遠場距離始終是OTA測試中讓大家頭疼的一個因素。上一篇我們討論了關于TRP的測試,為什么可以不用遠場距離而使用更小的測試距離。但對于EIRP或其他方向性的測試項,卻只能使用遠場距離來進行。關于遠場距離,我們曾經發過一篇文章,遠場距離是10λ還是2D^2/λ,最近又有了一些新的發現,與大家分享。
01
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遠場距離還可以有哪些
先來回顧一下之前的主要內容:遠場距離被認為是10倍波長的距離,這一考慮是從“源天線和測試天線之間相互耦合的影響”角度出發考慮的。當間距大于約10個波長時,這種影響可以忽略不計。根據對距離天線10個波長的極短偶極子天線進行的計算,電感場(inductive field)的電平(也就是反應場中會耦合的部分)將比輻射場的電平低36dB。一般對于較小的天線(電氣尺寸在一個波長以下),遠場距離R可以用10λ來近似表示。
而2D^2/λ的遠場距離,是從“相位變化隨測試天線口徑的影響”角度去考慮的。發射天線輻射的電磁波的波前是一個球面,如果 AUT 與發射天線的距離不夠遠,AUT的相位分布容易產生較大的誤差,根據IEEE規定的天線測量誤差標準, 要求最大相位誤差不大于 π/8,也就是22.5度。由此而推算出2D^2 /λ可以近似為相位誤差符合要求的遠場距離標準。
那是不是遠場距離就一定是10λ,或者是2D^2/λ了呢?看起來并不是,遠場距離的確定可以有不同的規則。我們在CTIA終端OTA測試標準《Test Plan for Wireless Device Over-the-Air Performance》中看到了不同頻段的最小測試距離的規定如下表所示:
這個Minimum Measurement Distance R(最小測試距離)是如何得出的?
它有三種遠場距離的計算規則,并選擇了每個頻段中最嚴格的距離做為最終遠場測試距離。
- 規則一:需大于2D^2/λ(相位不確定性限值);
- 規則二:需大于3D(振幅不確定性限值);
- 規則三:需大于3λ(反應性近場限值);
其中D是EUT的尺寸,λ是所在頻段的自由空間波長。對于自由空間測試,D只是EUT的最大尺寸,但對于頭/手模型測試,頭/手模型必須包括在D中。在CTIA標準中,D被選為頭/手模型的那部分尺寸,它在確定EUT的TRP或TIS時起著重要作用,并定義D=300毫米。
if D=300 mm; Freq < 1GHz, 反應性近場限值3λ為最大遠場距離; Freq > 1.5GHz, 相位不確定性限值2D^2/λ為最大遠場距離; 1GHz < Freq < 1.5GHz, 振幅不確定性限值3D為最大遠場距離;
所以算來算去,得到下表:
頻率f的升高和D的增大,都會讓2D^2/λ越來越大,因為:
2D^2/λ = 2D^2 × f/c = 2D^2 × f(Hz)/(3×10^8);
02
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遠場距離規則選擇
看來遠場距離,是可以根據所需的測試而進行選擇的,CTIA之所以可以選擇最嚴格的規則作為遠場距離,一是想對終端OTA測試環境的執行準則進行嚴格統一管理,二是因為針對目前的蜂窩網絡,頻率還不是太高,被測終端的尺寸還不是太大,最嚴格的遠場距離在成本與尺寸方面也基本可行。
但如果是汽車的OTA測試,例如在5.9GHz頻段,如果按照整個汽車的尺寸,比如D=6米計算,使用規則一,即2D^2/λ,遠場距離大概是1416米,這實在是無法想象。即使不按照整車,只按照天線尺寸,比如D=1米計算,也需要大概40米的遠場距離。
如果測試并不關心相位的不確定性(相位變化的影響是零陷點的幅度以及旁瓣的幅度值發生變化),大可不必非得使用2D^2/λ來計算遠場距離。根據上述經驗,3λ-10λ,或者3D等,都可以成為遠場測試的距離。
以上信息由英利檢測(Teslab)整理發布,歡迎一起討論,我們一直在關注這方面的發展,如有引用也請注明出處。
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