圖4：來自基站天線陣列的電磁場。

對于到遠場區(qū)的數(shù)學(xué)變換，需要精確測量包圍被測設(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。遠場區(qū)測量僅需要用幅度計算天線的波束圖，如果需要也可以在OTA單點處測量。

對于小型設(shè)備(取決于波長)，例如用戶設(shè)備，對于遠場條件所需的暗室尺寸由測量波長決定。

對于較大的設(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。如果測量系統(tǒng)能夠精確地對整個封閉表面上的電磁場的相位和幅度進行采樣，則暗室尺寸可以大大減小。
在遠場區(qū)開展測量，需要直接測量平面波幅度，并且這樣的暗室通常相當大，暗室大小要綜合考慮被測設(shè)備尺寸和測量頻率。

雖然遠場通常是在離開被測設(shè)備適當距離處測量，但是可以通過控制電磁場，使得近場暗室可以用于直接測量平面波幅度。有兩種技術(shù)：

? 緊湊型區(qū)域暗室，最經(jīng)常用于大型被測設(shè)備，如飛機和衛(wèi)星;

? 平面波轉(zhuǎn)換器(Plane Wave Converter, PWC)：在被測設(shè)備處創(chuàng)建平面波，這可以通過天線陣列替代測量天線實現(xiàn)。類似于在光學(xué)系統(tǒng)中使用透鏡，天線陣列可以在被測設(shè)備區(qū)域內(nèi)的目標區(qū)位置生成平面遠場。

近場測量

近場區(qū)測量需要在封閉表面(球形，線形或圓柱形)上采樣得到的場相位和幅度，以便使用傅立葉頻譜變換計算遠場幅度。

這種測量通常使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，如R&S ZNBT20，一端口接被測設(shè)備，另一端口接測量天線。對于有源天線或大規(guī)模MIMO，通常沒有專用天線端口或射頻端口，因此OTA測量系統(tǒng)必須能夠獲取相位以便完成到遠場的轉(zhuǎn)換。對于有源天線系統(tǒng)，有兩種獲取相位的方法：

? 干涉測量：具有已知相位的第二根天線用作參考。參考信號與含未知相位的被測設(shè)備信號混頻，使用信號后處理方法，可以獲得被測設(shè)備信號的相位，并用于近場到遠場的變換。

? 多個面或探頭：第二個面用作相位參考，在兩個測量半徑間至少有一個波長間隔。也可以使用具有不同天線場特性的兩個探頭來代替多個面。

這兩個探頭需要分開至少半個波長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)具有測量天線單元間耦合的額外優(yōu)勢。采用多個接收機而不是使用開關(guān) — 同時執(zhí)行測試減少了測試時長，并且能更好地執(zhí)行完整的互耦合測量。

結(jié)論

天線陣列將在未來的無線通信中發(fā)揮重要作用。然而在它們的研發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)中遇到的挑戰(zhàn)使得完整測試對于實現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。射頻測試端口消失以及使用厘米波和毫米波頻率，使得OTA測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。這將會推動OTA暗室和測量設(shè)備的大量需求，以便滿足測量天線輻射特性和收發(fā)器性能的嚴格要求。