一、引言

隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展，毫米波頻段因其豐富的頻譜資源成為5G通信的關(guān)鍵頻段之一。然而，毫米波信號(hào)的高路徑損耗和易受環(huán)境影響等特性，對(duì)5G毫米波射頻前端的性能提出了更高要求。OTA（Over-The-Air）測(cè)試作為一種無(wú)纜測(cè)試方法，能夠更真實(shí)地模擬無(wú)線通信環(huán)境，在5G毫米波射頻前端測(cè)試中發(fā)揮著重要作用。波束成形技術(shù)作為5G毫米波通信的關(guān)鍵技術(shù)，其性能驗(yàn)證對(duì)于確保通信質(zhì)量至關(guān)重要。

二、OTA暗室環(huán)境搭建

（一）暗室設(shè)計(jì)

OTA暗室需要具備良好的電磁屏蔽性能和低反射特性，以減少外部干擾和內(nèi)部反射對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。暗室通常采用吸波材料覆蓋內(nèi)壁，以吸收多余的電磁波。同時(shí)，配備高精度的定位系統(tǒng)，用于精確控制被測(cè)設(shè)備（DUT）的位置和姿態(tài)。

（二）測(cè)試設(shè)備配置

測(cè)試設(shè)備包括信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀、功率計(jì)等。信號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生5G毫米波測(cè)試信號(hào)，頻譜分析儀用于分析DUT的發(fā)射信號(hào)特性，功率計(jì)用于測(cè)量信號(hào)功率。

三、波束成形性能驗(yàn)證方案

（一）波束掃描測(cè)試

通過(guò)改變DUT的波束指向，測(cè)量不同方向上的信號(hào)強(qiáng)度，以驗(yàn)證波束成形能力。以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的Python代碼示例，用于模擬波束掃描測(cè)試過(guò)程：

python

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

# 定義參數(shù)

num_angles = 360  # 掃描角度數(shù)量

theta = np.linspace(0, 2 * np.pi, num_angles)  # 掃描角度

gain_pattern = np.zeros(num_angles)  # 波束增益模式

# 模擬波束增益模式（假設(shè)為理想波束）

for i in range(num_angles):

   if abs(theta[i] - np.pi) < np.pi / 18:  # 主瓣方向

       gain_pattern[i] = 10

   else:

       gain_pattern[i] = -10

# 繪制波束增益模式

plt.polar(theta, gain_pattern)

plt.title('Beam Pattern')

plt.show()

在實(shí)際測(cè)試中，通過(guò)控制DUT的波束成形算法，改變波束指向，使用頻譜分析儀測(cè)量不同方向上的信號(hào)強(qiáng)度，得到實(shí)際的波束增益模式。

（二）波束切換時(shí)間測(cè)試

測(cè)量DUT在不同波束狀態(tài)之間切換所需的時(shí)間，以評(píng)估波束切換性能。可以通過(guò)高速示波器捕捉波束切換過(guò)程中的信號(hào)變化，計(jì)算切換時(shí)間。

（三）波束穩(wěn)定性測(cè)試

在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，監(jiān)測(cè)波束的指向和增益是否保持穩(wěn)定?？梢允褂脭?shù)據(jù)記錄儀記錄波束參數(shù)的變化情況，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

四、測(cè)試流程

設(shè)備連接與校準(zhǔn)：將DUT與測(cè)試設(shè)備連接，進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)，確保測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

波束掃描測(cè)試：按照預(yù)設(shè)的角度范圍進(jìn)行波束掃描，記錄每個(gè)方向上的信號(hào)強(qiáng)度。

波束切換時(shí)間測(cè)試：執(zhí)行波束切換操作，使用示波器測(cè)量切換時(shí)間。

波束穩(wěn)定性測(cè)試：讓DUT長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，持續(xù)監(jiān)測(cè)波束參數(shù)。

數(shù)據(jù)分析與處理：對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估波束成形性能是否滿足要求。

五、測(cè)試結(jié)果與分析

通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，可以得到波束增益模式、波束切換時(shí)間和波束穩(wěn)定性等性能指標(biāo)。如果測(cè)試結(jié)果不滿足要求，需要對(duì)DUT的波束成形算法或硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。例如，如果波束增益模式存在旁瓣過(guò)高的問(wèn)題，可以調(diào)整波束成形權(quán)值，降低旁瓣電平。

六、結(jié)論

OTA暗室為5G毫米波射頻前端的波束成形性能驗(yàn)證提供了可靠的測(cè)試環(huán)境。通過(guò)波束掃描、波束切換時(shí)間和波束穩(wěn)定性等測(cè)試項(xiàng)目，可以全面評(píng)估波束成形性能。在實(shí)際應(yīng)用中，需要不斷優(yōu)化測(cè)試方案和測(cè)試設(shè)備，提高測(cè)試效率和準(zhǔn)確性，以確保5G毫米波通信的質(zhì)量和可靠性。