"Sebelum 5G, kebanyakan ujian peranti wayarles dilakukan menggunakan kaedah wayar. Ini termasuk menguji cipset modem, ujian parameter frekuensi radio (RF), dan fungsi peranti yang lengkap dan pengesahan prestasi. Kaedah ujian over-the-air (OTA) digunakan terutamanya untuk ujian prestasi antena dan pengukuran prestasi output berbilang input peranti (MIMO). Peranti gelombang milimeter (mmWave) 5G mewakili perubahan yang mengganggu dalam industri wayarles, kerana OTA ialah satu-satunya kaedah ujian yang boleh dilaksanakan untuk semua kes ujian radio.
"
Sebelum 5G, kebanyakan ujian peranti wayarles dilakukan menggunakan kaedah wayar. Ini termasuk menguji cipset modem, ujian parameter frekuensi radio (RF), dan fungsi peranti yang lengkap dan pengesahan prestasi. Kaedah ujian over-the-air (OTA) digunakan terutamanya untuk ujian prestasi antena dan pengukuran prestasi output berbilang input peranti (MIMO). Peranti gelombang milimeter (mmWave) 5G mewakili perubahan yang mengganggu dalam industri wayarles, kerana OTA ialah satu-satunya kaedah ujian yang boleh dilaksanakan untuk semua kes ujian radio.
Pada frekuensi mmWave, kehilangan laluan yang lebih tinggi dan panjang gelombang yang lebih pendek memerlukan antena arah terkawal (gain)-biasanya antena tatasusunan berperingkat. Selain antena monopole LTE dan julat Frekuensi 1 (FR1) tradisional, banyak peranti 5G juga memerlukan beberapa set antena mmWave. Memandangkan antena mmWave mesti disambungkan terus ke penguat bahagian hadapan RF (RFFE), adalah mustahil untuk mengakses dan menguji peralatan dalam cara frekuensi yang lebih rendah, dan kaedah ujian sinaran diperlukan.
Kaedah ujian RF yang dijalankan secara tradisional menggunakan kabel sepaksi berprestasi tinggi antara penyelesaian pengukuran dan peranti dalam ujian (DUT). OTA menggantikan kabel ini dengan pautan udara yang melaluinya DUT berhubung terus dengan antena yang merupakan sebahagian daripada penyelesaian ujian. Untuk memastikan persekitaran RF yang baik (iaitu, menguji talian penghantaran dan menghapuskan gangguan luaran), sambungan OTA paling baik diuruskan di dalam bilik gelap.
Oleh itu, penyelesaian pengukuran OTA biasa termasuk peralatan pengukuran RF dan bilik gelap. Bilik gelap mempunyai beberapa asas komponen:
Perumahan itu sendiri mempunyai pengasingan RF yang betul dan perisai dalaman, yang boleh meminimumkan pantulan dalaman isyarat
Antena ukuran atau antena "probe" menyediakan pautan pengukuran RF utama untuk DUT
Pencari boleh menukar arah atau kedudukan DUT
Perisian untuk mengawal penentu kedudukan dan peralatan pengukur.
Apabila memilih tetapan yang betul untuk ukuran yang dikehendaki, jurutera perlu mempertimbangkan beberapa faktor. Tetapi pertama, semakan pantas peraturan ibu jari yang berkaitan untuk medan elektromagnet.
Mari kita mulakan dengan penghantaran gelombang
Rajah 1. Perbezaan antara medan dekat reaktif (NF reaktif), medan dekat terpancar (NF terpancar) dan medan jauh terpancar (FF terpancar)
Apabila jarak antena bertambah, tingkah laku dan ciri-ciri medan elektromagnet akan berubah. Model yang dipermudahkan di atas menunjukkan tiga bidang yang menarik: medan dekat reaktif (NF reaktif), medan dekat terpancar (NF terpancar) dan medan jauh terpancar (FF terpancar). Apabila melakukan pengukuran OTA, ciri-ciri setiap kawasan mesti dipertimbangkan, dan jarak antara DUT dan antena probe mesti dipertimbangkan. Sebagai contoh, pengukuran dalam NF memerlukan perisian penukaran medan-ke-jauh-jauh (NF-FF), yang memerlukan pemulihan fasa atau kawalan fasa input kepada DUT. Dalam rajah ini, R ialah jarak jejarian dari antena, D ialah diameter sfera terkecil yang boleh mengelilingi apertur antena pemancar, dan λ ialah panjang gelombang (Rajah 1).
Tindak balas NF ialah kawasan yang paling hampir dengan antena DUT. Bukan sahaja medan evanescent tidak merambat mendominasi di kawasan ini, tetapi antena pengesanan di kawasan ini juga akan bertindak balas dengan antena DUT dan berkesan menjadi sebahagian daripada peranti penyinaran DUT. Jenis pengukuran yang dilakukan mengenakan sekatan yang ketara.
NF terpancar ialah kawasan di mana antena pengesanan tidak lagi bertindak balas dengan antena DUT, tetapi gelagat medan dan hadapan fasa kurang dapat diramalkan dan berfungsi dengan baik. Pengukuran dalam kawasan ini juga memerlukan akses kepada pemulihan fasa dalam laluan hantar dan terima algoritma pampasan.
Radiasi FF ialah kawasan di mana fasa hadapan boleh dianggarkan lebih kurang rata. Kawasan ini sangat sesuai untuk mengukur fasa dan amplitud, tetapi kelemahannya ialah kehilangan laluan adalah besar, dan jarak antara DUT dan antena probe adalah besar (kadang-kadang besar).
Jadi, apakah pertimbangan utama bagi jurutera untuk menentukan tetapan pengukuran OTA?
Panjang julat: jarak antara probe dan DUT
Panjang julat mesti dioptimumkan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang stabil dan tepat. Seperti yang dinyatakan di atas, jika anda perlu mengukur dalam FF, panjang julat sebaiknya disimpan pada jarak yang lebih besar daripada R = 2D2/λ.
Oleh itu, saiz ruang dipengaruhi secara langsung oleh panjang gelombang (frekuensi) yang dimaksudkan dan saiz antena peranti. Sebagai contoh, julat medan jauh antena 5cm pada 28GHz ialah kira-kira 50cm. Untuk 10 cm modul daripada frekuensi yang sama, ia perlu ditingkatkan kepada 190 cm, dan untuk peranti 15 cm, ia perlu ditingkatkan kepada lebih daripada 4 m (Rajah 2).
Rajah 2. Panjang julat
DUT: Ciri peranti dalam persediaan ujian OTA mmWave
DUT berjulat daripada elemen penyinaran ke seluruh peranti. Dalam telefon mudah alih, DUT akan mencipta "D" (Peranti), yang merangkumi saiz mekanikal antena dan gandingan dengan elemen penyinaran. Projek Perkongsian Generasi Ketiga (3GPP) telah mentakrifkan tiga konfigurasi antena DUT, termasuk (Rajah 3):
Konfigurasi 1: DUT mempunyai paling banyak satu panel antena, dan apertur maksimum adalah sama atau kurang daripada 5 cm pada bila-bila masa.
Konfigurasi 2: DUT mempunyai berbilang antena panel, apertur maksimum setiap panel antena adalah sama atau kurang daripada 5 cm, tetapi jika tiada keselarasan, ini bermakna ia boleh dianggap sebagai panel bebas
Konfigurasi 3: DUT mempunyai berbilang panel antena dan terdapat keselarasan fasa/amplitud antara panel ini, yang bermaksud bahawa mereka tidak boleh dianggap sebagai panel bebas dan "D" mesti menyertakan kesemuanya.
Rajah 3, konfigurasi berbeza antena DUT
Ujian kotak hitam
Ujian kotak hitam ialah konsep ujian pematuhan peranti yang ditentukan oleh 3GPP. Jurutera mesti menganggap lokasi dan bilangan antena sebagai tidak diketahui, DUT diuji sebagai "kotak hitam", dan mesti menganggap bahawa apertur antena (D) adalah sama dengan saiz keseluruhan DUT Oleh itu, konfigurasi peranti mempunyai kesan pada panjang julat yang diperlukan untuk pengukuran FF (Rajah 4).
Rajah 4. Ujian kotak hitam
Zon sunyi
Zon senyap merujuk kepada kawasan di mana penyebaran RF boleh diramalkan dan dilakukan dengan baik. Ini sangat penting untuk ketepatan dan kebolehulangan, terutamanya untuk ujian parameter RF atau apabila amplitud rendah dan perubahan fasa diperlukan. Kawasan sunyi perlu cukup besar untuk memuatkan item utama yang sedang diuji-sama ada keseluruhan peranti atau antena. Saiz peranti yang sedang diuji atau antena menentukan keperluan untuk saiz zon senyap. Sudah tentu, lebih besar zon tenang yang diperlukan, lebih besar ruang yang diperlukan (Rajah 5).
Rajah 5, gambar rajah skema zon tenang
CATR: Kaedah lain ujian DFF OTA
Julat ujian antena padat (CATR) ialah kaedah ujian OTA medan jauh tidak langsung (IFF). CATR menggunakan pemantul berbentuk untuk melakukan transformasi medan dekat fizikal kepada medan jauh. Ini menghasilkan panjang julat yang lebih pendek dan zon senyap yang lebih besar, jadi mengikut saiz DUT yang diberikan, saiz apertur dan kekerapan mengurangkan saiz ruang. Rasuk yang dipantulkan dari cermin parabola menjadi rasuk berkolima. Peralihan ini daripada hadapan gelombang sfera ke hadapan gelombang satah menghasilkan zon senyap yang besar dengan amplitud dan riak fasa yang sangat kecil. Jarak yang lebih pendek yang terhasil juga bermakna kehilangan laluan antara DUT dan probe adalah lebih kecil, supaya julat dinamik pengukuran yang lebih baik dan nisbah isyarat-ke-bunyi (SNR) yang lebih baik boleh diperolehi (Rajah 6).
Rajah 6 Julat ujian antena padat (CATR)
5G bermakna ujian OTA mmWave semakin menjadi keperluan arus perdana. Jenis cabaran pengukuran ini sudah pasti merupakan bidang baharu untuk kebanyakan industri wayarles komersial. Adalah sangat penting untuk bekerjasama dengan pakar ujian mmWave dan OTA, yang juga telah mengambil bahagian dalam spesifikasi 3GPP untuk mendapatkan pengetahuan awal dan impak permintaan. Selama beberapa dekad, Keysight telah menyediakan fungsi ujian mmWave komersial dan telah menubuhkan siri penyelesaian ujian OTA mmWave terkemuka di dunia.
Pautan: LM150X08-TL06 LM215WF3-S2L4