文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200499
中文引用格式： 王正鵬，喬兆龍，張雨生，等. 5G平面波模擬器的研制與應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(7)：1-6.
英文引用格式： Wang Zhengpeng，Qiao Zhaolong，Zhang Yusheng，et al. The development and application of plane wave generator in 5G[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(7)：1-6.
0 引言
移動(dòng)通信技術(shù)在近40年的時(shí)間里取得了飛速的發(fā)展，如今進(jìn)入到了5G時(shí)代[1-5]。5G通信系統(tǒng)涵蓋了一系列新的關(guān)鍵技術(shù)，其中包括：大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等[6]。基站是構(gòu)成移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成設(shè)備，5G基站天線采用了大規(guī)模多輸入多輸出(Massive Multiple Input Multiple Output，Massive MIMO)天線陣列，其天線單元數(shù)目相較4G基站有了明顯的提高[7-9]。與此同時(shí)，基站天線與后端射頻組件的集成度也已經(jīng)大大提高，部分5G基站天線已經(jīng)不再提供測(cè)試端口，這些新的特點(diǎn)都促進(jìn)了空口(Over the Air，OTA)測(cè)試技術(shù)的快速發(fā)展[10-12]。
OTA測(cè)試不需要在被測(cè)基站天線上連接復(fù)雜的測(cè)試線纜，而只是以輻射的方式對(duì)基站天線整機(jī)進(jìn)行測(cè)試。目前可用于5G基站天線OTA測(cè)試的傳統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)包括：室內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)、緊縮場(chǎng)(反射式)和多探頭球面近場(chǎng)[13]等。然而室內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)所需空間過(guò)大，緊縮場(chǎng)造價(jià)較為昂貴，多探頭球面近場(chǎng)需要對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行近遠(yuǎn)場(chǎng)變換，無(wú)法對(duì)基站部分射頻信號(hào)和業(yè)務(wù)信號(hào)進(jìn)行直接測(cè)量[10]。平面波模擬器是一種新型的可用于5G基站天線測(cè)量的OTA測(cè)試裝置，其通過(guò)天線陣列和幅相調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在近場(chǎng)距離生成天線測(cè)試所需的準(zhǔn)平面波環(huán)境，從而滿足天線遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試條件。平面波模擬器具有尺寸緊湊、造價(jià)適宜和可以使用遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試方式對(duì)5G基站天線射頻和業(yè)務(wù)信號(hào)進(jìn)行直接測(cè)量的能力[14-18]。
從1984年開(kāi)始，已有眾多研究人員對(duì)平面波模擬器進(jìn)行了廣泛的研究，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的HILL D A首先提出了在近場(chǎng)區(qū)域使用相控陣列合成平面波用于電磁敏感測(cè)試的理論[19-20]。2002年，COURTNEY C C搭設(shè)了一個(gè)簡(jiǎn)易的平面波模擬器系統(tǒng)，測(cè)量過(guò)程采用了分時(shí)采樣的方法[21]。2003年，猶他州州立大學(xué)的HAUPT R使用遺傳算法對(duì)一種均勻線陣平面波模擬器進(jìn)行了仿真，所設(shè)計(jì)的靜區(qū)平面波幅度波動(dòng)小于2 dB，相位波動(dòng)能夠小于1°[22]。2009年，意大利學(xué)者D′URSO M為了節(jié)約仿真時(shí)間，提出了平面波模擬器的稀疏布陣方法[23]。2012年，北京航空航天大學(xué)王輝采用喇叭陣列天線的架構(gòu)對(duì)平面波模擬器進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)[24-25]。2013年，BUCCI O M結(jié)合前人的研究結(jié)果，給出了平面波模擬器的一系列設(shè)計(jì)指南[26]。而近年來(lái)，為了解決5G基站OTA測(cè)試面臨的諸多挑戰(zhàn)，一些研究人員開(kāi)始將平面波模擬器作為一種5G OTA測(cè)試系統(tǒng)展開(kāi)深入研究[14-18]。
本文主要針對(duì)北京航空航天大學(xué)在5G平面波模擬器的設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及典型應(yīng)用方面的工作進(jìn)行重點(diǎn)的介紹和論述。
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作者信息:
王正鵬，喬兆龍，張雨生，孫雪蕾，朱詩(shī)瑤，謝擁軍，苗俊剛
(北京航空航天大學(xué) 微波感知與安防應(yīng)用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100191)