mesure ou antenne « sonde » constitue le lien principal de mesure RF pour le DUT
Le localisateur peut changer la direction ou la position du DUT
Logiciel de commande de positionneurs et d'équipements de mesure.
Lors du choix des paramètres corrects pour la mesure souhaitée, l'ingénieur doit prendre en compte plusieurs facteurs. Mais d'abord, un examen rapide des règles empiriques pertinentes pour les champs électromagnétiques.
Commençons par la transmission des ondes
Figure 1. La différence entre le champ proche réactif (NF réactif), le champ proche rayonné (NF rayonné) et le champ lointain rayonné (FF rayonné)
À mesure que la distance de l'antenne augmente, le comportement et les caractéristiques du champ électromagnétique changent. Le modèle simplifié ci-dessus montre trois domaines d'intérêt : champ proche réactif (NF réactif), champ proche rayonné (NF rayonné) et champ lointain rayonné (FF rayonné). Lors de la réalisation de mesures OTA, les caractéristiques de chaque zone doivent être prises en compte et la distance entre le DUT et l'antenne de la sonde doit être prise en compte. Par exemple, la mesure en NF nécessite un logiciel de conversion champ proche-champ lointain (NF-FF), qui nécessite la récupération de phase ou le contrôle de la phase d'entrée vers le DUT. Sur cette figure, R est la distance radiale de l'antenne, D est le diamètre de la plus petite sphère pouvant entourer l'ouverture de l'antenne rayonnante et est la longueur d'onde (Figure 1).
La réaction NF est la zone la plus proche de l'antenne du DUT. Non seulement le champ évanescent non propagé domine dans cette zone, mais l'antenne de détection dans cette zone réagira également avec l'antenne du DUT et deviendra effectivement une partie du dispositif rayonnant du DUT. Le type de mesure effectuée impose des restrictions importantes.
Le NF rayonné est la zone où l'antenne de détection ne réagit plus avec l'antenne du DUT, mais le comportement du champ et le front de phase sont moins prévisibles et fonctionnent bien. Les mesures dans ce domaine nécessitent également l'accès à la récupération de phase dans les trajets d'émission et de réception de l'algorithme de compensation.
Le rayonnement FF est une zone où le front de phase peut être estimé approximativement plat. Cette zone est très adaptée à la mesure de phase et d'amplitude, mais l'inconvénient est que l'affaiblissement de trajet est important, et la distance entre le DUT et l'antenne de la sonde est grande (parfois même encombrante).
Alors, quelles sont les principales considérations à prendre en compte par les ingénieurs pour définir les paramètres de mesure OTA ?
Longueur de portée : la distance entre la sonde et le DUT
La longueur de la plage doit être optimisée pour obtenir des résultats de mesure stables et précis. Comme mentionné ci-dessus, si vous devez mesurer en FF, il est préférable de conserver la longueur de la plage à une distance supérieure à R = 2D2/λ.
Par conséquent, la taille de la chambre est directement affectée par la longueur d’onde (fréquence) en question et par la taille de l’antenne de l’appareil. Par exemple, la portée en champ lointain d'une antenne de 5 cm à 28 GHz est d'environ 50 cm. Pour un 10 cm module de même fréquence, il faut l'augmenter à 190 cm, et pour un appareil de 15 cm, il faut l'augmenter à plus de 4 m (Figure 2).
Figure 2. Longueur de la plage
DUT : Caractéristiques de l'appareil dans la configuration de test mmWave OTA
Le DUT s'étend de l'élément rayonnant à l'ensemble de l'appareil. Dans un téléphone mobile, le DUT va créer un « D » (Device), qui comprend la taille mécanique de l'antenne et le couplage avec l'élément rayonnant. Le projet de partenariat de troisième génération (3GPP) a défini trois configurations d'antennes DUT, dont (Figure 3) :
Configuration 1 : le DUT a au plus un panneau d'antenne et l'ouverture maximale est égale ou inférieure à 5 cm à tout moment.
Configuration 2 : le DUT a plusieurs antennes panneaux, l'ouverture maximale de chaque panneau d'antenne est égale ou inférieure à 5 cm, mais en l'absence de cohérence, cela signifie qu'ils peuvent être traités comme des panneaux indépendants
Configuration 3 : Le DUT a plusieurs panneaux d'antennes, et il y a une cohérence phase/amplitude entre ces panneaux, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas être considérés comme des panneaux indépendants et que « D » doit les englober tous.
Figure 3, différentes configurations d'antenne DUT
Test de boîte noire
Le test de boîte noire est un concept de test de conformité d'appareil spécifié par le 3GPP. Les ingénieurs doivent considérer l'emplacement et le nombre d'antennes comme inconnus, le DUT est testé comme une « boîte noire » et doit supposer que l'ouverture de l'antenne (D) est la même que la taille de l'ensemble du DUT. Par conséquent, la configuration de l'appareil a un impact sur la longueur de portée requise pour la mesure FF (Figure 4).
Figure 4. Test de la boîte noire
Zone de silence
La zone calme fait référence à la zone où la propagation RF peut être prédite et bien exécutée. Ceci est très important pour la précision et la répétabilité, en particulier pour le test des paramètres RF ou lorsque de faibles changements d'amplitude et de phase sont requis. La zone calme doit être suffisamment grande pour contenir les éléments clés testés, qu'il s'agisse de l'ensemble de l'appareil ou de l'antenne. La taille de l'appareil testé ou de l'antenne détermine les exigences relatives à la taille de la zone silencieuse. Bien entendu, plus la zone de silence requise est grande, plus la chambre requise est grande (Figure 5).
Figure 5, un schéma de principe de la zone calme
CATR : une autre méthode de test DFF OTA
La gamme de test d'antenne compacte (CATR) est une méthode de test OTA à champ lointain indirect (IFF). CATR utilise des réflecteurs façonnés pour effectuer la transformation physique du champ proche en champ lointain. Cela se traduit par une portée plus courte et une zone de silence plus grande, donc en fonction d'une taille DUT donnée, la taille de l'ouverture et la fréquence réduisent la taille de la chambre. Le faisceau réfléchi par le miroir parabolique devient un faisceau collimaté. Cette transition d'un front d'onde sphérique à un front d'onde plan se traduit par une grande zone calme avec des ondulations d'amplitude et de phase très faibles. La distance plus courte qui en résulte signifie également que la perte de trajet entre le DUT et la sonde est plus petite, de sorte qu'une meilleure plage dynamique de mesure et un meilleur rapport signal sur bruit (SNR) peuvent être obtenus (Figure 6).
Figure 6 Plage de test d'antenne compacte (CATR)
La 5G signifie que les tests mmWave OTA deviennent une exigence plus courante. Ces types de défis de mesure sont sans aucun doute de nouveaux domaines pour la plupart des industries sans fil commerciales. Il est très important de coopérer avec les experts des tests mmWave et OTA, qui ont également participé aux spécifications 3GPP pour acquérir des connaissances précoces et avoir un impact sur la demande. Pendant des décennies, Keysight a fourni des fonctions commerciales de test mmWave et a établi la principale série de solutions de test mmWave OTA au monde.
Le lien: LM150X08-TL06 LM215WF3-S2L4