基于混響室的無線通信測試

摘? 要：隨著無線通信技術的高速發(fā)展，天線作為無線通信系統(tǒng)中發(fā)射和接收電磁波的轉換裝置，天線將傳輸線上的高頻電流轉換成空間電磁波，或者將空間電磁波轉換成高頻電流，天線性能好壞直接影響整個系統(tǒng)的通信質量。無線通信系統(tǒng)離不開天線，天線應用在生活中隨處可見，例如廣播、衛(wèi)星、雷達、導航等都需要使用天線，尤其是在手機、電腦、GPS、藍牙等便攜終端上，由于設備采用有限供電，所以天線高效性工作對產(chǎn)品性能至關重要，由此需要測試無線通信設備的輻射性能（OTA），本文首先介紹混響室，其次是混響室的應用范圍及測試示例。

關鍵詞：混響室;天線;無線終端;OTA;

前言

1968年由Dr.H.A.Mendes首次提出混響室概念，當時主要用于電磁兼容測試，包括測量輻射抗擾度和輻射發(fā)射測試。1982年美國科羅拉多大學電氣工程系教授David C.Chang提出了矩形混響室內(nèi)電磁場本征模數(shù)與混響室尺寸、工作頻率關系，為混響室設計提供了理論依據(jù)。隨著計算機技術發(fā)展，數(shù)學模擬方法成為研究混響室的重要手段之一。混響室雖然可以測試電磁兼容，但并未得到廣泛的推廣，多數(shù)電磁兼容測試還是選擇開闊場或電波暗室內(nèi)進行。但是，近年來多輸入多輸出（MIMO）技術的出現(xiàn)，可以用電磁波的多路徑傳播增加數(shù)據(jù)吞吐量。由于混響室可以用作MIMO OTA測量，混響室在無線通信測試應用開始活躍，而混響室在MIMO測試應用的發(fā)展，也使得它在SISO（單輸入單輸出） OTA測量方面的應用重新獲得重視。

1、什么是混響室

混響室是一個高Q值全反射屏蔽室，主要結構如圖1所示，在屏蔽室內(nèi)部安裝攪拌器，參考天線、測量天線等，當參考天線發(fā)射信號時，通過攪拌器改變屏蔽室內(nèi)部多模電磁環(huán)境的電磁邊界條件，在每個邊界條件下，屏蔽室內(nèi)的電磁能量看作一個統(tǒng)計樣本，攪拌一周期后得到的樣本統(tǒng)計上是均勻的和各向同性的。在混響室內(nèi)測試可以視為一個隨機過程，一般來說，存在豐富的多路徑反射形成諧振的金屬屏蔽室可以視為一個混響室。

混響室根據(jù)攪拌器類型不同一般分為三類：第一類是靠改變混響室的形狀和大小， 亦即改變邊界條件來產(chǎn)生統(tǒng)計均勻的電磁場， 此時混響室一般是由屏蔽室和一個金屬攪拌器組成， 稱之為機械攪拌混響室; 第二類混響室是靠改變混響室的工作頻率來產(chǎn)生統(tǒng)計均勻的電磁場， 稱之為頻率攪拌混響室; 第三類混響室是靠改變激勵源的位置和大小來產(chǎn)生統(tǒng)計均勻的電磁場， 可稱之為源攪拌混響室。

2、混響室的應用范圍

自20世紀80年代以來，軍用產(chǎn)品、汽車、航天工業(yè)、家用電器、通訊設施等產(chǎn)品的輻射抗擾度要求越來越高，希望對大體積的受測設備（EUT）施加高頻高場強。對于傳統(tǒng)開闊場或電波暗室，需要功率放大器的功率非常大，而混響室則可以通過較小功率產(chǎn)生較大的電磁場環(huán)境。混響室除了電磁兼容測試外，還可以用于屏蔽效能測試（如電纜屏蔽性能測試）、雷達散射截面測試、天線效率、有效輻射功率（TRP）等。

3.混響室測試示例

圖3為南京納特通信電子有限公司NT-OTA3500A型混響室，該混響室采用水平和垂直兩種Z型攪拌槳，可支持5G基站及物聯(lián)網(wǎng)終端射頻指標測試，混響室尺寸3500mm（長）*2700mm（寬）*2300mm（高），工作頻率500MHz-67GHz，支持測試TRP、ACLR、雜散輻射、EVM等指標，本文以TRP測試為例進行介紹。TRP計算公式為

其中Pn為每個邊界條件下的統(tǒng)計樣本，N為總樣本數(shù)，Gref為系統(tǒng)鏈路校準損耗，emismatch為校準喇叭失配系數(shù)，Gcable為線纜損耗，Gref需要通過校準測得，校準流程如圖4所示。

測試結果PTRP可以邊測試邊觀察，由圖5可以看到隨著統(tǒng)計樣本數(shù)增加，PTRP統(tǒng)計平均逐漸收斂，最后測試完200樣本數(shù)后，PTRP數(shù)值為33.2dB。

4.結束語

混響室作為一種新的測試環(huán)境，正在逐步得到業(yè)界的廣泛應用，目前5G終端及基站在傳統(tǒng)的電波暗室測試基礎上，也提出了用混響室進行部分指標驗證工作，混響室具有成本低，測試效率高等優(yōu)勢，但其主要用于全向指標測試，無法進行方向性指標測試，如EIRP和方向圖等，目前對方向性測試是混響室探索發(fā)展的方向之一，目前高效的測試方法是將電波暗室方向性測試及混響室全向性測試相結合，可以大大的提高測試效率。

參考文獻：

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[3] 張林昌.混響室及其進展（下）[J].安全與電磁兼容，2002（1）：9-13.

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(yè)，初級工程師，主要從事OTA測試，