5G NR: OTA-Test für Endgeräte

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Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG

ET System electronic GmbH

Heitec AG

dataTec AG

Beamforming, komplexe Antennenarrays, sowie neue Frequenzbänder – auch im Millimeterwellenbereich: Wer Endgeräte für 5G NR entwickelt und baut, muss sicher gehen, dass Spezifikationen, Normen und Vorschriften eingehalten werden.

Für OTA-Messungen bei 5G NR sind häufig Fernfeldbedingungen notwendig, damit Anwender schnell und präzise messen können. Solche Fernfeldbedingungen erfordern eine Quiet Zone (QZ) mit einer hohen Qualität, in der die von einer Testantenne kommenden Wellenfronten als eben angenommen werden können. Bei größeren QZs ist ein großer Abstand zwischen Messobjekt und Testantenne notwendig. Dazu sind für Messungen direkt im Fernfeld (DFF-Messungen) große Schirmkammern notwendig. Konformitätstests im Millimeterwellenbereich erfordern außerdem Black-Box-Tests, wobei die Lage und Größe der Antennen bei der OTA-Messung als unbekannt angenommen werden.

Bei der Frage des Platzbedarfs setzt Rohde & Schwarz auf die von 3GPP zugelassene Test-Methode Compact Antenna Test Range (CATR), ein sogenanntes Antennenkompaktmessverfahren. Bei CATR-Anordnungen wird mithilfe der Methode Indirect Far Field (IFF) das Fernfeld simuliert. Dabei wird ein Reflektor verwendet, der aufgrund seiner parabolischen Form die einfallende kugelförmige Wellenfront als ebene Wellenfront abstrahlt. Für den Bau eines CATR-Reflektors ist viel Präzision gefragt. Hier liegen die Genauigkeitsanforderung im Mikrometerbereich. Dazu bedient sich Rohde & Schwarz auf ein voll automatisiertes Herstellungsverfahren, das eine wesentlich höhere Wiederholgenauigkeit bietet als herkömmliche, halbautomatisierte Verfahren.

Konformitätstests des Prüflings

Mit Konformitätstests kann der Anwender prüfen, ob ein Gerät alle relevanten Spezifikationen, Normen und Vorschriften entspricht. Hierzu bietet Rohde & Schwarz den R&S ATS1800C. Hierbei handelt es sich um eine echofreie Millimeterwellen-CATR-Lösung für Konformitäts- und Abnahmeprüfungen. Zum Einsatz kommt die IFF-Technik. Zusammen mit dem im automatisierten Verfahren hergestellten CATR-Reflektor bietet R&S ATS1800C eine hochwertige QZ und damit hohe Wiederholgenauigkeit. Im Gegensatz zu ähnlichen CATR-Lösungen auf dem Markt sind hier Positionierer, Speiseantenne und Reflektor vertikal übereinander angeordnet. Somit wird nur die Hälfte der Grundfläche beansprucht und neben ein Standard-19"-Gestell passt.

Das Zubehör für das System umfasst unter anderem die T3O110-Phantomserie mit Kopf und Händen für 5G OTA. Diese Phantomkörper des Schweizer Herstellers SPEAG basieren auf einer Technik, mit der sich die Schichtstruktur der menschlichen Haut nachbilden lässt und ihre HF-Eigenschaften bis 110 GHz simuliert. Die Phantomkörper bilden eine realistische Belastung des Messobjekts sowie der Energieaufnahme einer menschlichen Hand nach. Ebenfalls nachgebildet wird ein menschlicher Kopf. Das ist notwendig, um die Performance des Messobjekts im realen Einsatz beurteilen zu können.

Für allgemeine Testanwendungen in Forschung und Entwicklung bietet Rohde & Schwarz die R&S ATS800R. Bei dieser Lösung ist eine echofreie Kompaktkammer innerhalb eines Standardracks untergebracht. Der Prüfling kann in ergonomischer Höhe positioniert werden. Auch hier sorgt ein CATR-Reflektor mittlerer Größe für die entsprechende Qualität der QZ. Diese Lösung stellt eine leistungsstarke Option für F&E-Messungen dar und nutzt gleichzeitig den verfügbaren Raum optimal, da statt einer dedizierten Schirmkammer ein Standardgestell eingesetzt wird.

Thermische Einflüsse analysieren

Die Analyse thermischer Einflüsse auf die Leistungs- und Funktionsfähigkeit von Chipsets und Endgeräten ist von entscheidender Bedeutung, da ein Erwärmen oder Abkühlen von Geräten die Performance der HF-Komponenten und somit die Strahlungscharakteristik der Antennen beeinträchtigen kann. Mit der Option R&S ATS-TEMP zusammen mit einem R&S ATS1000 Antennentestsystem kann der Anwender 3D-HF-Messungen zur Bestimmung der Antennencharakteristik in einem Temperaturbereich von –40 bis 85 °C durchführen.

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