5G基站天线OTA测试方法研究

中国移动通信集团江苏有限公司南京分公司 倪 琨

引言：随着我国经济的快速发展，各行各业都取得了非常大的成就，尤其是互联网行业发展特别迅速，人们的生活水平得到了显著提升，人们对美好生活的追求变得越来越强烈，本文对5G基站天线OTA相关测试方法做出了详细的分析。本文介绍了5G基站天线OTA测试能够给人们带来什么，非常仔细的研究了远场、紧缩场、多探头近场、单探头近场等四种OTA测试方法，凭借一些实践来对这几种方法的优缺点做出了很好的比较研究，说明白了现阶段5G基站天线OTA测试可能会出现的一些不良状况，并且给出一些切实可行的解决方案。

1.前言

现阶段通信行业发展特别迅速，人们对移动通信具有更高的要求，5G移动通信技术可以达到人们的期待，因为它速度更快，容量特别大，而且可靠性比较高。5G移动通信的主要技术有大规模MIMO有源天线技术，它能够凭借空间很好利用使得频谱利用效率得到最大程度上的提升，充分利用新式编码技术能够在最大程度上使得通信系统容量变得比以前更大，通信速率也比以前更快。所以，这样的技术得到了非常广泛的应用，接下来就应该考虑5G基站天线怎么样开展测试的问题。以前的基站天线与RRU不是连在一块的，它们是借助射频线缆得到很好的连接，比较独立，性能不会受到彼此的影响，它们各自的性能能够凭借独立测试做出很好的检验（IMT-2020（5G）推进组.5G愿景与需求白皮书,2014;王志勤,罗振东,魏克军.5G业务需求分析及技术标准进程，中兴通讯技）。对于天线的辐射性能该怎么样进行测试，相关工作人员能够利用远场或近场方式进行这样的工作，往往有一些方法是用的最普遍的，现阶段用的最普遍的测试方法就是无源天线的远场或近场测试。 关于RRU的射频指标该怎么样才能够得到呢，有一种方法就是凭借传导方式来获得。可以去看一下以前的基站测试方式，这样就会不难得到将有源天线系统分开来，分别为无源天线阵列和RRU，然后再对它们做出天线辐射性能与射频传导测试（董爱先,王学军.第5代移动通信技术及发展趋势.通信技术,2014(3);夏威,刘冰华.5G概述及关键技术简介.电脑与电信,2014,55(8)）。然而实际情况就是，按照测试得到的结果，分开来测试得到的结果与没有分开得到的结果是不一样的。之所以会出现这样的结果，主要是由于天线与RRU集成在一块的时候，其一是因为像电磁耦合、有源驻波等一些对测试结果造成影响的因素仍然存在；其二，怎么样来对有源天线进行校准及幅相加权，能够凭借所有射频通道上的全部有源器件一起起作用来实现这样的事情，与无源天线阵列凭借无源的功分网络做出幅相加权的方式具有非常大的区别差别很大。

2.5G基站天线OTA测试方案

天线的辐射性能一般在其辐射近场区或远场区以OTA方式进行测试。天线辐射近场、远场的分界为：源天线发射的球面波前到达被测天线中心和边缘的波程差为λ/16。换算为距离上的判断依据为d=2D2/λ，其中，d为探测点与被测天线的距离，D为被测天线的口径，λ为被测天线所发射电磁波波长。据此，天线测试分为远场测试和近场测试两大类，而不同的测试方案会导致测试结果的差异。下面介绍几种经典的有源天线OTA测试方案。

2.1 远场测试方案

远场测试为一种比较简单的测试方式，当它测试特别远的时候，入射波在接收面上几乎与平面波一模一样。远场测试系统，被测件可以在

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垂直面和水平面内360º旋转，测试探头位置固定，可以极化旋转。该测试系统可以测试5G基站天线的波束赋形方向图和EIRP（ Effective Isotropic Radiated Power，有效全向辐射功率）、 EVM（ Error Vector Magnitude，误差向量幅度）、占用带宽、 EIS（ Effective Isotropic Sensitive，有效全向灵敏度）等射频辐射指标。

2.2 紧缩场测试方案

紧缩场测试是一种远场测试方式，它可以利用反射镜或透镜把位于焦点处的馈源发出的球面波转换为平面波，这样就可以使得有限物理空间里边的远场测试可以被很好的完成。抛物面单反射镜紧缩场测试系统，可以测试5 G基站天线的波束赋形方向图和E I R P、EVM、占用带宽、 ACLR（ Adjacent Channel LeakagePower Ration，相邻频道泄露功率比）、 EIS、 ACS（ Adjacent Channel Selectivity，临道选择性）等射频辐射指标。

2.3 多探头球面近场测试方案

近场测试是在被测天线的辐射近场区采集幅度和相位信息，然后通过近远场转换算法将采集数据转换为远场方向图。多探头球面近场测试系统，在被测件辐射近场内沿圆周上布置大量探头，被测件仅需旋转180 o即被采集到整个辐射球面的数据。该系统可以测试CW模式下的5G基站天线的波束赋形方向图（张长青.面向5G的非正交多址接入技术的比较.电信网技术,2015(11)）。

2.4 单探头近场测试系统

单探头近场测试这种测试方法的缺点就是测试过程比较繁琐，用的时间比较长，但是它的结构没有那么复杂，空间占有率比较低。非常小规模的近场测试，需要做出测试的物体可以在水平面里边做出旋转动作，探头可以在垂直面里边做出旋转动作，系统在两个转动轴配合下能够得到一个辐射球面的相关数据。这种系统能够测试处于CW模式情况下的5G基站天线的方向图，而且还能够测试处于业务信号模式下的相关一系列指标，然而得到的测试结果需要做出合理的研究。

3.各测试方案优缺点对比

远场测试具有的长处为：因为接收天线与发射天线之间具有非常大的一段距离，这就超过远场判据非常多，电磁波从发射天线到接收天线的过程当中几乎就和平面波一样，得到的数据没有必要进行近远场转换，相关装置能够发射大功率信号，能够对调制宽带信号做出非常合理的测试，这就使得特别多的用户能够在同一时间开展测试工作。不好的地方就是：由于在进行测试工作的时候要求它的测试距离必须比远场判据大，所以就需要占据非常大的土地面积，建设所需费用比较高。以口径为1m，工作在3.5 GHz频段的天线为例，按照判据公式可以知道必须超过25米就是远场。当测试距离比较远的时候，电磁波辐射也是特别像平面波，然而就在这个时候会利用到非常多的空间。除此之外，因为远场测试往往只有很少的探头，因此单次测试得到的非常少，仅仅

ELECTRONICS WORLD・探索与观察可以得到天线辐射球面里边的一个切面，假如特别想知道整个辐射球面的3D方向图，就一定要在多个切面上进行一些合理的测量，这就使得测试时间和测试成本增加了许多。紧缩场测试非常好的地方就是：与远场作比较大大减少了土地占地面积，进一步使得相关费用变得更加的少。这样得到的测试结果还是可以的，可以非常合理测试CW波和业务信号。这是因为路径损耗变得减少，它与远场相比有很多优势，它能够测量的射频辐射指标比起别的测试方法来说特别多。不好的地方就是：和远场测试方法相类似，没有非常合适的方法来对3D方向图做出测试，还有就是反射镜非常的贵，同时以后在进行维护的时候机会需要特别多的钱。多探头球面近场测试具有非常多的长处为：不需要占用非常大的土地面积，能够一次测试得到3D方向图，能够很好的完成测试，不会占用特别多的空间，处于CW模式时候得到的测试结果与远场大同小异。不好的地方就是：功率达到一定时系统就会接收不到，当5G基站在进行满功率发射的时候，相关接收装置一定要在前面设置衰减器；经过测量得到的一些结果一定要做出合理的处理再进行近远场转换；在进行近远场转换工作的时候一定要具备参考相位，现阶段因为参考相位的情况，处于业务信号模式之下得到的测量结论仍然达不到相关要求（张瑞艳,邵哲,曹景阳.大规模阵列天线基站的OTA测试方法研究.移动通信,2017,41(5)）。单探头近场测试的优点是：空间占有率比较小，暗室建设所需费用比较少，转台结构没有那么复杂，能够非常方便的进行安装和拆卸相关装置，空间损耗比较少，在CW模式情况之下测试得到的结论没有什么区别。缺点是：由于结构具有非常大的差别，就得不到非常完整的相关数据；就只有一个探头，测试3D方向图的时候没有多探头的效果好；得到的一些数据必须做出近远场转换。

辐射性能的测试工作来说，现阶段远场测试方法由于距离比较远就会产生非常多的路径损耗，因此仅仅可以测试功率相对高一点的物理量。就功率相对比较小的下行射频指标，由于测试距离非常大就会逐渐衰减到非常小，不容易进行测试工作（唐伟生,谢泽明.TD-SCDMA终端OTA测试系统的设计.微计算机信息,2010,26(12)；张士选,李勇,张福顺,等.超低副瓣天线近场测试关键技术探讨.西安电子科技大学学报：自然科学版,2000,27(3)）。在进行测试上行指标的过程当中，相关辅助信号源发发射出来的相关信号通过非常远的距离以后就会变得非常弱，难以达到 ACS、带内阻塞、共址阻塞等射频指标测试所需的功率水平，这就使得相关测试工作变得更加不容易。虽然近场测试的方法不会有太多的路径损耗，方案虽然路径损耗比远场低得多，然而还是会存在非常多的问题需要去处理，射频辐射测试得到的结论和理论值还是会有非常大的差异。

5.结束语

综上所述，随着我国经济的快速发展，各行各业都取得了非常大的成就，尤其是互联网行业发展特别迅速，人们的生活水平得到了显著提升，人们对美好生活的追求变得越来越强烈，本文对5G基站天线OTA相关测试方法做出了详细的分析。凭借这个企业的5G基站装置可以很好的分析了远场、紧缩场、多探头近场、单探头近场等多种OTA测试手段，对所有地方建设所需要的成本、测试水平怎么样和测试效率做出了合理研究，得到了测试过程当中可能会遇到的不良状况以及应对的解决措施，给将来的5G基站天线OTA测试带来一些参考意义。

4.面临的问题和解决方案

现阶段的OTA测试方案，不管是远场方案还是近场方案，都能在CW模式下测试5G基站天线的辐射方向图。但是就射频指标

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2.3 不良发生膜层

采用2.2节异物来源分析方法，对某65英寸 4K TV产品厂内、终端用户返回DGS、GCS和DCS线不良发生层进行统计，确定短期线不良与潜在线不良发生的初始膜层，结果见图5。潜在的线不良，是引起潜在线不良的重要异常膜层。因此，GI层及前工序、Cell内异物引起DGS、GCS和DCS线不良高发的风险批次，在终端用户使用中爆发线不良的风险较高；栅极绝缘层GI层是保证Gate、Data、Com三种信号线相互绝缘的关键膜层，加强对1st ITO、Gate、GI、PVX层的异物检测与管控是拦截线不良的重要手段；在模组前端加强管控既可节约生产成本，又可无差别拦截潜在线不良，提高拦截效率，减少终端用户抱怨，具有十分重要的应用意义。3.结论

利用聚焦离子束-能谱等现代分析技术，依据DGS、GCS和DCS线不良微区形貌、成分、衬度信息，研究超大尺寸、高分辨率TFT-LCD产品线不良原理、微区异物成分分析方法、线不良发生的关键膜层可知：（1）固体、液体异物直接作用于栅极绝缘层，导致绝缘层破损，造成DGS、GCS和DCS线不良；过渡金属和微小非金属敏感性异物促进SiNx绝缘层的局部快速成膜，加剧异物残留点位的膜层不均。（2）1st ITO、Gate、GI、PVX是造成膜层异常引起DGS、GCS和DCS线不良的主要膜层，而造成潜在线不良的异物主要来源于Gate、GI、PVX膜层，栅极绝缘层GI层是保证Gate、Data、Com三种信号线相互绝缘的关键膜层。

作者简介：林敏（1993—），男，硕士研究生，中级工程师，主要研究领域为大尺寸TFT-LCD产品信赖性，高纯石英及矿物学等，ORCID：0000-0002-2975-3386。

图5 厂内与终端用户返回屏DGS、GCS和DCS线不良发生层栅极绝缘层及其前工序异物引起面内DGS、GCS和DCS线不良占比达91.5%，终端用户返回屏中线不良异物几乎全部集中于Gate、GI与PVX层。由图5可知，1st ITO、Gate、GI、PVX是造成膜层异常引起DGS、GCS和DCS线不良的主要膜层，而造成潜在线不良的异物主要来源于Gate、GI、PVX膜层；此外，PVX层异物在终端用户返回屏中占比17.6%，表明Cell内异物在运输、检测、使用过程中易引起• 35 •