有源天线体系(AAS)作为行将到来的5G蜂窝网络的组成部分，越来越受重视。这些网络具有灵敏的辐射形式，可以自适应不同的环境。为了取得三维空间中有源天线体系(AAS)的一切特性，需求一种新的有源天线丈量办法。本文选用一种全新办法来快速准确获取有源天线体系的特性。
天线特性
跟着5G年代降临，多输入多输出(MIMO)天线阵列或“大规模MIMO”，在用户和网段开展中都起着无足轻重的效果。“大规模”的界说可以从数组元素相对较少的有源天线阵列体系到触及数百个天线的规划事例。两者的共同点是散布扩大，波束操控和密布天线的全集成。为了准确描绘有源天线体系(ASS)，其整体功能必须在一个经过校准的空中下载(OTA)设备中确认，因为空中下载(OTA)设备可以丈量空间定向功率和灵敏度曲线。因而，有源天线的功能参数测验与现有微型移动设备的测验是十分类似的。
有源天线体系的功能参数
有源天线体系的功能参数首要是在远场(FF)条件下的定向功率与灵敏度[1]，它们包括：
•有用全向辐射功率— EIRP(θ,Φ)
•总辐射功率— TRP
•有用全向灵敏度— EIS(θ,φ)
•总全向灵敏度(TIS)或许总辐射灵敏度(TRS)
•天线方向增益— G(θ,φ)
关于一个给定方向的天线，经过运用校准过的OTA丈量设备，有用全向辐射功率(EIPR)和有用全向灵敏度(EIS)的定向功能参数都是可以丈量的。定向有用全向辐射功率(EIPR)是天线增益加权的辐射功率。总辐射功率(TRP)是由有用全向辐射功率(EIPR)的全向集成和与天线相关的全向增益决议的。同样地，定向有用全向灵敏度(EIS)是由天线的全向增益加权的总全向灵敏度(TIS)或总辐射灵敏度(TRS)决议的。总全向灵敏度(TIS)或总辐射灵敏度(TRS)是由集成定向有用全向灵敏度(EIS)和天线全向增益决议的。
远场丈量条件
一个遍及承受的规范，界说了天线的远场(FF)的间隔是2D2/λ，其间D是天线的直径，λ是自由空间的波长[2]。电小天线，如移动通讯设备和丈量天线，在远场(FF)情况下，一般满意并便利短间隔丈量。
但是，关于中等巨细，或更大的AAS天线体系，远场(FF)的丈量对丈量间隔的要求是不切实际的。图1阐明2 GHz的8元阵列天线在不同近场(NF)间隔的天线仰角方向图，以及需求的远场（FF）间隔。可以观察到，天线仰角方向图在可用的丈量间隔下是没有彻底构成的。
图表1：2 GHz的8元阵列天线在不同的近场(NF)和远场(FF)间隔测得天线仰角方向图。
一个给定天线的远场(FF)方向图可以运用紧缩平面场(CATR) [1,2]直接丈量，或许运用规范近场(NF)测验技能[3]的近远场改换来决议。近场(NF)丈量通常是在三维功能条件下优先考虑，因为他们只需很小的物理丈量设备，而且一般以为近场丈量更快，更准确。
但是，因为功率守恒，运用校准过的OTA设备，AAS的功能参数可以在任何间隔决议。远场(NF)到近场(FF)对天线增益的差异可以由近远场转化技能[3]确认和弥补。
相位补偿无源丈量计划
因为AAS天线是一种没有固定相位参阅的有源器材，所以在远场(FF)情况下的丈量可以运用远场(FF)的设置，如紧缩平面场(CATR)或近场(NF)规模。运用相位补偿技能答应近场(NF)到远场(FF)的改换。
一种常见的相位补偿办法是全息技能，在不知道丈量信号与安稳参阅信号之间选用不同组合。这是依据一起接纳参阅和丈量信号首选的办法。为了准确丈量调制信号的相位，相位补偿单元(PRU)的规划包括了一切必要的扩大、滤波和信号组合模块。
相位补偿单元(PRU)的验证
为了模仿实在的AAS天线，运用连接到8阵元无源阵列的带LTE协议的移动手机，作为外部天线(见图1)。图2显现运用相位补偿技能，丈量起伏与共极近场(NF)相位之间的比较。这也可以与同一天线的无源丈量相比较。可以看出，丈量起伏和相位的彼此联络是十分严密的。
运用相位补偿单元，设置BTS天线的中心频率为1940MHz带宽为10MHz，运用LTE调制的相位补偿丈量。由相位补偿技能引进的差错相当于一个-45 dB水平的噪音。
图表2：共极，8元阵列天线近场测验。运用相位补偿单元，参阅丈量(左)和有源丈量(右)LTE协议。起伏(顶部)，相位(底部)。
验证天线的有用全向灵敏度(EIS) (θ,φ)，有用全向辐射功率(EIPR) (θ,Φ)丈量
为了验证近场(NF)丈量办法，需求运用有用全向灵敏度(EIS) (θ,φ)和有用全向辐射功率(EIPR) (θ,Φ)的验证设备。因为在这个比如中8阵元天线和LTE是可分的，所以有用全向灵敏度(EIS) (θ,φ)和有用全向辐射功率(EIPR) (θ,Φ)结合设备的参阅功能是由天线增益和履行丈量LTE设备的灵敏度或辐射功率决议的。
运用近场(NF)技能的LTE协议8元阵列天线的有用全向灵敏度(EIS)丈量
8元阵列天线的有用全向灵敏度(EIS)在1940 MHz情况下运用LTE协议现现已过近场(NF)丈量而且和参阅计划进行比较，以此来验证这种办法。运用相位补偿单元，在1940 MHz的中心频率10 MHz带宽下，EIS的仰角与方位角方向图和近场(NF)丈量方向图，在图3中进行了比较。
和所希望的相同，方向图形状在方位和仰角方面都很类似。用这两种办法丈量灵敏度为~1 dB的偏移，是依据近场(NF)丈量和参阅计划的不确认因从来判别的。近场(NF)丈量首要的不确认性要素：间隔校准、有用全向灵敏度(EIS)的灵敏度查找精度。丈量敏感性的规模校准和灵敏度的查找精度被以为是参阅计划首要的不确认性要素。
运用近场(NF)技能的LTE协议8阵元阵列天线的有用全向辐射功率(EIPR)丈量
8阵元阵列天线的有用全向辐射功率(EIPR)在1940 MHz情况下运用LTE协议现现已过近场(NF)丈量而且和参阅计划进行比较，以此来验证这种办法。运用相位补偿单元，在1940 MHz中心频率，10 MHz带宽条件下：有用全向辐射功率(EIPR)的仰角和方位角方向图和近场(NF)丈量方向图，在图4中进行比较。和所希望的相同，方向图形状在方位和仰角方面都很类似。用这两种办法在丈量灵敏度为~0.5 dB的EIRP偏移，是依据与近场(NF)丈量和参阅计划的不确认因从来判别的。
图表3：有用全向灵敏度(EIS)比照
总结
近场(NF)丈量技能在功能参数丈量中已被证明是高效的，如丈量有源天线体系(AAS)的有用全向辐射功率(EIPR)和有用全向灵敏度(EIS)。完成的相位补偿技能可以有用地丈量大带宽调制信号在近场(NF)的相位，例如LTE，而且答应近场(NF)和远场(FF)转化。在作者看来，近场(NF)丈量技能固有的长处是：丈量准确；5G设备测验的最佳办法。
图4：测得的仰角和运用LTE 协议的8元阵列天线的方位有用全向辐射功率(EIRP) (θ,Φ)的比较
参阅文献
[1] Ericsson contribution, “On radiated testing of AAS BS,” 3GPP R4-132211, May 2013.
[2] ANSI/IEEE Std. 149-1979; Standard Test Procedures for Antennas.
[3] IEEE Recommended Practice for Near-Field Antenna Measurements, IEEE Std, 1720-2012.
[4] L. J. Foged, A. Scannavini, N. Gross, F. Cano-Facila “Accurate Measurement of Transmit and Receive Performance of AAS Antennas in a Multi-Probe Spherical NF System,” IEEE International Symposium on Antennas and Propagation, Vancouver, British Columbia, Canada,July 19-25, 2015.
