"5G 이전에는 대부분의 무선 디바이스 테스트가 유선 방식으로 이루어졌습니다. 여기에는 모뎀 칩셋 테스트, 무선 주파수(RF) 매개변수 테스트, 전체 장치 기능 및 성능 검증이 포함됩니다. OTA(Over-The-Air) 테스트 방법은 주로 안테나 성능 테스트 및 장치 다중 입력 다중 출력(MIMO) 성능 측정에 사용됩니다. 5G 밀리미터파(mmWave) 장치는 OTA가 모든 무선 테스트 사례에 대해 유일하게 실행 가능한 테스트 방법이기 때문에 무선 산업에서 파괴적인 변화를 나타냅니다.
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5G 이전에는 대부분의 무선 디바이스 테스트가 유선 방식으로 이루어졌습니다. 여기에는 모뎀 칩셋 테스트, 무선 주파수(RF) 매개변수 테스트, 전체 장치 기능 및 성능 검증이 포함됩니다. OTA(Over-The-Air) 테스트 방법은 주로 안테나 성능 테스트 및 장치 다중 입력 다중 출력(MIMO) 성능 측정에 사용됩니다. 5G 밀리미터파(mmWave) 장치는 OTA가 모든 무선 테스트 사례에 대해 유일하게 실행 가능한 테스트 방법이기 때문에 무선 산업에서 파괴적인 변화를 나타냅니다.
mmWave 주파수에서 더 높은 경로 손실과 더 짧은 파장은 일반적으로 위상 배열 안테나인 제어 가능한 지향성 안테나(이득)가 필요합니다. 기존 LTE 및 FR1(주파수 범위 1) 모노폴 안테나 외에도 많은 5G 장치에는 여러 세트의 mmWave 안테나가 필요합니다. mmWave 안테나는 RF 프론트엔드(RFFE) 증폭기에 직접 연결해야 하기 때문에 저주파 방식으로 장비에 접근 및 테스트가 불가능하며, 방사 테스트 방법이 필요하다.
기존의 전도성 RF 테스트 방법은 측정 솔루션과 DUT(Device Under Test) 사이에 고성능 동축 케이블을 사용합니다. OTA는 이 케이블을 DUT가 테스트 솔루션의 일부인 안테나와 직접 통신하는 에어 링크로 대체합니다. 양호한 RF 환경(즉, 테스트 전송 라인 및 외부 간섭 제거)을 보장하기 위해 OTA 연결은 암실 내부에서 가장 잘 관리됩니다.
따라서 일반적인 OTA 측정 솔루션에는 RF 측정 장비와 암실이 포함됩니다. 암실에는 몇 가지 기본 구성 요소들:
하우징 자체에는 신호의 내부 반사를 최소화할 수 있는 적절한 RF 절연 및 내부 차폐가 있습니다.
측정 안테나 또는 "프로브" 안테나는 DUT에 대한 주요 RF 측정 링크를 제공합니다.
로케이터는 DUT의 방향이나 위치를 변경할 수 있습니다.
포지셔너 및 측정 장비를 제어하기 위한 소프트웨어입니다.
원하는 측정에 대한 올바른 설정을 선택할 때 엔지니어는 몇 가지 요소를 고려해야 합니다. 그러나 먼저 전자기장에 대한 관련 경험 법칙을 빠르게 검토해야 합니다.
파동 전송부터 시작하자
그림 1. 반응성 근거리장(reactive NF), 근거리 방사장(radiated NF), 원거리 방사장(radiated FF)의 차이
안테나의 거리가 멀어짐에 따라 전자기장의 거동과 특성이 변경됩니다. 위의 단순화된 모델은 반응성 근거리장(반응성 NF), 방사된 근거리장(방사선 NF) 및 방사된 원거리장(복사된 FF)의 세 가지 관심 영역을 보여줍니다. OTA 측정 시 각 영역의 특성을 고려해야 하며, DUT와 프로브 안테나 사이의 거리를 고려해야 합니다. 예를 들어, NF에서 측정하려면 DUT에 대한 입력 위상의 위상 복구 또는 제어가 필요한 NF-FF(근거리장-원거리장 변환) 소프트웨어가 필요합니다. 이 그림에서 R은 안테나로부터의 방사 거리, D는 방사 안테나의 구멍을 둘러쌀 수 있는 가장 작은 구의 직경, λ는 파장입니다(그림 1).
반응 NF는 DUT 안테나에 가장 가까운 영역입니다. 이 영역에서 전파되지 않는 소멸 필드가 지배적일 뿐만 아니라 이 영역의 감지 안테나도 DUT 안테나와 반응하여 DUT 방사 장치의 일부가 됩니다. 수행되는 측정 유형에는 상당한 제한이 있습니다.
방사 NF는 감지 안테나가 더 이상 DUT 안테나와 반응하지 않는 영역이지만 필드 동작과 위상 전면은 예측하기 어렵고 잘 수행됩니다. 이 영역의 측정은 또한 보상 알고리즘의 전송 및 수신 경로에서 위상 복구에 대한 액세스를 필요로 합니다.
복사 FF는 위상 전면이 거의 평평하다고 추정할 수 있는 영역입니다. 이 영역은 위상 및 진폭을 측정하는 데 매우 적합하지만 경로 손실이 크고 DUT와 프로브 안테나 사이의 거리가 멀다는 단점이 있습니다(때로는 부피도 큼).
그렇다면 엔지니어가 OTA 측정 설정을 정의할 때 고려해야 할 주요 사항은 무엇입니까?
범위 길이: 프로브와 DUT 사이의 거리
안정적이고 정확한 측정 결과를 얻으려면 범위 길이를 최적화해야 합니다. 위에서 언급했듯이 FF로 측정해야 하는 경우 범위 길이는 R = 2D2/λ보다 큰 거리에서 유지하는 것이 가장 좋습니다.
따라서 챔버의 크기는 해당 파장(주파수)과 장치 안테나의 크기에 직접적인 영향을 받습니다. 예를 들어, 5GHz에서 28cm 안테나의 원거리장 범위는 약 50cm입니다. 10cm의 경우 모듈 동일한 주파수의 경우 190cm로 늘려야 하며 15cm 장치의 경우 4m 이상으로 늘려야 합니다(그림 2).
그림 2. 범위 길이
DUT: mmWave OTA 테스트 설정의 장치 특성
DUT는 방사 요소에서 전체 장치에 이르기까지 다양합니다. 휴대 전화에서 DUT는 안테나의 기계적 크기와 방사 요소와의 결합을 포함하는 "D"(장치)를 생성합니다. 3GPP(3세대 파트너십 프로젝트)는 다음을 포함하여 세 가지 DUT 안테나 구성을 정의했습니다(그림 XNUMX).
구성 1: DUT에는 최대 하나의 안테나 패널이 있으며 최대 조리개는 항상 5cm 이하입니다.
구성 2: DUT에 다중 안테나가 있음 패널, 각 안테나 패널의 최대 조리개는 5cm 이하이지만 일관성이 없으면 독립적인 패널로 취급될 수 있음을 의미합니다.
구성 3: DUT에는 여러 안테나 패널이 있고 이러한 패널 간에 위상/진폭 일관성이 있습니다. 즉, 독립 패널로 간주될 수 없으며 "D"가 모두 포함해야 합니다.
그림 3, DUT 안테나 다른 구성
블랙 박스 테스트
블랙박스 테스트는 3GPP에서 지정한 장치 적합성 테스트 개념입니다. 엔지니어는 안테나의 위치와 개수를 알 수 없는 것으로 간주해야 하며 DUT는 "블랙박스"로 테스트되며 안테나의 조리개(D)가 전체 DUT의 크기와 같다고 가정해야 합니다. 따라서 장치 구성은 FF 측정에 필요한 범위 길이에 미치는 영향(그림 4).
그림 4. 블랙박스 테스트
콰이어트 존
여백은 RF 전파를 잘 예측하고 수행할 수 있는 영역을 말합니다. 이는 특히 RF 매개변수를 테스트하거나 낮은 진폭 및 위상 변화가 필요한 경우 정확성과 반복성을 위해 매우 중요합니다. 조용한 영역은 전체 장치이든 안테나이든 테스트 중인 주요 항목을 포함할 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다. 테스트 중인 장치 또는 안테나의 크기는 여백의 크기에 대한 요구 사항을 결정합니다. 물론 필요한 여백이 클수록 필요한 챔버도 커집니다(그림 5).
그림 5, 여백 영역의 개략도
CATR: DFF OTA 테스트의 또 다른 방법
소형 안테나 테스트 범위(CATR)는 간접 원거리 필드(IFF) OTA 테스트 방법입니다. CATR은 성형된 반사경을 사용하여 물리적 근거리에서 원거리 변환을 수행합니다. 그 결과 범위 길이가 짧아지고 여백이 넓어지므로 주어진 DUT 크기, 애퍼처 크기 및 주파수에 따라 챔버의 크기가 줄어듭니다. 파라볼릭 미러에서 반사된 빔은 평행 빔이 됩니다. 구형 파면에서 평면 파면으로의 이러한 전환은 매우 작은 진폭 및 위상 리플을 가진 큰 여백을 초래합니다. 그 결과 거리가 짧아지면 DUT와 프로브 사이의 경로 손실이 더 작아져 더 나은 측정 동적 범위와 더 나은 신호 대 잡음비(SNR)를 얻을 수 있습니다(그림 6).
그림 6 컴팩트 안테나 테스트 범위(CATR)
5G는 mmWave OTA 테스트가 주류 요구 사항이 되고 있음을 의미합니다. 이러한 유형의 측정 문제는 의심할 여지 없이 대부분의 상업용 무선 산업에서 새로운 영역입니다. 3GPP 사양에도 참여한 mmWave 및 OTA 테스트 전문가와 협력하여 조기 지식과 수요 영향을 얻는 것이 매우 중요합니다. 키사이트는 수십 년 동안 상용 mmWave 테스트 기능을 제공했으며 세계 최고의 mmWave OTA 테스트 솔루션 시리즈를 확립했습니다.
링크: LM150X08-TL06 LM215WF3-S2L4