关于S公司的5G NR毫米波多天线OTA功率测试方案的分享和介绍

作为5G网络的重要组成部分，5G NR毫米波全球最有可能优先部署在26GHz/28GHz/39GHz频段。5G NR毫米波无线终端将使用多天线和波束成形技术，无线终端的天线阵列射频指标需要OTA测量，罗德与施瓦茨公司的R&S NRPM OTA测试方案，配合R&S TS7124多天线屏蔽箱，可以让研发和生产的用户测试被测件多天线端口的输出功率和波束成形的功能。

一、引言

3D/超高清视频远程呈现、虚拟现实等引领我们进入下一个沉浸式多媒体体验时代的技术，需要我们拥有极致的，数千兆比特每秒（Gbps）的数据传输速率。在5G中，能够实现这种极致无线宽带体验的技术关键，就是毫米波。在26GHz,28GHz和39GHz频段毫米波有大量可用的高频段频谱，可提供数千兆比特每秒的极致数据传输速度的带宽和容量，利用大规模天线阵列Massive MIMO配合波束赋形技术，使得毫米波可以应用于无线宽带服务。使用毫米波的无线终端或模块都不再提供射频测试接口，因此无法采用传统的传导方法测试，而必须通过空口（OTA）测试。而微波测试系统很复杂，且微波测试仪器都非常昂贵，对很多使用者来说，不够经济实惠。

二、R&S NRPM OTA功率测试方案的组成

R&S NRPM OTA功率测试方案有以下几部分组成：单极化天线模块R&S NRPM-A81，三通道功率传感器模块R&S NRMP3，功率监控软件R&S Power Viewer Plus，和用于屏蔽箱带滤波功能的直通模块R&S NRPM-ZD3，各部分间的关系如图一所示：

图一 NRPM OTA功率测试系统组成示意图

R&S NRMP-A81是一个低反射，单极化的Vivaldi天线，支持的频率范围从22GHz到81GHz，能完全覆盖5G NR的频率范围。同时R&S NRPM-A81天线上集成了用于功率测量的二极管检波器，直接在天线端完成功率测量，不需要额外的射频线和适配器，出厂时已完成增益补偿校准。与传统天线系统相比，NRPM-A81体积更小，测试不确定度更小，使得测试系统配置更简化，测量更稳定，精度更高。

R&S NRPM3是一个三通道传感器模块，它有三个通道，能同时处理来自三个NRPM-A81天线模块测到的功率值。

R&S Power Viewer Plus是一套功率监视的windows软件，能同时显示多个天线模块的连续测试功率值或测试功率曲线（测试界面如图二所示）。它最多支持同时连接4个NRPM3传感器，显示12个天线模块测试的平均功率值或测量曲线。R&S NRPM3传感器模块通过USB接口连接到安装有R&S Power Viewer Plus的电脑，如果被测件需要测试超过3个以上的天线时，就可以通过增加NRPM3的方式来满足多天线测试需要。

图二 R&S Power Viewer Plus测试界面

R&S NRPM-ZD3是一个用于屏蔽箱带滤波功能的直通模块，与屏蔽箱匹配，它用于将三个NRMP-A81天线模块合成到一个连接器口，接入到屏蔽箱外面的NRPM3传感器。

三、R&S TS7124屏蔽箱

屏蔽箱是射频测试中必不可少的，它能够减少射频干扰，使得测试结果更可靠。R&S TS7124屏蔽箱（如下图三所示）是罗德与施瓦茨公司开发的一套高隔离度，紧凑型屏蔽箱。

TS7124的箱体尺寸按照工业化标准设计，能集成到产线常见的19”机柜中；箱体屏蔽性能非常优秀，6GHz以内屏蔽性能达80dB以上，67GHz以内屏蔽性能达65dB以上；屏蔽箱门可以手动开合，也可以使用气动部件实现程序自动化控制开合，满足客户的多样化需求。

TS7124内部设计了独特的天线支架（图三中间图示），该支架可以安装多达6个NRMP-A81天线模块，且每个天线模块的位置可以在多个位置和角度进行调节，能够满足对被测件进行功率测试及2D和3D的多天线Beamforming功能测试。

图三 R&STS7124屏蔽箱

四、Beamforming功能测试

我们可以使用一个NRMP-A81（如图四左图示）来测试在特定方位的被测件的绝对功率。如果测试被测件天线的2D Beamforming功能，可以将多个NRMP-A81间隔一定的距离和角度放在同一个水平方向上（如图四中图所示），每个NRMP-A81都能够测量到被测件所有天线的总平均功率，当被测件的天线指向某个NRMP-A81时，该NRMP-A81测到的平均功率必然是最高的，这样可以判断被测件的Beamforming功能是否正常。同样的，如果测试被测件天线的3D Beamforming功能，可以在垂直方向根据需要放置多组2D Beamforming测试的NRMP-A81（如图四右图所示），通过Power Viewer Plus监测所有NRMP-A81天线模块的平均功率来判断被测件天线的波束指向，配合被测件波束指向的控制，实现3D Beamforming功能的测试。

图四 Beamforming天线测试示意图

五、结束语

罗德与施瓦茨公司的NRPM OTA功率测试方案，配合R&S TS7124屏蔽箱，构成了一套紧凑的，高可靠性的5G NR毫米波OTA功率测试方案。该方案结构简单，经济实惠，能满足客户对5G毫米波终端的实验室和产线OTA常规功率测试的需求。