​5G 밀리미터웨이브(28GHz) 빔 측정 1

​5G mmWave (28GHz) 빔 측정 2

5G 테스트 준비하기

 

모바일 장치를 위한 5G mmWave OTA용 RF 테스트 방법론 소개

5G 네트워크가 2019/2020년에 시장에 출시될 것으로 예상됨에 따라 제조업체는 모바일 장치용

5G mmWave Over The Air(OTA) 표준에 대한 무선 주파수(RF) 테스트와 관련된 방법론을 이해하는 것이 중요합니다. 이를 통해 예상이 가능한 네트워크 매개변수에 대해 수용 가능한 모바일 장치를 개발할 수

있습니다.

 5G는 모바일 무선 기술의 차세대 진화로 4G 모바일 인터넷을 넘어 사물 인터넷(IoT)의 세계를 가능하게 합니다. 새로운 무선 네트워크는 더 빠른 속도와 더불어 다양한 스마트 기기 간의 통신을 가능하게 하여

거대한 IoT 생태계를 조성할 것으로 예상됩니다. 제조업체는 자사 제품이 24GHz 이상의 목표 주파수에

대한 요구 사항 및 OTA 표준에 지정된 RF 요구 사항과 호환되는지 확인해야 하며 해당 측정 기준을 사용

해야 합니다.
(EIRP: Effective Isotroopic Radiated Power, TRP: Total Radiated Power 및 EIS: Effective Isotropic Sensitivity).

RF 테스트 방법론


높은 주파수(f > 24GHz)에서 RF 테스트 방법론의 경우 다음과 같은 일반적인 측면이 적용됩니다.
• OTA 측정은 고주파(f > 24GHz)에서의 UE RF에 대한 테스트 방법입니다.
• 허용된 테스트 방법은 DFF(Direct Far Field), IFF(Indirect Far Field), NFTF(Near Field to Far Field 변환)이며, 무 반사실의 원거리(far field)  환경과 동등한 기준을 충족합니다.

이제 다양한 형태의 허용된 테스트 방법에 대해 다양한 측정 설정을 살펴보겠습니다.

DFF (Direct Far Field) 측정 설정


f > 24GHz에 대한 RF 특성의 DFF 측정 설정은 중심 및 중심을 벗어난 빔 측정이 가능합니다. 빔 측정의 중심에 대해 DFF 설정을 단순화할 수 있습니다. 측정 안테나와 링크 안테나를 결합하여 단일 안테나를 사용하여 빔을 조종하고 RF 측정을 수행할 수 있습니다.

기존 Far-field 무반사실의 최소 Far-field 거리 R은 다음 방정식을 기반으로 계산할 수 있습니다. 여기서 D는 DUT(테스트 대상 장치)의 방사 부분을 둘러싸는 가장 작은 구의 직경입니다. 더 큰 안테나 크기와 더 높은 주파수의 경우 거리는 매우 클 수 있습니다. 이것은 엄청난 고 비용이 소요되는 아주 큰 챔버에 대한 필요성으로 이어질 수 있습니다. 따라서 컴팩트한 안테나 테스트 영역인 근거리 필드(Near-field)  테스트를 위해 측정 거리를 줄이기 위한 방법이 필요할 수 있습니다.

IFF 측정 설정
f > 24GHz에 대한 RF 특성의 IFF 측정 설정은 중심 및 중심을 벗어난 빔 측정이 가능합니다. IFF 방법은 포물선 반사경을 사용한 변환을 사용하여 원거리 환경을 만듭니다. 이는 CATR(Compact Antenna Test Range)이라고도 합니다. CATR은 정숙 영역(quiet zone) 내에서 구형파를 평면파(균일한 진폭 및 위상)로 변환하는 콜리메이터 시스템(collimator system)입니다.

정숙 영역 크기는 주로 반사경, 급전 테이퍼 및 무반향실 설계에 따라 달라집니다. 정숙 영역의 품질은 진폭 균일성(aplitude uniformity), 위상 평면도(phase planarity) 및 편광 순도(polarization purity)에 의해 영향을 받을 수 있습니다. CATR 시스템은 표준 far-field 영역에서와 같이 평면파를 얻기 위해 측정 거리를 필요로 하지 않습니다. Far-field 거리 R은 초점 거리, 피드와 리플렉터 사이의 거리로 표시되며 아래와 같이 계산할 수 있습니다(시스템 구현에 따라 다를 수 있지만 일반적으로).
   • D = X [m]
   • 반사경의 크기=2 x D
   • R=초점 거리 = 3.5 x 반사경 크기 = 3.5 x (2xD)

     반사경에서 정숙 영역까지는 공간 손실이 없는 평면파가 있습니다.

 

 

NFTF 측정 설정
f > 24GHz에 대한 RF 특성의 NFTF 측정 설정은 중심 및 중심을 벗어난 빔 측정이 가능합니다. NFTF 시스템은 DUT 주변의 표면(이 경우 구형)의 진폭과 위상을 측정합니다. 원형 프로브 어레이는 방위각 회전만으로 전체 3D 패턴을 측정할 수 있습니다. 프로브 어레이 엘리먼트 사이의 전자 스위칭을 사용하여 고도 평면에서 DUT를 회전하지 않고도 고도 지점을 측정할 수 있습니다. 모달 구형파 확장을 사용하여 3D Far-field 패턴을 얻습니다.

NFTF는 Huygen의 원리를 기반으로 합니다. Helmholtz 방정식에 대한 직접 솔루션은 DUT에서 무한한 거리에 있는 표면에 경계 조건(boundry condition)을 적용하여 찾을 수 있습니다. 표면 위의 접선(tangential) 필드에서 모달 계수는 모달 확장의 직교성을 사용하여 결정할 수 있습니다. NFTF 방법은 Near-field to Far-field 변환을 사용하여 Far-field에서 정의된 메트릭을 계산합니다. 방사된 Near-field 빔 패턴이 측정되고 Near-field to Far-field로의 수학적 변환을 기반으로 하며, EIRP와 같은 최종 메트릭은 기준 설정에 대한 메트릭과 동일합니다.

2019/2020년에 5G 무선 기술의 도입이 예상됨에 따라 무선 전화 장치 제조업체는 OTA 표준을 준수하는 호환 제품을 도입할 준비가 되어 있어야 합니다. 5G mmWave OTA에 대한 RF 테스트와 관련된 방법론을 이해하면 이 새로운 기술의 도입과 관련된 기회를 활용하는 데 도움이 됩니다.

 

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Dr. Peter Liao 廖兆祥 博士
Wireless Laboratory Global OTA Technical Leader, Ph.D.

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