圖4：來(lái)自基站天線陣列的電磁場(chǎng)。
對(duì)于到遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的數(shù)學(xué)變換，需要精確測(cè)量包圍被測(cè)設(shè)備三維表面上的相位和幅度，由此產(chǎn)生天線的2 維和3 維增益圖。遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)測(cè)量?jī)H需要用幅度計(jì)算天線的波束圖，如果需要也可以在OTA單點(diǎn)處測(cè)量。
對(duì)于小型設(shè)備(取決于波長(zhǎng))，例如用戶設(shè)備，對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)條件所需的暗室尺寸由測(cè)量波長(zhǎng)決定。
對(duì)于較大的設(shè)備，例如基站或大規(guī)模MIMO，所需的暗室尺寸可能變得非常大。如果測(cè)量系統(tǒng)能夠精確地對(duì)整個(gè)封閉表面上的電磁場(chǎng)的相位和幅度進(jìn)行采樣，則暗室尺寸可以大大減小。
在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)開(kāi)展測(cè)量，需要直接測(cè)量平面波幅度，并且這樣的暗室通常相當(dāng)大，暗室大小要綜合考慮被測(cè)設(shè)備尺寸和測(cè)量頻率。
雖然遠(yuǎn)場(chǎng)通常是在離開(kāi)被測(cè)設(shè)備適當(dāng)距離處測(cè)量，但是可以通過(guò)控制電磁場(chǎng)，使得近場(chǎng)暗室可以用于直接測(cè)量平面波幅度。有兩種技術(shù)：
? 緊湊型區(qū)域暗室，最經(jīng)常用于大型被測(cè)設(shè)備，如飛機(jī)和衛(wèi)星;
? 平面波轉(zhuǎn)換器(Plane Wave Converter, PWC)：在被測(cè)設(shè)備處創(chuàng)建平面波，這可以通過(guò)天線陣列替代測(cè)量天線實(shí)現(xiàn)。類(lèi)似于在光學(xué)系統(tǒng)中使用透鏡，天線陣列可以在被測(cè)設(shè)備區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)區(qū)位置生成平面遠(yuǎn)場(chǎng)。
近場(chǎng)測(cè)量
近場(chǎng)區(qū)測(cè)量需要在封閉表面(球形，線形或圓柱形)上采樣得到的場(chǎng)相位和幅度，以便使用傅立葉頻譜變換計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)幅度。
這種測(cè)量通常使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，如R&S ZNBT20，一端口接被測(cè)設(shè)備，另一端口接測(cè)量天線。對(duì)于有源天線或大規(guī)模MIMO，通常沒(méi)有專(zhuān)用天線端口或射頻端口，因此OTA測(cè)量系統(tǒng)必須能夠獲取相位以便完成到遠(yuǎn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)換。對(duì)于有源天線系統(tǒng)，有兩種獲取相位的方法：
? 干涉測(cè)量：具有已知相位的第二根天線用作參考。參考信號(hào)與含未知相位的被測(cè)設(shè)備信號(hào)混頻，使用信號(hào)后處理方法，可以獲得被測(cè)設(shè)備信號(hào)的相位，并用于近場(chǎng)到遠(yuǎn)場(chǎng)的變換。
? 多個(gè)面或探頭：第二個(gè)面用作相位參考，在兩個(gè)測(cè)量半徑間至少有一個(gè)波長(zhǎng)間隔。也可以使用具有不同天線場(chǎng)特性的兩個(gè)探頭來(lái)代替多個(gè)面。
這兩個(gè)探頭需要分開(kāi)至少半個(gè)波長(zhǎng)以盡量減小相互耦合。
如果選擇使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)，真正的多端口VNA(如R&S ZNBT20)具有測(cè)量天線單元間耦合的額外優(yōu)勢(shì)。采用多個(gè)接收機(jī)而不是使用開(kāi)關(guān) — 同時(shí)執(zhí)行測(cè)試減少了測(cè)試時(shí)長(zhǎng)，并且能更好地執(zhí)行完整的互耦合測(cè)量。
結(jié)論
天線陣列將在未來(lái)的無(wú)線通信中發(fā)揮重要作用。然而在它們的研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中遇到的挑戰(zhàn)使得完整測(cè)試對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。射頻測(cè)試端口消失以及使用厘米波和毫米波頻率，使得OTA測(cè)試成為表征不僅大規(guī)模MIMO 陣列，而且內(nèi)部收發(fā)器性能的必要手段。這將會(huì)推動(dòng)OTA暗室和測(cè)量設(shè)備的大量需求，以便滿足測(cè)量天線輻射特性和收發(fā)器性能的嚴(yán)格要求。
