"Sebelum 5G, sebagian besar pengujian perangkat nirkabel dilakukan menggunakan metode kabel. Ini termasuk pengujian chipset modem, pengujian parameter frekuensi radio (RF), dan verifikasi kinerja dan fungsi perangkat yang lengkap. Metode pengujian over-the-air (OTA) terutama digunakan untuk pengujian kinerja antena dan pengukuran kinerja perangkat multiple input multiple output (MIMO). Perangkat gelombang milimeter 5G (mmWave) mewakili perubahan yang mengganggu dalam industri nirkabel, karena OTA adalah satu-satunya metode pengujian yang layak untuk semua kasus uji radio.
"
Sebelum 5G, sebagian besar pengujian perangkat nirkabel dilakukan menggunakan metode kabel. Ini termasuk pengujian chipset modem, pengujian parameter frekuensi radio (RF), dan verifikasi kinerja dan fungsi perangkat yang lengkap. Metode pengujian over-the-air (OTA) terutama digunakan untuk pengujian kinerja antena dan pengukuran kinerja perangkat multiple input multiple output (MIMO). Perangkat gelombang milimeter 5G (mmWave) mewakili perubahan yang mengganggu dalam industri nirkabel, karena OTA adalah satu-satunya metode pengujian yang layak untuk semua kasus uji radio.
Pada frekuensi mmWave, path loss yang lebih tinggi dan panjang gelombang yang lebih pendek memerlukan antena directional yang dapat dikontrol (gain) - biasanya antena array bertahap. Selain antena monopole LTE dan Frequency range 1 (FR1) tradisional, banyak perangkat 5G juga memerlukan beberapa set antena mmWave. Karena antena mmWave harus terhubung langsung ke penguat RF front-end (RFFE), tidak mungkin untuk mengakses dan menguji peralatan dengan cara frekuensi yang lebih rendah, dan metode pengujian radiasi diperlukan.
Metode pengujian RF yang dilakukan secara tradisional menggunakan kabel koaksial kinerja tinggi antara solusi pengukuran dan perangkat yang diuji (DUT). OTA mengganti kabel ini dengan tautan udara yang melaluinya DUT berkomunikasi langsung dengan antena yang merupakan bagian dari solusi pengujian. Untuk memastikan lingkungan RF yang baik (yaitu, menguji jalur transmisi dan menghilangkan gangguan eksternal), koneksi OTA paling baik dikelola di dalam ruangan gelap.
Oleh karena itu, solusi pengukuran OTA tipikal mencakup peralatan pengukuran RF dan kamar gelap. Kamar gelap memiliki beberapa dasar komponen:
Perumahan itu sendiri memiliki isolasi RF yang tepat dan pelindung internal, yang dapat meminimalkan pantulan internal sinyal
Antena pengukuran atau antena “penyelidik” menyediakan tautan pengukuran RF utama untuk DUT
Pencari lokasi dapat mengubah arah atau posisi DUT
Perangkat lunak untuk mengontrol positioner dan peralatan pengukuran.
Ketika memilih pengaturan yang benar untuk pengukuran yang diinginkan, insinyur perlu mempertimbangkan beberapa faktor. Tapi pertama-tama, tinjauan singkat tentang aturan praktis yang relevan untuk medan elektromagnetik.
Mari kita mulai dengan transmisi gelombang
Gambar 1. Perbedaan antara medan dekat reaktif (reactive NF), medan dekat terpancar (radiated NF) dan medan jauh terpancar (radiated FF)
Dengan bertambahnya jarak antena, perilaku dan karakteristik medan elektromagnetik akan berubah. Model yang disederhanakan di atas menunjukkan tiga bidang minat: medan dekat reaktif (NF reaktif), medan dekat terpancar (NF terpancar), dan medan jauh terpancar (FF terpancar). Saat melakukan pengukuran OTA, karakteristik setiap area harus dipertimbangkan, dan jarak antara DUT dan antena probe harus dipertimbangkan. Misalnya, pengukuran dalam NF memerlukan perangkat lunak konversi near-field-to-far-field (NF-FF), yang memerlukan pemulihan fase atau kontrol fase input ke DUT. Pada gambar ini, R adalah jarak radial dari antena, D adalah diameter bola terkecil yang dapat mengelilingi aperture antena yang memancar, dan adalah panjang gelombang (Gambar 1).
Reaksi NF adalah daerah yang paling dekat dengan antena DUT. Tidak hanya medan evanescent non-propagating yang mendominasi di area ini, tetapi antena pendeteksi di area ini juga akan bereaksi dengan antena DUT dan secara efektif menjadi bagian dari perangkat pemancar DUT. Jenis pengukuran yang dilakukan memberlakukan batasan yang signifikan.
NF terpancar adalah area di mana antena pendeteksi tidak lagi bereaksi dengan antena DUT, tetapi perilaku medan dan fasa depan kurang dapat diprediksi dan berkinerja baik. Pengukuran di area ini juga memerlukan akses ke fase pemulihan di jalur kirim dan terima dari algoritma kompensasi.
Radiasi FF adalah area di mana fasa depan dapat diperkirakan mendekati rata. Area ini sangat cocok untuk mengukur fase dan amplitudo, tetapi kerugiannya adalah path loss yang besar, dan jarak antara DUT dan antena probe besar (bahkan terkadang besar).
Jadi, apa pertimbangan utama bagi para insinyur untuk menentukan pengaturan pengukuran OTA?
Panjang rentang: jarak antara probe dan DUT
Panjang rentang harus dioptimalkan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang stabil dan akurat. Seperti disebutkan di atas, jika Anda perlu mengukur dalam FF, panjang rentang sebaiknya dijaga pada jarak yang lebih besar dari R = 2D2/λ.
Oleh karena itu, ukuran ruangan dipengaruhi langsung oleh panjang gelombang (frekuensi) yang bersangkutan dan ukuran antena perangkat. Misalnya, jangkauan medan jauh antena 5cm pada 28GHz adalah sekitar 50cm. Untuk ukuran 10 cm modul dengan frekuensi yang sama perlu ditingkatkan menjadi 190 cm, dan untuk perangkat 15 cm perlu ditingkatkan menjadi lebih dari 4 m (Gambar 2).
Gambar 2. Panjang rentang
DUT: Karakteristik perangkat dalam pengaturan uji OTA mmWave
DUT berkisar dari elemen yang memancar ke seluruh perangkat. Di ponsel, DUT akan membuat "D" (Perangkat), yang mencakup ukuran mekanis antena dan sambungan dengan elemen pemancar. Proyek Kemitraan Generasi Ketiga (3GPP) telah menetapkan tiga konfigurasi antena DUT, termasuk (Gambar 3):
Konfigurasi 1: DUT memiliki paling banyak satu panel antena, dan aperture maksimum sama dengan atau kurang dari 5 cm setiap saat.
Konfigurasi 2: DUT memiliki banyak antena panel, bukaan maksimum setiap panel antena sama dengan atau kurang dari 5 cm, tetapi jika tidak ada koherensi, ini berarti panel antena dapat diperlakukan sebagai panel independen
Konfigurasi 3: DUT memiliki beberapa panel antena, dan ada koherensi fase/amplitudo antara panel ini, yang berarti bahwa panel tersebut tidak dapat dianggap sebagai panel independen dan "D" harus menyertakan semuanya.
Gambar 3, antena DUT konfigurasi berbeda
Pengujian kotak hitam
Pengujian kotak hitam adalah konsep pengujian kesesuaian perangkat yang ditentukan oleh 3GPP. Insinyur harus mempertimbangkan lokasi dan jumlah antena sebagai tidak diketahui, DUT diuji sebagai "kotak hitam", dan harus mengasumsikan bahwa bukaan antena (D) sama dengan ukuran seluruh DUT Oleh karena itu, konfigurasi perangkat memiliki dampak pada panjang rentang yang diperlukan untuk pengukuran FF (Gambar 4).
Gambar 4. Uji kotak hitam
Zona tenang
Zona tenang mengacu pada area di mana propagasi RF dapat diprediksi dan dilakukan dengan baik. Ini sangat penting untuk akurasi dan pengulangan, terutama untuk pengujian parameter RF atau ketika diperlukan perubahan amplitudo dan fase yang rendah. Area yang tenang harus cukup besar untuk menampung item utama yang sedang diuji-apakah itu seluruh perangkat atau antena. Ukuran perangkat yang diuji atau antena menentukan persyaratan untuk ukuran zona tenang. Tentu saja, semakin besar zona tenang yang dibutuhkan, semakin besar ruang yang dibutuhkan (Gambar 5).
Gambar 5, diagram skema zona tenang
CATR: Metode lain dari pengujian DFF OTA
Rentang uji antena kompak (CATR) adalah metode uji OTA medan jauh tidak langsung (IFF). CATR menggunakan reflektor berbentuk untuk melakukan transformasi medan dekat ke medan jauh. Ini menghasilkan panjang jangkauan yang lebih pendek dan zona tenang yang lebih besar, sehingga menurut ukuran DUT yang diberikan, ukuran bukaan dan frekuensi mengurangi ukuran ruang. Sinar yang dipantulkan dari cermin parabola menjadi sinar kolimasi. Transisi dari muka gelombang bola ke muka gelombang bidang ini menghasilkan zona tenang yang besar dengan amplitudo yang sangat kecil dan riak fase. Jarak yang lebih pendek yang dihasilkan juga berarti bahwa path loss antara DUT dan probe lebih kecil, sehingga rentang dinamis pengukuran yang lebih baik dan rasio signal-to-noise (SNR) yang lebih baik dapat diperoleh (Gambar 6).
Gambar 6 Jangkauan uji antena kompak (CATR)
5G berarti pengujian OTA mmWave menjadi persyaratan yang lebih umum. Jenis tantangan pengukuran ini tidak diragukan lagi merupakan area baru bagi sebagian besar industri nirkabel komersial. Sangat penting untuk bekerja sama dengan ahli pengujian mmWave dan OTA, yang juga telah berpartisipasi dalam spesifikasi 3GPP untuk mendapatkan pengetahuan awal dan dampak permintaan. Selama beberapa dekade, Keysight telah menyediakan fungsi uji mmWave komersial dan telah membentuk seri solusi uji OTA mmWave terkemuka di dunia.
Tautan: LM150X08-TL06 LM215WF3-S2L4