Schwerpunkte

5G-Messungen

Vom Nahfeld zum Fernfeld

12. März 2020, 16:30 Uhr   |  Autor: Benoît Derat / Redaktion: Diana Künstler | Kommentar(e)


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

... und über Software

System für Messungen mit sphärischer Abtastung
© Rohde & Schwarz

System für Messungen mit sphärischer Abtastung des Prüflings. Das DUT wird auf einem Azimut-Drehtisch montiert, und eine doppelt polarisierte Vivaldi-Antenne an der Spitze eines schwenkbaren Auslegers ermöglicht die Elevationseinstellung. Das Messobjekt wird mit einem Anschluss eines Vektornetzwerkanalysators (VNA) verbunden, während die Antennenports für die beiden Polarisationsebenen zwei andere VNA-Anschlüsse belegen, wodurch die Messung komplexer S-Parameter wie Transmissions- und Reflexionskoeffizient möglich wird.

Ein anderer effektiver Ansatz zur Reduzierung der Fernfelddistanz und damit der notwendigen Schirmkammergröße ist der Einsatz softwarebasierter Transformationsverfahren. Es gibt verschiedene mathematische Implementierungen, das Grundprinzip ist aber immer dasselbe: Das DUT wird von einer Kugeloberfläche eingehüllt, über die wenigstens zwei Polarisationskomponenten des elektromagnetischen Felds gemessen werden.

Sämtliche Felder werden in einem nächsten Schritt durch mathematische Funktionen in größere Entfernungen abgebildet. Entsprechend dem Huygens-Prinzip benötigt man nur zwei komplexe Amplituden, um sämtliche sechs Feldkomponenten zu rekonstruieren, die sich außerhalb der gemessenen Oberfläche befinden.

Nahfeldmessverfahren beruhen häufig auf Annahmen, die für den oben beschriebenen Fall passiver oder HF-gespeister Antennen gelten. Dabei wird davon ausgegangen, dass das HF-Signal ein Dauerstrichsignal ist und am Antennenschluss ein Signal eingespeist werden kann, das als Phasenreferenz fungiert. Zudem handelt es sich um ein reziprokes Verfahren, was bedeutet, dass die Strahlungscharakteristiken für den Sende- (TX) und den Empfangsfall (RX) bei gleicher Frequenz deckungsgleich sind.

Etwas schwieriger gestaltet sich der Empfangsfall. Hier wird normalerweise die gesamte Empfangskette vermessen, da man die Empfindlichkeit über das Erreichen eines minimal notwendigen Datendurchsatzes verifiziert. Reziprozität kann dabei nicht angenommen werden, da die Komponenten im HF-Empfangspfad im Allgemeinen nicht mit den Komponenten im HF-Sendepfad übereinstimmen. Darüber hinaus lässt sich bei einem empfangenden Prüfling ohne Antennenzugang nicht ohne Weiteres auf die Leistung am Eingang des HF-Frontends schließen. Auch ist in diesem Fall keine Phasenreferenz gegeben, sodass die softwarebasierte NFFF-Transformation nicht anwendbar ist. Daher kann im Nahfeld zwar die gestrahlte Leistung EIRP durch softwarebasierte NFFF präzise bestimmt werden, nicht aber die Empfangsgröße EIS.

Die Kosten-Nutzen-Rechnung
5G stellt Mobilfunkanbieter vor eine große Herausforderung: Sie müssen den Brückenschlag zwischen genauen Messergebnissen im Fernfeld und einem kosteneffizienten Testverfahren schaffen. Um für die drahtlose Charakterisierung der MIMO-Arrays und der Endgeräte keine übergroßen Testkammern entwickeln zu müssen, bieten sich deshalb verschiedene Alternativlösungen an, mit denen sich die Testbedingungen im Fernfeld simulieren lassen. Testingenieure können diese Transformation entweder durch mathematische Verfahren über die Software oder über die Hardware, zum Beispiel in Form einer Compact Antenna Test Range (CATR) umsetzen.

Benoît Derat, Senior Director of Development EMC, OTA, Antenna and A&D Test Systems bei Rohde & Schwarz

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2. Transformation per Hardware...
3. ... und über Software

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