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)不再提供測試端口，這些新的特點(diǎn)都促進(jìn)了空口(Over the Air，OTA)測試技術(shù)的快速發(fā)展^[10-12]。

    OTA測試不需要在被測基站天線上連接復(fù)雜的測試線纜，而只是以輻射的方式對(duì)基站天線整機(jī)進(jìn)行測試。目前可用于5G基站天線OTA測試的傳統(tǒng)測試場包括：室內(nèi)遠(yuǎn)場、緊縮場(反射式)和多探頭球面近場^[13]等。然而室內(nèi)遠(yuǎn)場所需空間過大，緊縮場造價(jià)較為昂貴，多探頭球面近場需要對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行近遠(yuǎn)場變換，無法對(duì)基站部分射頻信號(hào)和業(yè)務(wù)信號(hào)進(jìn)行直接測量^[10]。平面波模擬器是一種新型的可用于5G基站天線測量的OTA測試裝置，其通過天線陣列和幅相調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在近場距離生成天線測試所需的準(zhǔn)平面波環(huán)境，從而滿足天線遠(yuǎn)場測試條件。平面波模擬器具有尺寸緊湊、造價(jià)適宜和可以使用遠(yuǎn)場測試方式對(duì)5G基站天線射頻和業(yè)務(wù)信號(hào)進(jìn)行直接測量的能力^[14-18]。

    從1984年開始，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，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的HILL D A首先提出了在近場區(qū)域使用相控陣列合成平面波用于電磁敏感測試的理論^[19-20]。2002年，COURTNEY C C搭設(shè)了一個(gè)簡易的平面波模擬器系統(tǒng)，測量過程采用了分時(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，為了解決5G基站OTA測試面臨的諸多挑戰(zhàn)，一些研究人員開始將平面波模擬器作為一種5G OTA測試系統(tǒng)展開深入研究^[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)