"5G'den önce kablosuz cihaz testlerinin çoğu kablo yöntemi kullanılarak yapılıyordu. Buna modem yonga setlerinin test edilmesi, radyo frekansı (RF) parametre testi ve cihazın tam işlevi ile performans doğrulaması dahildir. Havadan (OTA) test yöntemleri esas olarak anten performans testi ve cihazın çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) performans ölçümü için kullanılır. 5G milimetre dalga (mmWave) cihazları, kablosuz endüstrisinde yıkıcı bir değişimi temsil ediyor çünkü OTA, tüm radyo test durumları için uygulanabilir tek test yöntemidir.
"
5G'den önce kablosuz cihaz testlerinin çoğu kablo yöntemi kullanılarak yapılıyordu. Buna modem yonga setlerinin test edilmesi, radyo frekansı (RF) parametre testi ve cihazın tam işlevi ile performans doğrulaması dahildir. Havadan (OTA) test yöntemleri esas olarak anten performans testi ve cihazın çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) performans ölçümü için kullanılır. 5G milimetre dalga (mmWave) cihazları, kablosuz endüstrisinde yıkıcı bir değişimi temsil ediyor çünkü OTA, tüm radyo test durumları için uygulanabilir tek test yöntemidir.
MmWave frekanslarında, daha yüksek yol kaybı ve daha kısa dalga boyları, kontrol edilebilir bir yönlü anten (kazanç) gerektirir; genellikle faz dizili bir antendir. Geleneksel LTE ve Frekans aralığı 1 (FR1) tek kutuplu antenlere ek olarak birçok 5G cihazı birden fazla mmWave anten seti gerektirir. MmWave anteninin doğrudan RF ön uç (RFFE) amplifikatörüne bağlanması gerektiğinden, ekipmana daha düşük frekansta erişilmesi ve test edilmesi mümkün değildir ve radyasyon test yöntemleri gereklidir.
Geleneksel yürütülen RF test yöntemleri, ölçüm çözümü ile test edilen cihaz (DUT) arasında yüksek performanslı koaksiyel kablolar kullanır. OTA, bu kabloyu, DUT'un test çözümünün bir parçası olan antenle doğrudan iletişim kurduğu bir hava bağlantısıyla değiştirir. İyi bir RF ortamı sağlamak (yani iletim hatlarını test etmek ve harici parazitleri ortadan kaldırmak) için OTA bağlantıları en iyi şekilde karanlık odada yönetilir.
Bu nedenle tipik OTA ölçüm çözümleri RF ölçüm ekipmanlarını ve karanlık odaları içerir. Karanlık odanın birkaç temel özelliği vardır. bileşenler:
Muhafazanın kendisi, sinyalin dahili yansımasını en aza indirebilen uygun RF izolasyonuna ve dahili korumaya sahiptir.
Ölçüm anteni veya "prob" anteni DUT için ana RF ölçüm bağlantısını sağlar
Konum bulucu DUT'un yönünü veya konumunu değiştirebilir
Pozisyonerleri ve ölçüm ekipmanlarını kontrol etmek için yazılım.
İstenilen ölçüm için doğru ayarları seçerken mühendisin çeşitli faktörleri dikkate alması gerekir. Ancak önce elektromanyetik alanlarla ilgili temel kuralların hızlı bir şekilde gözden geçirilmesi.
Dalga iletimiyle başlayalım
Şekil 1. Reaktif yakın alan (reaktif NF), yayılan yakın alan (yayılan NF) ve yayılan uzak alan (yayılan FF) arasındaki fark
Antenin mesafesi arttıkça elektromanyetik alanın davranışı ve özellikleri değişecektir. Yukarıdaki basitleştirilmiş model üç ilgi alanını göstermektedir: reaktif yakın alan (reaktif NF), yayılan yakın alan (yayılan NF) ve yayılan uzak alan (yayılan FF). OTA ölçümleri yapılırken her alanın özellikleri dikkate alınmalı ve DUT ile prob anteni arasındaki mesafe dikkate alınmalıdır. Örneğin, NF'de ölçüm yapmak, yakın alandan uzak alana dönüşüm (NF-FF) yazılımını gerektirir; bu yazılım, fazın kurtarılmasını veya DUT'a giriş fazının kontrolünü gerektirir. Bu şekilde R, antenden radyal mesafeyi, D, yayılan antenin açıklığını çevreleyebilecek en küçük kürenin çapını ve λ, dalga boyunu göstermektedir (Şekil 1).
NF reaksiyonu DUT antenine en yakın alandır. Bu alanda yalnızca yayılmayan, kaybolan alan hakim olmakla kalmayacak, aynı zamanda bu alandaki algılama anteni de DUT anteni ile reaksiyona girecek ve etkili bir şekilde DUT yayma cihazının bir parçası haline gelecektir. Gerçekleştirilen ölçüm türü önemli kısıtlamalar getirmektedir.
Yayılan NF, algılama anteninin artık DUT anteniyle tepki vermediği, ancak alan davranışının ve faz cephesinin daha az öngörülebilir olduğu ve iyi performans gösterdiği alandır. Bu alandaki ölçümler ayrıca dengeleme algoritmasının iletim ve alma yollarındaki faz geri kazanımına erişim gerektirir.
Radyasyon FF, faz cephesinin yaklaşık olarak düz olduğunun tahmin edilebildiği bir alandır. Bu alan faz ve genlik ölçümü için çok uygundur, ancak dezavantajı yol kaybının büyük olması ve DUT ile prob anteni arasındaki mesafenin büyük (hatta bazen hacimli) olmasıdır.
Peki mühendislerin OTA ölçüm ayarlarını tanımlarken dikkate alması gereken temel hususlar nelerdir?
Menzil uzunluğu: prob ile DUT arasındaki mesafe
Kararlı ve doğru ölçüm sonuçları elde etmek için aralık uzunluğunun optimize edilmesi gerekir. Yukarıda belirtildiği gibi, FF cinsinden ölçüm yapmanız gerekiyorsa, aralık uzunluğunun R = 2D2/λ'dan daha büyük bir mesafede tutulması en iyisidir.
Dolayısıyla odanın boyutu söz konusu dalga boyundan (frekanstan) ve cihaz anteninin boyutundan doğrudan etkilenir. Örneğin 5 cm'lik bir antenin 28 GHz'deki uzak alan aralığı yaklaşık 50 cm'dir. 10 cm'lik bir alan için modül aynı frekansta 190 cm'ye, 15 cm'lik bir cihaz için ise 4 m'nin üzerine çıkarılması gerekmektedir (Şekil 2).
Şekil 2. Menzil uzunluğu
DUT: mmWave OTA test kurulumundaki cihaz özellikleri
DUT, ışınım elemanından cihazın tamamına kadar uzanır. Bir cep telefonunda DUT, antenin mekanik boyutunu ve ışınım elemanıyla bağlantısını içeren bir "D" (Cihaz) oluşturacaktır. Üçüncü Nesil Ortaklık Projesi (3GPP), aşağıdakiler de dahil olmak üzere üç DUT anten konfigürasyonu tanımlamıştır (Şekil 3):
Yapılandırma 1: DUT'ta en fazla bir anten paneli bulunur ve herhangi bir anda maksimum açıklık 5 cm'ye eşit veya daha azdır.
Konfigürasyon 2: DUT'un birden fazla anteni var paneller, her bir anten panelinin maksimum açıklığı 5 cm'ye eşit veya daha azdır, ancak tutarlılık olmadığında bu, bunların bağımsız paneller olarak ele alınabileceği anlamına gelir
Konfigürasyon 3: DUT'un birden fazla anten paneli vardır ve bu paneller arasında faz/genlik uyumu vardır, bu da bunların bağımsız panel olarak kabul edilemeyeceği ve “D”nin hepsini kapsaması gerektiği anlamına gelir.
Şekil 3, DUT anteninin farklı konfigürasyonları
Kara kutu testi
Kara kutu testi, 3GPP tarafından belirtilen bir cihaz uyumluluk testi konseptidir. Mühendisler antenlerin konumunu ve sayısını bilinmeyen olarak değerlendirmeli, DUT bir "kara kutu" olarak test edilmeli ve antenin (D) açıklığının tüm DUT'un boyutuyla aynı olduğunu varsaymalıdır. Bu nedenle cihaz konfigürasyonu FF ölçümü için gereken aralık uzunluğu üzerinde bir etki (Şekil 4).
Şekil 4. Kara kutu testi
Sessiz bölge
Sessiz bölge, RF yayılımının iyi bir şekilde tahmin edilebildiği ve gerçekleştirilebildiği alanı ifade eder. Bu, özellikle RF parametrelerinin test edilmesinde veya düşük genlik ve faz değişikliklerinin gerekli olduğu durumlarda doğruluk ve tekrarlanabilirlik açısından çok önemlidir. Sessiz alanın, ister cihazın tamamı ister anten olsun, test edilen önemli öğeleri içerecek kadar geniş olması gerekir. Test edilen cihazın veya antenin boyutu, sessiz bölgenin boyutuna ilişkin gereksinimleri belirler. Elbette, gereken sessiz bölge ne kadar büyük olursa, oda da o kadar büyük olur (Şekil 5).
Şekil 5, sessiz bölgenin şematik diyagramı
CATR: DFF OTA testinin başka bir yöntemi
Kompakt anten test aralığı (CATR), dolaylı uzak alan (IFF) OTA test yöntemidir. CATR, fiziksel yakın alandan uzak alana dönüşümü gerçekleştirmek için şekillendirilmiş reflektörler kullanır. Bu, daha kısa bir menzil uzunluğu ve daha büyük bir sessiz bölge ile sonuçlanır, böylece belirli bir DUT boyutuna göre açıklık boyutu ve frekans, odanın boyutunu azaltır. Parabolik aynadan yansıyan ışın, paralelleştirilmiş bir ışın haline gelir. Küresel dalga cephesinden düzlem dalga cephesine bu geçiş, çok küçük genlik ve faz dalgalanmalarına sahip geniş bir sessiz bölge ile sonuçlanır. Ortaya çıkan daha kısa mesafe aynı zamanda DUT ile prob arasındaki yol kaybının daha küçük olduğu anlamına gelir, böylece daha iyi bir ölçüm dinamik aralığı ve daha iyi bir sinyal-gürültü oranı (SNR) elde edilebilir (Şekil 6).
Şekil 6 Kompakt anten test aralığı (CATR)
5G, mmWave OTA testinin daha yaygın bir gereksinim haline geldiği anlamına geliyor. Bu tür ölçüm zorlukları şüphesiz çoğu ticari kablosuz endüstri için yeni alanlardır. Erken bilgi edinmek ve talep etkisini elde etmek için 3GPP spesifikasyonlarına da katılmış olan mmWave ve OTA test uzmanlarıyla işbirliği yapmak çok önemlidir. Onlarca yıldır Keysight ticari mmWave test fonksiyonları sağlıyor ve dünyanın önde gelen mmWave OTA test çözümü serisini oluşturuyor.
Bağlantılar: LM150X08-TL06 LM215WF3-S2L4