0 引言

    移動通信技術(shù)在近40年的時間里取得了飛速的發(fā)展，如今進入到了5G時代^[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)絡架構(gòu)等^[6]?；臼菢?gòu)成移動通信網(wǎng)絡的重要組成設(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，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，這些新的特點都促進了空口(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雜的測試線纜，而只是以輻射的方式對基站天線整機進行測試。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)遠場、緊縮場(反射式)和多探頭球面近場^[13]等。然而室內(nèi)遠場所需空間過大，緊縮場造價較為昂貴，多探頭球面近場需要對測試數(shù)據(jù)進行近遠場變換，無法對基站部分射頻信號和業(yè)務信號進行直接測量^[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)絡在近場距離生成天線測試所需的準平面波環(huán)境，從而滿足天線遠場測試條件。平面波模擬器具有尺寸緊湊、造價適宜和可以使用遠場測試方式對5G基站天線射頻和業(yè)務信號進行直接測量的能力^[14-18]。

    從1984年開始，已有眾多研究人員對平面波模擬器進行了廣泛的研究，美國國家標準局的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)了一個簡易的平面波模擬器系統(tǒng)，測量過程采用了分時采樣的方法^[21]。2003年，猶他州州立大學的HAUPT R使用遺傳算法對一種均勻線陣平面波模擬器進行了仿真，所設(shè)計的靜區(qū)平面波幅度波動小于2 dB，相位波動能夠小于1°^[22]。2009年，意大利學者D′URSO M為了節(jié)約仿真時間，提出了平面波模擬器的稀疏布陣方法^[23]。2012年，北京航空航天大學王輝采用喇叭陣列天線的架構(gòu)對平面波模擬器進行了仿真設(shè)計^[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]。

    本文主要針對北京航空航天大學在5G平面波模擬器的設(shè)計方法、系統(tǒng)實現(xiàn)及典型應用方面的工作進行重點的介紹和論述。

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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 微波感知與安防應用北京市重點實驗室，北京100191)