5G NR基站的OTA幅度一致性測試

摘? 要：5G NR基站具有多個天線輻射單元，通過單元之間相位加權形成不同波束指向。只有精確已知各單元之間的幅度和相位差異，才能夠準確地做相應的補償，從而實現精確波束成形。如何準確地實現單元間的幅度和相位差異測試，或者稱為幅相一致性測試，將是保證基站整體輻射性能的關鍵。

關鍵詞：5G NR基站;波束指向; 幅相一致性;OTA

前言：

對于5G NR基站單元間幅相一致性測試，主要包括閉環測試和空間測試（Over The Air，OTA）兩種類型。對于閉環測試，其優點是工作穩定、精度高、不受外界環境影響，但是這種方式沒有包含天線的幅相一致性公差、安裝誤差、連接電纜不一致的影響等，因此這種測試方式并沒有實現最終整個基站幅相一致性的配平。為此，對于整個天線陣列來說，采用空間測試（OTA）的方式進行幅相一致性的配平是其必要的一個測試環節， 該方法的優點是不需要閉環測試復雜的開關網絡，系統連接簡單，可全面校準影響天線陣列通道間幅相一致性的各個環節。本文以5G NR基站幅度校準為例，介紹一種適用于產線的OTA幅度一致性測試方法。

一、電波暗箱設計

OTA測試在屏蔽暗箱內進行，暗箱整體布局如圖1所示，采用2mm鍍鋅鋼板屏蔽處理，屏蔽效能不小于70dB，鋼板之間安裝采用拼裝工藝，方便拆卸、運輸和安裝。

5G NR基站放置于暗箱內黃色底板上方，底板下面有傳送帶，每個基站天線輻射單元M×N個，每個單元均為±45°雙極化，在暗箱前后留有開口，一端為進料口，一端為出料口，暗箱側方有屏蔽氣動小門，頂部開口用于安裝探頭陣列，探頭陣列與基站輻射單元陣列呈鏡像關系，即探頭陣列亦為M×N個，并且采用±45°雙極化探頭，探頭陣列通過射頻開關矩陣進行控制，射頻開關端口數為至少為2M*2N。

暗箱內部安裝聚氨酯型吸波材料，吸波材料反射電平<-35dB@ FR2，暗箱頂部和底部安裝通風波導窗，底部為自然進風口，頂部采用風扇進行排風，帶動暗箱內部氣體流動，對基站天線進行冷卻。電纜進出暗箱通過墻體信號接口板，接口板預留射頻接口、RJ45、光纖接口等，方便與暗箱內基站天線進行通信及供電。

二、測試流程

1. 探頭一致性校準

測試前需要對探頭陣列進行幅度一致性校準，排除探頭間差異對測試造成的影響。校準原理如圖3所示。

校準示意如圖4所示，將喇叭天線分別置于每個探頭下方，控制開關矩陣切換喇叭對應探頭，測得每個探頭的幅度即相位，測試中采用矢量網絡分析儀，若探頭之間幅度差異較大，通過調節探頭、電纜及開關無法減小探頭接收差異，則可以對每個探頭通道進行幅度補償。

補償時為了減少人為操作誤差，建議重復測試幾組探頭數據，采用平均值校平探頭差異。

本文采用4×8探頭陣列，其幅度分布如圖5所示，探頭接收功率峰峰值有2.5dB差異，選擇最大值-38.74dB（也可以選其他值）對探頭幅度進行歸一化，得到補償數據如圖6所示。

2. 基站單元幅度一致性測試步驟

測試示意如圖7所示，將基站置于暗箱內黃色底板上，置于探頭組正下方。

1）將基站天線通過進料口送入暗箱內，連接電源線及控制線，確保暗箱風扇及基站天線工作;

2）控制開關矩陣及基站天線輻射單元，測試中確保基站同一時刻只有一個輻射單元工作，其他單元處理關閉狀態，開關切換至對應探頭進行信號接收，隨后切換至下一通道，最終得到基站某一頻率下陣面幅度分布;

3）對采集到的數據進行探頭補償求得基站單元幅度分布，對基站單元幅度進行計算，按照陣面天線配平數據格式，生成幅度誤差校準數據矩陣，對基站進行配平;

4）對配平后的陣列天線，再進行一邊步驟2）測試，判斷各通道幅度誤差是否符合工程要求，如果不滿足要求，則再重復一次步驟3）迭代過程，直至滿足要求。

結語：隨著5G NR通信的快速發展，必然催生大批量5G NR測試系統的需求，本方案適用于產線測試，可以快速測試基站每個輻射單元幅度信息，提高產品測試效率，通過探頭補償功能，測試結果準確可靠。

參考文獻：

[1] 程開明.相控陣天線快速測量與校準技術研究[D].西安：西安電子科技大學.2014.12

[2] 張光義. 相控陣雷達原理[M]. 國防工業出版社，2009.12

作者簡介：宮長波 1985年5月，男，民族漢，籍貫吉林，南京航空航天大學本科應用物理學專業，初級工程師，主要從事OTA測試