"Vóór 5G werden de meeste tests van draadloze apparaten uitgevoerd met behulp van de draadmethode. Dit omvat het testen van modemchipsets, het testen van radiofrequentieparameters (RF) en de volledige verificatie van de apparaatfunctie en -prestaties. Over-the-air (OTA) testmethoden worden voornamelijk gebruikt voor het testen van antenneprestaties en het meten van de prestaties van apparaten met meerdere ingangen en meerdere uitgangen (MIMO). 5G millimetergolf (mmWave) apparaten vertegenwoordigen een ontwrichtende verandering in de draadloze industrie, omdat OTA de enige haalbare testmethode is voor alle radiotestgevallen.
"
Vóór 5G werden de meeste tests van draadloze apparaten uitgevoerd met behulp van de draadmethode. Dit omvat het testen van modemchipsets, het testen van radiofrequentieparameters (RF) en de volledige verificatie van de apparaatfunctie en -prestaties. Over-the-air (OTA) testmethoden worden voornamelijk gebruikt voor het testen van antenneprestaties en het meten van de prestaties van apparaten met meerdere ingangen en meerdere uitgangen (MIMO). 5G millimetergolf (mmWave) apparaten vertegenwoordigen een ontwrichtende verandering in de draadloze industrie, omdat OTA de enige haalbare testmethode is voor alle radiotestgevallen.
Bij mmWave-frequenties vereisen een hoger padverlies en kortere golflengten een regelbare directionele antenne (versterking) - meestal een phased array-antenne. Naast traditionele LTE en frequentiebereik 1 (FR1) monopoolantennes, hebben veel 5G-apparaten ook meerdere sets mmWave-antennes nodig. Aangezien de mmWave-antenne rechtstreeks moet worden aangesloten op de RF-front-end (RFFE) -versterker, is het onmogelijk om toegang te krijgen tot de apparatuur en deze op een lagere frequentie te testen en zijn stralingstestmethoden vereist.
Traditioneel uitgevoerde RF-testmethoden maken gebruik van hoogwaardige coaxkabels tussen de meetoplossing en het te testen apparaat (DUT). OTA vervangt deze kabel door een luchtverbinding waardoor de DUT rechtstreeks communiceert met de antenne die deel uitmaakt van de testoplossing. Om een goede RF-omgeving te garanderen (dat wil zeggen transmissielijnen testen en externe interferentie elimineren), kunnen OTA-verbindingen het beste in de donkere kamer worden beheerd.
Daarom omvatten typische OTA-meetoplossingen RF-meetapparatuur en donkere kamers. De donkere kamer heeft verschillende basis componenten:
De behuizing zelf heeft een goede RF-isolatie en interne afscherming, waardoor de interne reflectie van het signaal kan worden geminimaliseerd
De meetantenne of "sonde" antenne vormt de belangrijkste RF-meetverbinding voor de DUT
De zoeker kan de richting of positie van de DUT . veranderen
Software voor het aansturen van positioners en meetapparatuur.
Bij het kiezen van de juiste instellingen voor de gewenste meting moet de monteur rekening houden met verschillende factoren. Maar eerst een kort overzicht van de relevante vuistregels voor elektromagnetische velden.
Laten we beginnen met golftransmissie
Figuur 1. Het verschil tussen reactief nabij veld (reactief NF), uitgestraald nabij veld (uitgestraald NF) en uitgestraald verre veld (uitgestraald FF)
Naarmate de afstand van de antenne groter wordt, zullen het gedrag en de eigenschappen van het elektromagnetische veld veranderen. Het vereenvoudigde model hierboven toont drie interessegebieden: reactief nabij veld (reactief NF), uitgestraald nabij veld (uitgestraald NF) en uitgestraald ver veld (uitgestraald FF). Bij het uitvoeren van OTA-metingen moet rekening worden gehouden met de kenmerken van elk gebied en met de afstand tussen de DUT en de sondeantenne. Bijvoorbeeld, meten in NF vereist near-field-to-far-field conversie (NF-FF) software, die faseherstel of controle van de invoerfase naar de DUT vereist. In deze figuur is R de radiale afstand van de antenne, D is de diameter van de kleinste bol die de opening van de stralende antenne kan omringen, en λ is de golflengte (Figuur 1).
De reactie NF is het gebied dat zich het dichtst bij de DUT-antenne bevindt. Niet alleen domineert het niet-propagerende verdwijnende veld in dit gebied, maar de detectieantenne in dit gebied zal ook reageren met de DUT-antenne en effectief een onderdeel worden van het DUT-stralingsapparaat. Het type uitgevoerde meting legt aanzienlijke beperkingen op.
De uitgestraalde NF is het gebied waar de detectieantenne niet meer reageert met de DUT antenne, maar het veldgedrag en fasefront zijn minder voorspelbaar en presteren goed. Metingen op dit gebied vereisen ook toegang tot faseherstel in de zend- en ontvangstpaden van het compensatie-algoritme.
Straling FF is een gebied waar het fasefront ongeveer vlak kan worden geschat. Dit gebied is zeer geschikt voor het meten van fase en amplitude, maar het nadeel is dat het padverlies groot is, en de afstand tussen de DUT en de sondeantenne groot (soms zelfs omvangrijk).
Dus, wat zijn de belangrijkste overwegingen voor ingenieurs om OTA-meetinstellingen te definiëren?
Bereiklengte: de afstand tussen de sonde en de DUT
De bereiklengte moet worden geoptimaliseerd om stabiele en nauwkeurige meetresultaten te verkrijgen. Zoals hierboven vermeld, als u in FF moet meten, kunt u de bereiklengte het beste op een afstand houden die groter is dan R = 2D2/λ.
Daarom wordt de grootte van de kamer rechtstreeks beïnvloed door de betreffende golflengte (frequentie) en de grootte van de apparaatantenne. Het verre veldbereik van een antenne van 5 cm op 28 GHz is bijvoorbeeld ongeveer 50 cm. Voor een 10cm module met dezelfde frequentie moet deze worden verhoogd tot 190 cm, en voor een apparaat van 15 cm moet deze worden verhoogd tot meer dan 4 m (Figuur 2).
Afbeelding 2. Bereiklengte
DUT: Apparaatkenmerken in mmWave OTA testopstelling
De DUT loopt van het stralingselement tot het gehele apparaat. In een mobiele telefoon zal de TU Delft een “D” (Device) creëren, die de mechanische afmeting van de antenne en de koppeling met het stralingselement omvat. Het Third Generation Partnership Project (3GPP) heeft drie antenneconfiguraties van de TU Delft gedefinieerd, waaronder (Figuur 3):
Configuratie 1: TU Delft heeft maximaal één antennepaneel en de maximale opening is altijd gelijk aan of kleiner dan 5 cm.
Configuratie 2: TU Delft heeft meerdere antennes: panelen, de maximale opening van elk antennepaneel is gelijk aan of kleiner dan 5 cm, maar bij gebrek aan coherentie betekent dit dat ze kunnen worden behandeld als onafhankelijke panelen
Configuratie 3: TU Delft heeft meerdere antennepanelen en er is fase/amplitude coherentie tussen deze panelen, wat betekent dat ze niet als onafhankelijke panelen kunnen worden beschouwd en "D" ze allemaal moet omsluiten.
Figuur 3, DUT antenne verschillende configuraties
Black box testen
Black box-testen is een testconcept voor apparaatconformiteit gespecificeerd door 3GPP. Ingenieurs moeten de locatie en het aantal antennes als onbekend beschouwen, de TU Delft wordt getest als een "zwarte doos" en moeten aannemen dat de opening van de antenne (D) hetzelfde is als de grootte van de gehele TU Delft. Daarom is de configuratie van het apparaat een impact op de bereiklengte die nodig is voor FF-meting (Figuur 4).
Afbeelding 4. Black box-test
Stiltezone
De stille zone verwijst naar het gebied waar RF-voortplanting kan worden voorspeld en goed kan worden uitgevoerd. Dit is erg belangrijk voor nauwkeurigheid en herhaalbaarheid, vooral voor het testen van RF-parameters of wanneer lage amplitude- en faseveranderingen vereist zijn. Het stille gebied moet groot genoeg zijn om de belangrijkste items te bevatten die worden getest, of het nu het hele apparaat of de antenne is. De grootte van het te testen apparaat of de antenne bepaalt de vereisten voor de grootte van de stille zone. Natuurlijk, hoe groter de vereiste stille zone, hoe groter de vereiste kamer (Figuur 5).
Figuur 5, een schematisch diagram van de stille zone
CATR: een andere methode voor het testen van DFF OTA
Het compacte antennetestbereik (CATR) is een indirect far field (IFF) OTA-testmethode. CATR maakt gebruik van gevormde reflectoren om de fysieke transformatie van dichtbij naar verre veld uit te voeren. Dit resulteert in een kortere bereiklengte en een grotere stille zone, dus afhankelijk van een gegeven DUT-grootte verkleinen de openingsgrootte en frequentie de grootte van de kamer. De door de parabolische spiegel gereflecteerde straal wordt een gecollimeerde straal. Deze overgang van een bolvormig golffront naar een vlak golffront resulteert in een grote stille zone met zeer kleine amplitude- en faserimpelingen. De resulterende kortere afstand betekent ook dat het padverlies tussen de DUT en de sonde kleiner is, zodat een beter dynamisch meetbereik en een betere signaal-ruisverhouding (SNR) kunnen worden verkregen (Figuur 6).
Figuur 6 Compact antenne testbereik (CATR)
5G betekent dat mmWave OTA-tests een meer gangbare vereiste worden. Dit soort meetuitdagingen zijn ongetwijfeld nieuwe gebieden voor de meeste commerciële draadloze industrieën. Het is erg belangrijk om samen te werken met mmWave- en OTA-testexperts, die ook hebben deelgenomen aan de 3GPP-specificaties om vroege kennis op te doen en impact op de vraag te krijgen. Keysight levert al tientallen jaren commerciële mmWave-testfuncties en heeft 's werelds toonaangevende serie mmWave OTA-testoplossingen ontwikkeld.
De connecties: LM150X08-TL06 LM215WF3-S2L4