基于混響室的無(wú)線通信測(cè)試

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

關(guān)鍵詞：混響室;天線;無(wú)線終端;OTA;

前言

1968年由Dr.H.A.Mendes首次提出混響室概念，當(dāng)時(shí)主要用于電磁兼容測(cè)試，包括測(cè)量輻射抗擾度和輻射發(fā)射測(cè)試。1982年美國(guó)科羅拉多大學(xué)電氣工程系教授David C.Chang提出了矩形混響室內(nèi)電磁場(chǎng)本征模數(shù)與混響室尺寸、工作頻率關(guān)系，為混響室設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，數(shù)學(xué)模擬方法成為研究混響室的重要手段之一?；祉懯译m然可以測(cè)試電磁兼容，但并未得到廣泛的推廣，多數(shù)電磁兼容測(cè)試還是選擇開闊場(chǎng)或電波暗室內(nèi)進(jìn)行。但是，近年來(lái)多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)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(cè)量，混響室在無(wú)線通信測(cè)試應(yīng)用開始活躍，而混響室在MIMO測(cè)試應(yīng)用的發(fā)展，也使得它在SISO（單輸入單輸出） OTA測(cè)量方面的應(yīng)用重新獲得重視。

1、什么是混響室

混響室是一個(gè)高Q值全反射屏蔽室，主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，在屏蔽室內(nèi)部安裝攪拌器，參考天線、測(cè)量天線等，當(dāng)參考天線發(fā)射信號(hào)時(shí)，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(gè)邊界條件下，屏蔽室內(nèi)的電磁能量看作一個(gè)統(tǒng)計(jì)樣本，攪拌一周期后得到的樣本統(tǒng)計(jì)上是均勻的和各向同性的。在混響室內(nèi)測(cè)試可以視為一個(gè)隨機(jī)過程，一般來(lái)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(gè)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(lái)產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)均勻的電磁場(chǎng)， 此時(shí)混響室一般是由屏蔽室和一個(gè)金屬攪拌器組成， 稱之為機(jī)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(lái)產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)均勻的電磁場(chǎng)， 稱之為頻率攪拌混響室; 第三類混響室是靠改變激勵(lì)源的位置和大小來(lái)產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)均勻的電磁場(chǎng)， 可稱之為源攪拌混響室。

2、混響室的應(yīng)用范圍

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，軍用產(chǎn)品、汽車、航天工業(yè)、家用電器、通訊設(shè)施等產(chǎn)品的輻射抗擾度要求越來(lái)越高，希望對(duì)大體積的受測(cè)設(shè)備（EUT）施加高頻高場(chǎng)強(qiáng)。對(duì)于傳統(tǒng)開闊場(chǎng)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(chǎng)環(huán)境?；祉懯页穗姶偶嫒轀y(cè)試外，還可以用于屏蔽效能測(cè)試（如電纜屏蔽性能測(cè)試）、雷達(dá)散射截面測(cè)試、天線效率、有效輻射功率（TRP）等。

3.混響室測(cè)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(biāo)測(cè)試，混響室尺寸3500mm（長(zhǎng)）*2700mm（寬）*2300mm（高），工作頻率500MHz-67GHz，支持測(cè)試TRP、ACLR、雜散輻射、EVM等指標(biāo)，本文以TRP測(cè)試為例進(jìn)行介紹。TRP計(jì)算公式為

其中Pn為每個(gè)邊界條件下的統(tǒng)計(jì)樣本，N為總樣本數(shù)，Gref為系統(tǒng)鏈路校準(zhǔn)損耗，emismatch為校準(zhǔn)喇叭失配系數(shù)，Gcable為線纜損耗，Gref需要通過校準(zhǔn)測(cè)得，校準(zhǔn)流程如圖4所示。

測(cè)試結(jié)果PTRP可以邊測(cè)試邊觀察，由圖5可以看到隨著統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)增加，PTRP統(tǒng)計(jì)平均逐漸收斂，最后測(cè)試完200樣本數(shù)后，PTRP數(shù)值為33.2dB。

4.結(jié)束語(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：宮長(zhǎng)波 1985年5月，男，民族漢，籍貫吉林，南京航空航天大學(xué)本科應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)，初級(jí)工程師，主要從事OTA測(cè)試，