Caracterização OTA de antenas de matriz passiva para testes rápidos

Teste de formação de feixe over-the-air (OTA)

Diagrama de radiação de antena de matriz linear simulado com quatro elementos; frequência de operação: 28 GHz; espaçamento de elemento: 16 mm.
Diagrama de radiação de antena de matriz linear simulado com quatro elementos; frequência de operação: 28 GHz; espaçamento de elemento: 16 mm.
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Tendência de mercado

A formação de feixe está se tornando cada vez mais a tecnologia de escolha tanto para o setor de comunicações sem fios quanto para o setor de comunicações por satélite.

A comunidade celular sem fio está atualmente em transição de 4G para 5G. Um lançamento de rede 5G comercial exigiria a implantação de um grande número de pequenas células (SC). Muitas estações base com antenas de matriz de elementos múltiplos usadas para formação de feixe suportarão essa atualização de infraestrutura.

Protótipos de equipamentos de usuário (UE) para aplicações 5G estão sendo concebidos com antenas matrizes que suportarão formação e orientação de feixe adaptáveis.

No setor de comunicações por satélite, um aumento significativo no número de satélites em órbita baixa da Terra (LEO) tornou necessário substituir as antenas parabólicas tradicionais das estações terrestres por antenas matrizes de formação de feixe. Os satélites LEO são extremamente rápidos e têm transponders de largura de banda mais ampla. As antenas de estações terrestres precisam ser capazes de direcionar eletronicamente o feixe com alta precisão de direcionamento dos feixes, a fim de manter as comunicações. Portanto, é importante na fase de P&D gerar um livro de códigos para cada matriz individual.

Todas essas matrizes de antenas passivas devem ser testadas e verificadas não apenas no laboratório de P&D, mas também na linha de produção antes de serem integradas em sistemas de antenas de formação de feixe ativas. Ignorar a importância de testar matrizes de fases passivas na produção pode ser caro se uma falha de fabricação ou projeto não for detectada no início.

Desafios de medição

A abordagem tradicional de uso de um analisador de rede para testar e caracterizar cada elemento de antena individual para perda de retorno ou de uma câmara anecoica como um sistema de múltiplos receptores para medir o padrão de radiação da antena, por exemplo, para diferentes modos de polarização para magnitude e fase, consome muito tempo e não leva em consideração o desempenho da matriz. A caracterização completa do parâmetro S de múltiplos elementos e o teste do desempenho de formação de feixe de transmissão da matriz devem ser feitos em alta velocidade de medição.

A medição da formação de feixe do modo de transmissão (TX) exigiria sinais coerentes de múltiplas fases que retêm a calibração em um amplo intervalo de frequência.

Um requisito fundamental para o teste rápido da linha de produção é minimizar o tempo de teste. A comutação eletrônica entre uma medição completa de caracterização do parâmetro S e a medição da formação de feixe de TX sem a necessidade de executar um ciclo de reconexão completo economizaria um tempo considerável.

A solução da Rohde & Schwarz

O R&S®ZVA é um analisador de rede vetorial (VNA) único que cumpre todos os desafios de testes de matrizes de antenas passivas. O R&S®ZVA pode alternar eletronicamente entre a caracterização completa do parâmetro S e a medição da formação de feixe de TX.

O R&S®ZVA é equipado com várias fontes internas que podem estar simultaneamente ativas e programadas para gerar sinais com frequência arbitrária, fase, desvios de amplitude e atrasos de sinal. Para aumentar o número de fontes coerentes, vários VNAs precisam ser colocados em cascata. Graças ao algoritmo de ajuste de fase, é possível fazer uma ligação em cascata de dois ou mais VNAs, mantendo a relação de fase calibrada no plano de medição. Diafonia e acoplamento mútuo entre os elementos da antena também podem ser testados. O VNA pode aplicar correção de erro vetorial para gerar e medir com precisão os sinais em um amplo intervalo de frequência.

Um analisador de espectro ou sensor de potência é colocado no campo distante no lado da recepção para verificar o padrão de radiação da antena ou gerar um livro de códigos de formação de feixe da TX de uma matriz. A escolha do receptor depende do requisito da faixa dinâmica. O arranjo de antenas sob teste (AAUT) precisa ser posicionado em cima de uma plataforma giratória e girado sobre um ângulo predefinido de varredura da plataforma giratória. Para atenuar o efeito de estreitamento do feixe em aplicações onde as matrizes de antenas operam em um amplo intervalo de frequência, os dispositivos de atraso de tempo são preferidos em relação aos deslocadores de fase. O R&S®ZVA pode gerar tanto desvios de fase arbitrários quanto atraso de tempo de sinal verdadeiro.

Dentro do laboratório e na linha de produção, esta solução da Rohde & Schwarz oferece velocidade, precisão e praticidade para testar antenas matrizes passivas de formação de feixe de TX.

Configuração de medição over-the-air para testar a formação de feixe de transmissão em matrizes de antena passiva
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