Эфирное (OTA) измерение характеристик пассивных антенных решеток для быстрого проведения испытаний

Эфирные испытания формирования диаграммы направленности

Модель диаграммы направленности линейной антенной решетки из четырех элементов; рабочая частота: 28 ГГц; расстояние между элементами: 16 мм
Модель диаграммы направленности линейной антенной решетки из четырех элементов; рабочая частота: 28 ГГц; расстояние между элементами: 16 мм
Открытый Lightbox

Тенденции на рынке

Технология формирования диаграммы направленности все шире применяется в сфере беспроводной и спутниковой связи.

Сообщество сотовой беспроводной связи в настоящее время осуществляет переход от 4G к 5G. Для создания коммерческой сети 5G может потребоваться развертывание большого количества малых сот (SC). Для такого обновления инфраструктуры потребуется поддержка множества базовых станций с многоэлементными антенными решетками, используемыми для формирования диаграммы направленности.

Для систем 5G разрабатываются прототипы пользовательского оборудования с антенными решетками, которые будут поддерживать технологии адаптивного формирования диаграммы направленности и управления наведением луча.

В отрасли спутниковой связи значительное увеличение числа спутников на низкой околоземной орбите (НОО) обусловило необходимость замены традиционных параболических антенн наземных станций антенными решетками с формированием луча. Спутники на НОО перемещаются чрезвычайно быстро и несут передатчики с широкой полосой пропускания. Для поддержания надежной связи антенны наземных станций должны использовать электронное управление лучом с высокой точностью наведения. Поэтому на этапе НИОКР важно сгенерировать кодовую книгу для каждой отдельной антенной решетки.

Все эти пассивные антенные решетки должны пройти испытания не только в лаборатории НИОКР, но и на производственной линии перед встраиванием в антенные системы с активным формированием диаграммы направленности. Недооценка важности тщательных испытаний пассивных фазированных антенных решеток на производстве может обойтись достаточно дорого, если дефект изготовления или конструкции не будет обнаружен на ранней стадии.

Проблемы измерений

Традиционный подход с использованием анализатора цепей для проведения испытаний и определения потерь на отражение для каждого отдельного элемента антенны или с помощью безэховой камеры в качестве системы с множеством приемников для измерения диаграммы направленности антенны, например, при разных режимах поляризации, амплитудных и фазовых параметрах, является слишком трудоемким и не учитывает рабочие параметры антенной решетки. Определение полного набора S-параметров для нескольких элементов и испытания формирования диаграммы направленности антенной решеткой при передаче должны выполняться с высокой скоростью.

Измерение формирования диаграммы направленности в режиме передачи (TX) может потребовать использования множества когерентных по фазе сигналов, которые сохраняют калибровку в широком частотном диапазоне.

Ключевое требование для проведения испытаний на производственной линии — обеспечение минимального времени испытаний. Электронное переключение между измерением полного набора S-параметров и измерением формирования диаграммы направленности при передаче, устраняющее необходимость выполнять все соединения заново, может сэкономить значительное время.

Решение от компании Rohde & Schwarz

R&S®ZVA — уникальный векторный анализатор цепей (ВАЦ), отвечающий всем требованиям испытаний пассивных антенных решеток. R&S®ZVA может осуществлять электронное переключение между измерением полного набора S-параметров и измерением формирования диаграммы направленности при передаче.

Анализатор R&S®ZVA оснащен несколькими внутренними источниками, которые могут работать одновременно и которые можно запрограммировать на формирование сигналов с произвольными частотными, фазовыми, амплитудными смещениями и задержками. Чтобы увеличить количество когерентных источников, можно использовать каскадное подключение нескольких ВАЦ. Благодаря алгоритму фазовой настройки можно создать цепочку двух или более ВАЦ, сохраняя при этом калиброванное соотношение фаз в плоскости измерения. Также можно проверить перекрестные помехи и взаимную связь между элементами антенны. ВАЦ может применять коррекцию вектора ошибок для точного формирования и измерения сигналов в широком диапазоне частот.

Для проверки диаграммы направленности антенны или генерирования кодовой книги для формирования диаграммы направленности при передаче можно поместить анализатор спектра или датчик мощности в дальнем поле на стороне приема. Выбор приемника зависит от требований к динамическому диапазону. Испытуемую антенную решетку необходимо установить на поворотный стол и поворачивать на предварительно заданные углы сканирования. Для уменьшения эффекта расхождения луча в системах, где антенные решетки работают в широком диапазоне частот, устройства с временной задержкой предпочтительнее фазовращателей. Анализатор R&S®ZVA способен формировать как произвольные фазовые сдвиги, так и действительную временную задержку сигнала.

И в лаборатории, и на производственной линии этот прибор Rohde & Schwarz предлагает высокую скорость, точность и удобство испытаний пассивных антенных решеток с формированием диаграммы направленности при передаче.

Схема эфирных измерений для испытаний формирования диаграммы направленности пассивной антенной решетки при передаче
Схема эфирных измерений для испытаний формирования диаграммы направленности пассивной антенной решетки при передаче
Открытый Lightbox

Связанные решения