5G大规模MIMO天线阵列3D OTA测试

维和3 维增益图。远场区测量仅需要用幅度计算天线的波束图，如果需要也可以在OTA单点处测量。

对于小型设备（取决于波长），例如用户设备，对于远场条件所需的暗室尺寸由测量波长决定。

对于较大的设备，例如基站或大规模MIMO，所需的暗室尺寸可能变得非常大。如果测量系统能够精确地对整个封闭表面上的电磁场的相位和幅度进行采样，则暗室尺寸可以大大减小。

在远场区开展测量，需要直接测量平面波幅度，并且这样的暗室通常相当大，暗室大小要综合考虑被测设备尺寸和测量频率。

虽然远场通常是在离开被测设备适当距离处测量，但是可以通过控制电磁场，使得近场暗室可以用于直接测量平面波幅度。有两种技术：

• 紧凑型区域暗室，最经常用于大型被测设备，如飞机和卫星；

• 平面波转换器(Plane Wave Converter, PWC)：在被测设备处创建平面波，这可以通过天线阵列替代测量天线实现。类似于在光学系统中使用透镜，天线阵列可以在被测设备区域内的目标区位置生成平面远场。

近场测量

近场区测量需要在封闭表面（球形，线形或圆柱形）上采样得到的场相位和幅度，以便使用傅立叶频谱变换计算远场幅度。

这种测量通常使用矢量网络分析仪，如R&S ZNBT20，一端口接被测设备，另一端口接测量天线。对于有源天线或大规模MIMO，通常没有专用天线端口或射频端口，因此OTA测量系统必须能够获取相位以便完成到远场的转换。对于有源天线系统，有两种获取相位的方法：

• 干涉测量：具有已知相位的第二根天线用作参考。参考信号与含未知相位的被测设备信号混频，使用信号后处理方法，可以获得被测设备信号的相位，并用于近场到远场的变换。

• 多个面或探头：第二个面用作相位参考，在两个测量半径间至少有一个波长间隔。也可以使用具有不同天线场特性的两个探头来代替多个面。

这两个探头需要分开至少半个波长以尽量减小相互耦合。

如果选择使用矢量网络分析仪(VNA)，真正的多端口VNA（如R&S ZNBT20）具有测量天线单元间耦合的额外优势。采用多个接收机而不是使用开关 — 同时执行测试减少了测试时长，并且能更好地执行完整的互耦合测量。

结论

天线阵列将在未来的无线通信中发挥重要作用。然而在它们的研发、设计和生产中遇到的挑战使得完整测试对于实现最佳性能至关重要。射频测试端口消失以及使用厘米波和毫米波频率，使得OTA测试成为表征不仅大规模MIMO 阵列，而且内部收发器性能的必要手段。这将会推动OTA暗室和测量设备的大量需求，以便满足测量天线辐射特性和收发器性能的严格要求。