成渝信通院毫米波(mmw)紧缩场测试系统介绍
成渝信息通信研究院(简称“成渝信通院”)是中国信息通信研究院设立在四川成都的全资子公司和综合平台型研究院,于2021年2月正式成立,遵循“国家高端专业智库 产业创新发展平台”定位开展工作,全面延申中国信息通信研究院的科研、检测、规划、政策等全方面能力,致力于服务“成渝地区双城经济圈”数字经济高质量发展和信息通信产业技术全面升级。
成渝信通院总部基地位于成都芯谷研创城11区信创园,在川主要开展包括信息咨询、技术咨询、规划咨询和管理咨询等技术咨询服务;5G基站及终端、通信芯片模组及通信设备、无线电监管设备的研究、研发、生产和认证等全生命周期实验测试等检测及测试服务;北斗平台等信息通信技术公共服务;工业互联网及智慧城市相关业务等。
随着对天线与雷达目标特性研究的不断深入,尤其是电大尺寸目标与天线、超低副瓣天线以及目标探测与识别的研究发展,人们对测量的要求也在不断提高,主要表现在测量距离、电磁环境、测量设备三个方面。
首先,为保证天线与目标特性测量的客观、准确,测量必须在一个满足远区条件的场地中进行。在通信和雷达系统的实际工作条件下,接收天线或者雷达需要探测的目标与发射天线的距离往往远大于天线口径和天线的电尺寸,即接收天线或目标处于发射天线远区场的一个很小的局部区域,此时发射天线辐射至接收机或者目标处的电磁波非常接近于均匀平面波。为保证测量条件与实际工作条件接近,理想测量场地应能保证均匀平面波照射待测天线或目标。
第二,为保证足够的测量精度,应使测量场地反射波和外界辐射源的影响降低到最低限度,测量对电磁环境的要求较高。如果可能,都应使测量在电波无回波屏蔽室内完成,这将非常可能导致远区距离需求与室内有限空间之间的矛盾。
第三,测量设备应该能够提供不同极化状态、宽频带的幅度和相位信息,并且具有足够的精度和较高的测量效率。
紧缩场测量系统能满足天线与目标特性测量的测量距离、电磁环境、测量设备三方面要求。
成渝信通院的毫米波(mmw)紧缩场测试实验室是目前我国西部地区最大的、最先进的民用通信行业毫米波检测实验室,也是目前国内移动通信行业中自动化程度最高、运动轴系最多、检测设备精度最高的检测实验室,可满足5G、6G通信同时兼容军用相控阵雷达产品的有/无源OTA测量的需求。实验室建设采用了多个国内外领先技术,其中反射面采用国际最先进的卷边技术方案,反射面表面精度可达20um,纹波小于0.45dB。转台采用定制开发设计的具有六轴电动、七自由度测量功能的大型U型转台,整体系统检测精度高达0.01°。馈源采用中心馈源设计,静区尺寸可达2.0mx2.0mx2.0。
测试系统同时配备了由我院自主研发,具有独立知识产权的OTA自动化测试系统,该系统是当前业界测试能力最全面、通用性最强、兼容性和扩展性最好的OTA测试系统主控软件,可实现七自由度设备一键自动完成产品有/无源OTA测量。
支持的测试项目包括无源测试:支持所有方向性指标测试,总发射功率(TRP),2D/3D辐射方向图,接收灵敏度(TIS),极化方向图(线极化/圆极化/交叉极化),天线增益和方向性,波束宽度和指向,旁瓣电平,频率误差,轴比,功率比等;有源测试:总发射功率(TRP),接收灵敏度(TIS),等效全向辐射功率(EIRP/ERP),等效全向接收灵敏度(EIS),误差向量(EVM),占用带宽,波束赋形方向图等
紧缩场基本原理及构成介绍
紧缩场测试系统构成:
屏蔽壳体:对空口测量环境与外界环境电磁隔离。
反射面与馈源系统:一般地,反射面为锯齿边或卷边。馈源可为单极化或双极化,馈源排布可为焦点单馈源或偏焦多馈源,反射面与馈源组成反射面与馈源系统,其性能以支持频率范围、形成静区尺寸和幅度和相位分布状态体现。不同紧缩场其由于焦距不同所产生空口损耗差异,对测量动态范围的影响,可通过有源放大设备以与补偿。发射机测试,反射面实现将基站辐射的电磁波反射汇聚后由馈源接收,输出至测量仪表。接收机测试,馈源辐射电磁波由反射面反射至被测基站,由基站设备接收后计算吞吐量。
载物转台系统:实现被测设备测量方向调整。
测量仪器仪表:矢量信号分析仪,基站发射机测量仪表;信号源,基站接收机测量仪表;矢量网络分析仪、功率计,场地校准仪表。
射频链路系统:波导连接器、同轴电缆等,以实现馈源系统与测量仪表的连接;滤波器和放大器等,以满足测量动态范围需要。
控制系统:控制载物转台、测量仪表、馈源系统等实现测量控制与数据采集处理。
紧缩场测试系统示意图
紧缩场测试原理:
远场天线测量的条件是要使天线表面的最大相位差≤π/8,才能得到一个稳定的测量结果,但是远场距离随着天线频率的上升而不断增大。
紧缩场通过馈源发射球面波,经过一个或多个反射面镜的反射和转换后,将形成符合天线远场测量的准平面波,紧缩场可以实现较低的相位偏差,同时相比远场能够显著减小测量距离。
反射面的工作原理可以用抛物面原理解释。根据抛物面光学原理,馈源的信号经过抛物面反射,会形成平行电磁波波束,且到传播方向的截面上任一位置上的传播路径相等,因此可形成等相位面。紧缩场在主流的5G天线频段具有优质的静区性能,2-40GHz频段相位可实现±5°甚至±3°以内,达到准平面波条件,其相位特性较远场22.5°的相位波动更佳。