圖4：來自基站天線陣列的電磁場。

對于到遠場區(qū)的數學變換，需要精確測量包圍被測設備三維表面上的相位和幅度，由此產生天線的2 維和3 維增益圖。遠場區(qū)測量僅需要用幅度計算天線的波束圖，如果需要也可以在OTA單點處測量。

對于小型設備(取決于波長)，例如用戶設備，對于遠場條件所需的暗室尺寸由測量波長決定。

對于較大的設備，例如基站或大規(guī)模MIMO，所需的暗室尺寸可能變得非常大。如果測量系統能夠精確地對整個封閉表面上的電磁場的相位和幅度進行采樣，則暗室尺寸可以大大減小。
在遠場區(qū)開展測量，需要直接測量平面波幅度，并且這樣的暗室通常相當大，暗室大小要綜合考慮被測設備尺寸和測量頻率。

雖然遠場通常是在離開被測設備適當距離處測量，但是可以通過控制電磁場，使得近場暗室可以用于直接測量平面波幅度。有兩種技術：

? 緊湊型區(qū)域暗室，最經常用于大型被測設備，如飛機和衛(wèi)星;

? 平面波轉換器(Plane Wave Converter, PWC)：在被測設備處創(chuàng)建平面波，這可以通過天線陣列替代測量天線實現。類似于在光學系統中使用透鏡，天線陣列可以在被測設備區(qū)域內的目標區(qū)位置生成平面遠場。

近場測量

近場區(qū)測量需要在封閉表面(球形，線形或圓柱形)上采樣得到的場相位和幅度，以便使用傅立葉頻譜變換計算遠場幅度。

這種測量通常使用矢量網絡分析儀，如R&S ZNBT20，一端口接被測設備，另一端口接測量天線。對于有源天線或大規(guī)模MIMO，通常沒有專用天線端口或射頻端口，因此OTA測量系統必須能夠獲取相位以便完成到遠場的轉換。對于有源天線系統，有兩種獲取相位的方法：

? 干涉測量：具有已知相位的第二根天線用作參考。參考信號與含未知相位的被測設備信號混頻，使用信號后處理方法，可以獲得被測設備信號的相位，并用于近場到遠場的變換。

? 多個面或探頭：第二個面用作相位參考，在兩個測量半徑間至少有一個波長間隔。也可以使用具有不同天線場特性的兩個探頭來代替多個面。

這兩個探頭需要分開至少半個波長以盡量減小相互耦合。

如果選擇使用矢量網絡分析儀(VNA)，真正的多端口VNA(如R&S ZNBT20)具有測量天線單元間耦合的額外優(yōu)勢。采用多個接收機而不是使用開關 — 同時執(zhí)行測試減少了測試時長，并且能更好地執(zhí)行完整的互耦合測量。

結論

天線陣列將在未來的無線通信中發(fā)揮重要作用。然而在它們的研發(fā)、設計和生產中遇到的挑戰(zhàn)使得完整測試對于實現最佳性能至關重要。射頻測試端口消失以及使用厘米波和毫米波頻率，使得OTA測試成為表征不僅大規(guī)模MIMO 陣列，而且內部收發(fā)器性能的必要手段。這將會推動OTA暗室和測量設備的大量需求，以便滿足測量天線輻射特性和收發(fā)器性能的嚴格要求。