빠른 테스트를 위한 수동 배열 안테나의 OTA 특성 분석

시장 트렌드

무선 및 위성 통신 산업에서 빔포밍 기술을 선호하는 사례가 점차 증가하고 있습니다.

무선 셀룰러 업계는 현재 4G에서 5G로 전환하는 단계입니다. 상용 5G 네트워크를 구축하려면 많은 수의 SC(Small Cell)를 배포해야 합니다. 빔포밍에 사용되는 복수 소자 배열 안테나를 탑재한 많은 기지국에서 이와 같은 인프라 업그레이드를 지원합니다.

5G용 UE(User Equipment)의 프로토타입은 적응형 빔포밍 및 빔스티어링을 지원하는 배열 안테나로 설계되고 있습니다.

위성 통신 산업에서 지구 저궤도도(LEO)의 위성 수가 크게 증가함에 따라 지구국의 기존 파라볼라 접시형 안테나를 빔포밍 배열 안테나로 교체해야 할 필요성이 나타났습니다. LEO 위성은 매우 빠르게 이동하며, 중계기의 대역폭도 더 넓습니다. 지구국 안테나가 통신을 유지하려면 매우 정확한 빔 포인팅으로 빔을 전자적으로 움직일 수 있어야 합니다. 따라서 R&D 단계에서 각 개별 배열의 코드북을 생성하는 것이 중요합니다.

이러한 수동 안테나 배열은 모두 능동 빔포밍 안테나 시스템에 통합하기 전에 R&D 연구소뿐만 아니라 생산 라인에서도 테스트 및 검증해야 합니다. 제조 또는 설계상 결함을 조기에 발견하지 못한 상태에서 생산에서의 수동 위상 안테나 테스트의 중요성을 간과한다면 많은 추가 비용이 필요할 수 있습니다.

측정 과제

안테나의 방사 패턴(예: 각각 다른 편파 모드의 크기 및 위상)을 측정하기 위해 네트워크 분석기를 사용하여 개별 안테나 소자의 반사 손실 또는 복수 수신기 시스템으로서의 전자파 무반사실을 테스트 및 특성 분석하는 기존 방식은 너무 많은 시간이 소모되고 배열 성능을 고려하지 않습니다. 복수 소자의 전체 S-파라미터 특성 분석 및 배열의 전송 빔포밍 성능 테스트는 높은 측정 속도에서 수행해야 합니다.

전송(TX) 모드 빔포밍 측정은 넓은 주파수 대역에서 교정을 유지하는 복수의 위상 동기 신호가 필요합니다.

빠른 생산 라인 테스트에서 핵심 요구 사항은 테스트 시간을 최소화하는 것입니다. 전체 재연결 주기를 수행하지 않고도 전체 S-파라미터 특성화 측정과 TX 빔포밍 측정 간 전자 전환이 가능할 경우 많은 시간을 절감할 수 있습니다.

로데슈바르즈 솔루션

R&S^®ZVA는 수동 안테나 배열의 모든 과제를 충족하는 로데슈바르즈 고유의 VNA(벡터 네트워크 분석기)입니다. R&S^®ZVA는 전체 S-파라미터 특성 분석 및 TX 빔포밍 측정 사이에서 전자적 전환이 가능합니다.

R&S^®ZVA에는 동시 능동화가 가능한 복수의 내부 소스가 탑재되어 있으며, 프로그래밍을 통해 임의 주파수, 위상, 진폭 오프셋, 신호 지연 성분의 신호를 발생할 수 있습니다. 가간섭성 소스의 수를 늘리려면 복수의 VNA를 캐스케이드 방식으로 연결해야 합니다. 위상 튜닝 알고리즘을 이용해 두 개 이상의 VNA를 데이지 체인 방식으로 연결하는 동시에 측정 평면에서 교정된 위상 관계를 유지할 수 있습니다. 안테나 소자 간 크로스토크와 상호 연결도 테스트해야 합니다. VNA는 벡터 오류 보정을 적용해 넓은 주파수 대역에서 신호를 정확히 발생 및 측정할 수 있습니다.

스펙트럼 분석기 또는 파워 센서를 수신기측의 Far field에 배치하여 안테나 방사 패턴을 검증하거나 배열의 TX 빔포밍 코드북을 생성합니다. 수신기는 다이내믹 레인지 요구 사항에 따라 다르게 선택합니다. AAUT(Antenna Array under Test)는 턴테이블 상단에 배치하고 사전 정의된 턴테이블 스캔 각도로 회전해야 합니다. 안테나 배열이 넓은 주파수 대역에서 작동하는 사례에서 빔 스퀸팅 효과를 줄이기 위해 위상 시프터보다 시간 지연 장치가 선호됩니다. R&S^®ZVA는 임의 위상 오프셋과 트루 신호 지연 지연을 모두 생성할 수 있습니다.

이 로데슈바르즈 솔루션은 연구소와 생산 라인에서 TX 빔포밍 수동 배열 안테나 테스트를 빠르고 정확하며 편리하게 수행할 수 있는 기능을 제공합니다.