0 引言

    移動通信技術在近40年的時間里取得了飛速的發展，如今進入到了5G時代^[1-5]。5G通信系統涵蓋了一系列新的關鍵技術，其中包括：大規模天線陣列、超密集組網、新型多址、全頻譜接入和新型網絡架構等^[6]。基站是構成移動通信網絡的重要組成設備，5G基站天線采用了大規模多輸入多輸出(Massive Multiple Input Multiple Output，Massive MIMO)天線陣列，其天線單元數目相較4G基站有了明顯的提高^[7-9]。與此同時，基站天線與后端射頻組件的集成度也已經大大提高，部分5G基站天線已經不再提供測試端口，這些新的特點都促進了空口(Over the Air，OTA)測試技術的快速發展^[10-12]。

    OTA測試不需要在被測基站天線上連接復雜的測試線纜，而只是以輻射的方式對基站天線整機進行測試。目前可用于5G基站天線OTA測試的傳統測試場包括：室內遠場、緊縮場(反射式)和多探頭球面近場^[13]等。然而室內遠場所需空間過大，緊縮場造價較為昂貴，多探頭球面近場需要對測試數據進行近遠場變換，無法對基站部分射頻信號和業務信號進行直接測量^[10]。平面波模擬器是一種新型的可用于5G基站天線測量的OTA測試裝置，其通過天線陣列和幅相調控網絡在近場距離生成天線測試所需的準平面波環境，從而滿足天線遠場測試條件。平面波模擬器具有尺寸緊湊、造價適宜和可以使用遠場測試方式對5G基站天線射頻和業務信號進行直接測量的能力^[14-18]。

    從1984年開始，已有眾多研究人員對平面波模擬器進行了廣泛的研究，美國國家標準局的HILL D A首先提出了在近場區域使用相控陣列合成平面波用于電磁敏感測試的理論^[19-20]。2002年，COURTNEY C C搭設了一個簡易的平面波模擬器系統，測量過程采用了分時采樣的方法^[21]。2003年，猶他州州立大學的HAUPT R使用遺傳算法對一種均勻線陣平面波模擬器進行了仿真，所設計的靜區平面波幅度波動小于2 dB，相位波動能夠小于1°^[22]。2009年，意大利學者D′URSO M為了節約仿真時間，提出了平面波模擬器的稀疏布陣方法^[23]。2012年，北京航空航天大學王輝采用喇叭陣列天線的架構對平面波模擬器進行了仿真設計^[24-25]。2013年，BUCCI O M結合前人的研究結果，給出了平面波模擬器的一系列設計指南^[26]。而近年來，為了解決5G基站OTA測試面臨的諸多挑戰，一些研究人員開始將平面波模擬器作為一種5G OTA測試系統展開深入研究^[14-18]。

    本文主要針對北京航空航天大學在5G平面波模擬器的設計方法、系統實現及典型應用方面的工作進行重點的介紹和論述。

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作者信息:

王正鵬，喬兆龍，張雨生，孫雪蕾，朱詩瑤，謝擁軍，苗俊剛

(北京航空航天大學 微波感知與安防應用北京市重點實驗室，北京100191)