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毫米波天线测量
Eravant,
formerly Sage Millimeter Inc.
新兴毫米波无线网络必须利用空间复用技术以有效地实现日益增加的信息传输,并使用多个天线来补偿发射功率的不足和传播中功率的高耗损。因此系统设计对高性能的通讯系统更为重要。这就要求系统研发者具有OTA(空中)天线测试的能力。尽管天线测试有多种选择,采用不同的方法,但这些选择都会面对若干共同的挑战。幸运的是,毫米波天线测试方法的选择正日益增多。图1展示了MilliBox开发的一个配有三轴转台的用于毫米波天线测试的紧缩场天线测试系统(CATR)。天线测量需要有深厚的电磁理论基础和分析能力,同时也需要专门的测试设施和训练有素的操作人才。根据测量策略及其目标的不同,许多潜在的误差源可能导致测试结果错误。有时测量天线的峰值增益看似一项简单直接的任务,仅需合适的发射天线、精心校准过的参考天线、信号源、信号检波器和一个相对无干扰的暗室即可。如果加上一个转台,就可以完成天线方向图测量。这样,适度地投资设备、人员和培训就可以达成目的。然而,天线方向图测量的准确性可能因人而异。这一潜在的问题我们必须了解。如果要准确地完成天线测量,测试人员需要扎实的电磁理论并对标准测量实践有全面深入的了解。当然,先进的测试设备和标准校准过程也是必不可少的。一些较为困难的测量任务包括交叉极化响应、低旁瓣水平和深零位的测量。交叉极化测量需要传输具有高极化纯度的信号或需要精确了解源极化的校正技术。目前一些顶级的天线测试装置在其测试信号中控制交叉极化度大约在-30或-40dB,这就会限制它们准确表征交叉极化响应的能力。测试环境的质量也限制了天线测量的动态范围。如果吸波暗室本身的反射损耗有限,那么对于-40dB、-50dB旁瓣水平或深零位的天线在测量时就变得难以实现或造成假旁瓣或低零位的错误结果。与射频和微波天线测量相比,毫米波天线测量涉及的波长较短。因此,毫米波天线测试系统通常较小。在30GHz及以上频率,发射天线与接收天线之间所需的距离通常是几米或更短,这使得天线测试系统对总占地面积的需求比较合理。但是,在更短的波长下,屏蔽测试环境免受外部信号的干扰可能更具挑战性。许多毫米波暗室不使用反射屏蔽机制,而是依赖吸波材料。目前远场天线测试设施通常采用模块化结构来实现。图2显示了来自mmWave Test Solutions的模块化测试系统。图2:模块化毫米波远场天线测试系统。资料来源:mmWave Test Solutions.天线测量系统大致可分为三类:远场、近场和紧缩场。远场测试通常设计简单、操作直接,更适合量产通信天线的测试。但缺点是占用空间大。远场测试通过源天线向待测天线(AUT)发射定向信号来获取天线响应。源天线通常采用低增益喇叭天线来方便地保证与被测天线的机械对准。另外,用扼流法兰馈电喇叭天线和波纹喇叭作为源天线的原因是它们的E面和H面方向图的对称性好、频响平坦度高、极化多样性和低交叉极化。其他常见的源天线还包括数倍频程的双脊和四脊喇叭天线。现代毫米波远场天线测试系统通常采用自动矢量网络分析仪(VNA)来生成和接收测试信号。图3展示了一个典型的远场天线测试系统。它配备了