「5G が登場する前は、ほとんどの無線デバイスのテストは有線方式で行われていました。 これには、モデム チップセットのテスト、無線周波数 (RF) パラメータのテスト、完全なデバイスの機能とパフォーマンスの検証が含まれます。 無線 (OTA) テスト方法は、主にアンテナ性能テストとデバイスの多入力多出力 (MIMO) 性能測定に使用されます。 OTA はすべての無線テスト ケースに対して実行可能な唯一のテスト方法であるため、5G ミリ波 (mmWave) デバイスは無線業界に破壊的な変化をもたらします。
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5G が登場する前は、ほとんどの無線デバイスのテストは有線方式で行われていました。 これには、モデム チップセットのテスト、無線周波数 (RF) パラメータのテスト、完全なデバイスの機能とパフォーマンスの検証が含まれます。 無線 (OTA) テスト方法は、主にアンテナ性能テストとデバイスの多入力多出力 (MIMO) 性能測定に使用されます。 OTA はすべての無線テスト ケースに対して実行可能な唯一のテスト方法であるため、5G ミリ波 (mmWave) デバイスは無線業界に破壊的な変化をもたらします。
ミリ波周波数では、より高い経路損失とより短い波長には、制御可能な指向性アンテナ（ゲイン）（通常はフェーズドアレイアンテナ）が必要です。 従来のLTEおよび周波数範囲1（FR1）モノポールアンテナに加えて、多くの5Gデバイスには複数のミリ波アンテナのセットも必要です。 ミリ波アンテナはRFフロントエンド（RFFE）増幅器に直接接続する必要があるため、低周波数で機器にアクセスしてテストすることは不可能であり、放射線テスト方法が必要です。
従来の伝導性 RF テスト方法では、測定ソリューションとテスト対象デバイス (DUT) の間に高性能同軸ケーブルを使用します。 OTA は、このケーブルをエア リンクに置き換えます。エア リンクを通じて、DUT はテスト ソリューションの一部であるアンテナと直接通信します。 良好な RF 環境を確保する (つまり、伝送ラインをテストし、外部干渉を排除する) には、OTA 接続は暗室で管理するのが最適です。
したがって、一般的なOTA測定ソリューションには、RF測定機器と暗室が含まれます。 暗室にはいくつかの基本的なものがあります コンポーネント:
ハウジング自体には適切なRF絶縁と内部シールドがあり、信号の内部反射を最小限に抑えることができます。
測定アンテナまたは「プローブ」アンテナは、DUTのメインRF測定リンクを提供します
ロケーターはDUTの方向または位置を変更できます
ポジショナーと測定機器を制御するためのソフトウェア。
目的の測定に適切な設定を選択する場合、エンジニアはいくつかの要因を考慮する必要があります。 しかし、最初に、電磁界に関連する経験則の簡単なレビュー。
波の伝達から始めましょう
図1.反応性近接場（反応性NF）、放射性近接場（放射性NF）、および放射性遠方場（放射性FF）の違い
アンテナの距離が長くなると、電磁界の動作と特性が変化します。 上記の簡略化されたモデルは、1つの関心領域を示しています。反応性近接場（反応性NF）、放射性近接場（放射性NF）、および放射性遠方場（放射性FF）です。 OTA測定を行うときは、各エリアの特性を考慮し、DUTとプローブアンテナ間の距離を考慮する必要があります。 たとえば、NFでの測定には、近接場から遠方場への変換（NF-FF）ソフトウェアが必要です。これには、位相回復またはDUTへの入力位相の制御が必要です。 この図で、Rはアンテナからの半径方向の距離、Dは放射アンテナの開口部を囲むことができる最小の球の直径、λは波長です（図XNUMX）。
反応NFは、DUTアンテナに最も近い領域です。 この領域では、伝播しないエバネッセント場が支配的であるだけでなく、この領域の検出アンテナもDUTアンテナと反応し、効果的にDUT放射デバイスの一部になります。 実行される測定のタイプには、重大な制限があります。
放射されたNFは、検出アンテナがDUTアンテナと反応しなくなった領域ですが、フィールドの動作と位相フロントは予測しにくく、良好に機能します。 この領域での測定には、補償アルゴリズムの送信パスと受信パスの位相回復へのアクセスも必要です。
放射FFは、位相面がほぼ平坦であると推定できる領域です。 この領域は、位相と振幅の測定に非常に適していますが、パス損失が大きく、DUTとプローブアンテナ間の距離が大きい（場合によってはかさばる）という欠点があります。
では、エンジニアがOTA測定設定を定義するための重要な考慮事項は何ですか？
範囲の長さ：プローブとDUTの間の距離
安定した正確な測定結果を得るには、範囲の長さを最適化する必要があります。 上記のように、FFで測定する必要がある場合は、範囲の長さをR = 2D2 /λよりも大きい距離に保つのが最適です。
したがって、チャンバーのサイズは、対象の波長 (周波数) とデバイスのアンテナのサイズに直接影響されます。 たとえば、5GHz での 28cm アンテナの遠距離範囲は約 50cm です。 10cmの場合 モジュール 同じ周波数の場合は 190 cm に増やす必要があり、15 cm のデバイスの場合は 4 m 以上に増やす必要があります (図 2)。
図2.範囲の長さ
DUT：ミリ波OTAテストセットアップでのデバイス特性
DUTは、放射素子からデバイス全体にまで及びます。 携帯電話では、DUTは「D」（デバイス）を作成します。これには、アンテナの機械的サイズと放射要素との結合が含まれます。 第3世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）は、次のXNUMXつのDUTアンテナ構成を定義しています（図XNUMX）。
構成1：DUTには最大で5つのアンテナパネルがあり、最大開口は常にXNUMXcm以下です。
構成2：DUTには複数のアンテナがあります パネル、各アンテナパネルの最大開口は5 cm以下ですが、コヒーレンスがない場合は、独立したパネルとして扱うことができます。
構成3：DUTには複数のアンテナパネルがあり、これらのパネル間には位相/振幅のコヒーレンスがあります。つまり、これらのパネルを独立したパネルと見なすことはできず、「D」ですべてを囲む必要があります。
図3、DUTアンテナのさまざまな構成
ブラックボックステスト
ブラックボックステストは、3GPPによって指定されたデバイス適合性テストの概念です。 エンジニアはアンテナの位置と数を不明と見なす必要があり、DUTは「ブラックボックス」としてテストされ、アンテナの開口部（D）がDUT全体のサイズと同じであると想定する必要があります。したがって、デバイス構成は次のようになります。 FF測定に必要な範囲の長さへの影響（図4）。
図4.ブラックボックステスト
静かなゾーン
クワイエットゾーンとは、RF伝搬を予測し、適切に実行できる領域を指します。 これは、特にRFパラメータのテストや、低振幅および位相変化が必要な場合に、精度と再現性にとって非常に重要です。 静かなエリアは、デバイス全体であろうとアンテナであろうと、テスト対象の主要なアイテムを収容するのに十分な大きさである必要があります。 テスト対象のデバイスまたはアンテナのサイズによって、クワイエットゾーンのサイズの要件が決まります。 もちろん、必要なクワイエットゾーンが大きいほど、必要なチャンバーも大きくなります（図5）。
図5、クワイエットゾーンの概略図
CATR：DFFOTAテストの別の方法
コンパクト アンテナ テスト レンジ (CATR) は、間接遠方界 (IFF) OTA テスト方法です。 CATR は、成形された反射体を使用して、物理的な近距離場から遠距離場への変換を実行します。 これにより、レンジ長が短くなり、クワイエットゾーンが大きくなるため、特定の DUT サイズ、開口サイズ、周波数に応じてチャンバーのサイズが小さくなります。 放物面鏡で反射されたビームは平行ビームになります。 球面波面から平面波面へのこの移行により、振幅と位相リップルが非常に小さい大きなクワイエット ゾーンが生じます。 結果として距離が短くなるということは、DUTとプローブ間の経路損失が小さくなることも意味し、より優れた測定ダイナミックレンジとより優れた信号対雑音比(SNR)が得られるようになります(図6)。
図6コンパクトアンテナテスト範囲（CATR）
5Gは、ミリ波OTAテストがより主流の要件になりつつあることを意味します。 これらのタイプの測定の課題は、ほとんどの商用ワイヤレス業界にとって間違いなく新しい分野です。 3GPP仕様にも参加しているミリ波およびOTAテストの専門家と協力して、早期の知識と需要への影響を得ることが非常に重要です。 キーサイトは何十年もの間、商用のミリ波テスト機能を提供し、世界をリードするミリ波OTAテストソリューションシリーズを確立してきました。
リンク： LM150X08-TL06 LM215WF3-S2L4