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紧缩场测试的有源时代
材料来源:美克锐科技 张宇           录入时间:2018/10/31 8:55:46

紧缩场测试始于1974年乔治亚理工大学的3米反射镜,它和近场测试(1967年始于美国国家标准与技术研究院,以下简称NIST)一道将大多数的测试工作转移到微波暗室完成。花费数月的时间和在数十公里的距离进行测试已成为历史。

图1. 室内及室外RCS测试(图片来自NSI-MI公司)

40年来科学家尝试了反射面、介质透镜、全息光栅等多种方案(最后还是反射面靠谱);并且分别采用了微波源、C02激光器以及超快激光将紧缩场的工作频率从微波提升到超过3THz。

5G通讯的日益临近,太赫兹应用开始初露头角,都为天线测试制造了更多的问题。5G通讯中OTA测试难题、太赫兹天线测试需要的超高定位精度、整星整机等越渐庞大的DUT、空气衰减导致的动态范围捉襟见肘、测试成本居高不下如此等等问题让工程师们一筹莫展。

2015年 NIST发布了名为CROMMA天线测试方案,打造平面近场、球面近场、柱面近场三合一的高精度、低成本近场系统。并可实现高速通讯(车-基站)、短距通讯、大容量通讯、波束扫描追踪、在片测试等多种应用场景测试。(详见2018年5月29日微信新闻《天线近场测试的机器人时代》)

       
    Configurable Robotic MilliMeter-wave Antenna (CROMMA)
 

图2. LAPS测试系统和CROMMA测试 系统(图片来自NIST)

2018年初欧洲巨头罗德施瓦茨公司(以下:罗德公司)在MWC2018展示了创新的紧缩场测试方案PWC200。

图3.PWC200紧缩场天线测试方案及原理图(图片来自《微波杂志》2018年9/10月号 )

PWC200拚弃了传统反射面和全息透镜模式,采用了有源相控阵技术在2.3至3.8 GHz的频率范围、1.5米距离形成了1米直径的球面静区。PWC200总共包括156个缝隙微带天线以及后端的移相器和衰减器,阵列宽1.8米。

相控阵技术和紧缩场在70年先后起源于美国,过去40年并无交集。在5G时代的大潮中,罗德公司凭借其深厚的技术功底创造性的将两项技术完美融合到一起,开启了紧缩场的有源时代。

但是长江后浪推前浪,紧缩场有源时代的后浪已经拍马赶到。超材料天线工作频率已覆盖到W波段,扫描时间<1uSec。从成本、技术性能都已颠覆了传统相控阵天线的优势(如下图3),更为重要的是超材料天线已经商用化,并很快将在汽车雷达、低轨道卫星大规模部署。采用超材料天线的紧缩场离我们仅一步之遥。

       
   
 
 

 

图4.搭载超材料天线的毫米波雷达(左)/超材料天线和传统相控阵的比较(图片来自网络)

沉寂了四十多年的天线测试领域已经吹响了技术革命的号角,国家千人计划专家陈晓东教授2012年提出了的三反射面紧缩场理论将反射面紧缩场技术发挥到极致(70%效率),现已经分别在英国Queen Mary大学和北京邮电大学得以成功实施。期待国内研究团队在这次技术革命浪潮中能再次崭露头角。

附:紧缩场技术类型对比表

技术类型

反射面

透镜

全息光栅

相控阵

超材料

优点

技术成熟;损耗小;高带宽;高频率

容易加工

成本低;容易加工

效率高、体积小、可扩展性强

动态配置、低成本、可扩展性强

缺点

高频率大面积反射面加工难度大、成本高、占地面积大

损耗大,动态范围低

带宽窄、极化方式受限、静区面积受限

带宽受限,工作频率受限、成本高

带宽受限,工作频率受限

技术现状

单反、双反、三反方案均已成熟。1米反射面可实现加工精度5μm,工作频率<325GHz

基本淘汰

基本淘汰

S波段实现产品化

研发中

发展动态

反射面采用碳化硅等新材料、实现超大静区实现整星级、整机级测试

高频率、高带宽、覆盖5G所有工作频率


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