针对快速测试的无源阵列天线 OTA 特征校准

市场趋势

波束成形正日益成为无线和卫星通信行业的首选技术。

无线蜂窝小区正在从 4G 过渡到 5G。如要推出商用 5G 网络，需要部署大量微小区 (SC)。许多基站采用了多元阵列天线以支持波束成形，将支持此类基础设施升级。

适用于 5G 应用的用户设备 (UE) 原型正在采用阵列天线设计，以支持自适应波束成形和波束控制。

在卫星通信行业，随着近地轨道 (LEO) 卫星数量显著增长，需要将地球站的传统抛物面天线替换为波束成形阵列天线。LEO 卫星移动速度非常快，并且具备带宽更高的应答器。为保持通信，地球站天线需要能够以电子方式控制波束，并且具有出色的波束指向精度。因此，必须在研发阶段为每一个阵列生成一个电码本。

所有无源天线阵列必须要在研发实验室和生产线上进行测试和验证，之后才能集成到有源波束成形天线系统中。在早期没有检测到制造或设计缺陷的情况下，如果忽视在生产过程中测试无源相控阵列的重要性，会为此付出昂贵代价。

测量挑战

传统测量方式使用网络分析仪针对每个天线单元进行回波损耗测试和特征校准，或使用电波暗室作为多接收机系统以测量天线的辐射方向图（例如不同极化模式下的幅度和相位），但这种测量方法过于耗时，而且无法说明天线性能。因此，必须以高测量速度针对多个天线单元执行全 S 参数特征校准，并测试阵列的发射波束成形性能。

发射 (TX) 模式波束成形测量需要多个在宽频率范围内保持校准的相位相参信号。

快速生产线测试的一个关键要求就是尽量缩短测试时间。用户能够以电子方式切换全 S 参数特征校准测量和发射波束成形测量，并且无需执行完整的重新连接循环，因此可以节省大量时间。

罗德与施瓦茨解决方案

R&S^®ZVA 是一款独特的矢量网络分析仪 (VNA)，能够应对无源天线阵列测试的所有挑战。R&S^®ZVA 能够以电子方式切换全 S 参数特征校准和发射波束成形测量。

R&S^®ZVA 配有多个可同时激活的内部信号源，并且可以通过编程生成具有任意频率、相位、幅度偏移和信号延迟的信号。要增加相参信号源的数量，多个矢量网络分析仪必须级联。由于采用相位调谐算法，因此可以菊链式连接两个或更多矢量网络分析仪，同时在测量平面中维持校准的相位关系。此外还可以测试天线单元之间的串扰和互耦。矢量网络分析仪可以应用矢量误差校正，以准确生成和测量宽频率范围内的信号。

频谱分析仪或功率探头可以放置在接受侧远场端，以便验证天线辐射方向图或生成阵列的发射波束成形电码本。接收机的选择取决于动态范围要求。被测天线阵列 (AAUT) 需要放置在转盘顶部，并旋转预定义转盘扫描角度。对于天线阵列在宽频率范围内工作的应用，如要减少波束倾斜效应，延时装置比移相器更加适合。R&S^®ZVA 可以生成任意相位偏移和真信号延时。

无论是在实验室还是在生产线中，此罗德与施瓦茨解决方案均可以快速、准确、方便地测试无源阵列天线的发射波束成形。