[發明專利]有源天線系統收發器近場測試系統和方法

有效

• 申請號: 201910380418.2
• 申請日: 2019-05-08
• 公開（公告）號: CN110572191B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: G·S·李
• 申請（專利權）人: 是德科技股份有限公司
• 主分類號: H04B5/00
• 分類號: H04B5/00;H04B17/15;H04B17/29;H04B1/40;H04B5/02
• 代理公司: 北京坤瑞律師事務所 11494
• 代理人: 封新琴

本申請及涉及一種用于在近場中測試被測裝置(DUT)的系統，該DUT具有帶本地振蕩器(LO)的有源天線系統(AAS)收發器。本申請還涉及用于在近場中測試被測裝置(DUT)的方法。

技術領域

本申請涉及一種用于在近場中測試被測裝置(DUT)的系統以及方法。

背景技術

天線陣列越來越多地用于電子通信，例如包括用于航空航天和無線電信。天線陣列測試和校準解決方案用于表征天線陣列。常規的解決方案主要依賴于矢量網絡分析儀，該矢量分析儀要求包括天線陣列的被測裝置(DUT)或被測天線(AUT)具有射頻(RF)連接器，諸如同軸連接器，以便執行測試和校準。然而，隨著無線通信技術的發展，與DUT的RF收發器直接連接(即，集成)并且沒有RF連接器的天線陣列變得越來越普遍。目前這種DUT的整體性能必須“空中”測試，因為沒有地方可以將同軸電纜從DUT和/或天線陣列連接到測試設備。

天線表征過程通常在室外測試范圍或室內測試范圍內進行。室外測試范圍用于具有非常長的遠場(例如，大于5m)的天線，使得使用腔室是不切實際的。腔室用于足夠短的遠場測量和/或近場測量。腔室可以是例如電波暗室，該電波暗室是屏蔽室，其壁被吸收材料覆蓋，該吸收材料最小化內部反射，通常會減小幾十分貝。進行近場測量和變換以獲得遠場可以在較小的腔室中提供遠場輻射圖。

包括手機和相應基礎設施(例如，基站和骨干網)的下一代無線通信系統被稱為第五代或“5G”。5G通信系統涉及毫米波頻率使用、緊湊型相控陣天線以及高度的電子集成。不僅DUT的發射器和接收器集成到收發器中，而且收發器還與貼片陣列集成，該貼片陣列沒有從無線電電子設備(例如，手機或基站)到發射/接收(T/R)天線的傳統外部連接器。相反，包括天線或天線陣列的整個無線電是單個不可分割的單元，稱為有源天線系統(AAS)。當然，AAS仍然需要測試通常的特性，諸如沒有干擾存在和有干擾存在時的接收器靈敏度、總發射功率、調制格式的誤差矢量幅度(EVM)以及天線輻射方向圖。在產品設計階段，必須對這些參數進行詳細測量和研究，并且可以在制造階段對特性進行篩選。然而，測試的速度、準確性以及效率對于降低成本和保持競爭力非常重要。

AAS的集成(不可分離)特性使得傳統的收發器測試方法變得不可行。傳統上，天線是斷開的，并且所有接收器和發射器測試都是通過將測試設備連接到無線電的外部連接器來執行的。然而，如上所述，現在AAS上沒有這樣的連接器。此外，5G天線的集成特性給測試天線本身帶來了新的挑戰。常規的遠場測試腔室既大又昂貴，因此需要緊湊的天線測試解決方案，諸如近場測試。然而，為了應用傅里葉變換方法將近場測量數據轉換成遠場輻射方向圖，在近場采樣中需要振幅和相位信息。當天線如在常規系統中那樣可以斷開時，這很容易實現。即，可以簡單地使用2端口網絡分析儀，其中AUT作為端口1，而校準天線或喇叭作為端口2。然而，當AUT與收發器不可分離時，相位信息可能不可靠，因為DUT的本地振蕩器(LO)的相位可能相對于測試設備的LO的相位漂移。

測試速度也可能成為問題，所提議的空中(OTA)測試解決方案并未充分解決這個問題，例如，其中許多測試解決方案涉及在兩個或更多個旋轉自由度上進行機械掃描。例如，在非AAS DUT的常規近場測試中，探頭在X和Y自由度上被光柵掃描，這已經是一個緩慢的過程了。當DUT是AAS時，由于上面提到的LO相位漂移，該方法本身不產生可靠的相位信息。可以通過在平行偏移XY平面中進行光柵掃描、然后使用迭代算法(諸如Gerchberg-Saxton算法)分別處理來自這兩個平面的振幅信息并推斷相位來嘗試所謂的無相位測量。然而，該過程使測量時間增加一倍以上，因為探頭必須Z平移到新的偏移XY平面，并且該算法本身的性能可能需要很長時間才能收斂。

在常規的遠場測試中，DUT仍必須在方位角和仰角自由度上進行萬向連接，而不在X和Y平移自由度上進行。該旋轉運動及其控制是復雜的，并且可能比XY平面平移更慢。此外，通過使用多個探頭喇叭進行并行采集加速可能并不簡單。例如，如果N個喇叭同時采集信號，則當掃描平面或圓柱時，加速因子為N。但是，當掃描球體(這是期望的遠場幾何形狀)時，會遇到冗余方位角-仰角坐標訪問。因此，加速因子小于N。