5G毫米波测试如何进行？

在很长的一段时间内，毫米波（大于40GHz频段）主要用于军事领域，包括各种雷达,卫星通信等，民用应用也只限于微波点对点的应用中。由于工作在毫米波频段的同轴电缆和连接器等器件的设计开发难度比较大，很多公司的产品目前使用的连接方式还是以波导为主。目前毫米波在工业和消费类领域的应用也越来越多，研发工程师必须知晓测试系统中使用的同轴电缆给测试可能带来的问题。

市场展望

随着科技的发展,越来越多的行业和应用开始使用毫米波的频率。

5G — 随着智能手机用户的增加和各种手机应用软件的发展，对无线数据传输速率的要求与日俱增。原有的频谱资源已经非常拥挤，不能满足这些需求，急需新的频谱资源来满足这一需求。有鉴于此，2016年7月，美国FCC开放了将近11GHz的频谱资源： 27.5到28.35GHz, 37到38.6GHz，38.6到40GHz 和64 到71GHz，用于满足该需求。虽然5G还在研发中，目前来看，最快应用的将是家庭宽带毫米波接入。在此之后，将会在移动通信，基站中大规模应用，并会使用波束赋形天线技术来补偿信号在空间传输中产生的比较大的衰减。

汽车雷达 — 自动驾驶技术实现的前提条件是汽车要能感知并且规避障碍物（见图1）。因此汽车就需要一系列的雷达来探测和感知汽车周围的环境。为了提高雷达的分辨率，目前主要使用的频率是24GHz，77GHz和79GHz的毫米波频率。

图 1 汽车雷达的应用

60GHz Wi-Fi (WiGig) — 随着对高速传输速率需求的增加，在原有IEEE 的 802.11ac 无线局域网 (LAN)的基础上，发展了802.11ad的标准。802.11ad的频率范围定义为58到64 GHz，该频段是无需授权的频段。最近，该频段的频率范围扩展到了71GHz (FCC 第15部分)。802.11ad主要用于高速无线多媒体传输的应用，包括未压缩的高清晰度电视和实时的音乐和图片传输。

点对点微波回传 — 电信的数据传输应用中，一般使用光纤和微波两种方式。光纤的优势是数据传输速率高，但是缺点是部署麻烦。微波的优点是容易部署，适合基站回传的应用，被大量的使用。尤其是随着各种小基站，如picocells(微微基站), microcells(微基站) 和 metrocells(地下基站)的大量部署，微波回传也在被大量的使用。传统的微波回传频段是6, 11, 18, 23 和 38GHz。最新的60GHz微波回传频段是非授权频段，具有使用成本低的优势，但是缺点是60GHz频段受氧气分子吸收的影响，衰减比较大。目前有些微波回传使用的是80GHz的频段，常用的频段是E-BAND频段，频率范围覆盖71到76 GHz, 81 到 86 GHz 和 92 到 95 GHz。

安全和防务 — 雷达和卫星通信是毫米波在军工方面的主要应用。毫米波最近在安全领域也逐渐开始得到应用。利用毫米波特性开发的成像技术,可以使用非接触的方式探测金属和非金属,用于探测武器或者爆炸物。如果您近期会乘坐美国的航班的话，您有可能在美国的机场看到并使用这些毫米波成像设备。

毫米波应用的挑战

如上文所述，基于毫米波的诸多优点,可以开发很多的应用。然而，高频率的信号传输,也不可避免的带来高的传输损耗,低的测试重复性和外场测试困难等问题。射频和微波信号传播损耗vs.频率(f)与距离(d)的关系见下面的公式

在毫米波的频率，受到大气中，尤其是氧气分子的影响，还会有比较大的大气传播衰减。图2显示了大气传播衰减和频率之间的关系。在60GHz的频段，由于氧气分子对电磁波吸收的加剧，会出现一个衰减的峰值。正因为60GHz传输衰减比较大，传输距离相对短，同频干扰也相对少，因此政府将60GHz频段规定为非授权的频段。同时，衰减较大对测试也带来了挑战，测试仪表需要比较大的输出功率或比较高的接收灵敏度来保证测试的精度。

当频率到70GHz的时候，同轴连接器内导体的直径只有0.5mm，该尺寸已经接近车床机械加工能力的极限，连接器上任何的毛刺甚至灰尘都会影响连接器的在毫米波频段的匹配性能。相对于低频连接器，在使用高频连接器的时候，要务必小心，以免损坏。并且建议在每次使用之前，使用放大镜检查和进行清洁，并且使用力矩扳手进行连接。

图2 大气传播衰减 VS 频率

应对毫米波测试的挑战

频谱仪是进行毫米波测试的关键的设备之一，配合信号源和天线，可以用于无线信道的衰落特性测试。在低频段，常用台式频谱仪和天线组成测试系统。天线一般放置在转台上，台式频谱仪放置在测试台上，两者之间使用同轴线连接。然而在毫米波频段，由于频率的增加，同轴线的损耗会急剧的增加。例如，在70G