PART-01

前言

相控陣天線已廣泛應用于移動通信和衛星通信，在OTA暗室中使用矢量網絡分析儀進行校準、無源和有源測試已經較為成熟。但對于內置本振的相控陣由于輸入輸出頻率不一致且本振無法接入，常規測試方法無法進行穩定的幅相測試。本期將介紹一種新穎的測試方法，該方法巧妙使用R&S ZNA 矢網輸出雙音信號對內置本振的相控陣天線進行近場測試。

相控天線陣面的集成度越來越高，有些陣面將收發上下變頻單元也直接集成在陣面中且變頻單元的本振源也一同集成在陣面中，這導致常規矢網無法進行穩定幅相測試。而在相控天線的近場測試中，我們必須通過測得天線近場的幅相分布數據才能進行近場到天線遠場特性的轉換。針對這一業界難題，羅德與施瓦茨（R&S）結合R&S ZNA矢網內部多激勵相參源與雙數字接收機架構提出雙音法進行內置本振相控陣天線近場測試的新方法。

PART-02

內置本振天線接收單元的特點

對于一個集成本振的天線接收單元來說（如下圖所示），具有以下特點：內置本振、本振無法使用線纜輸入或輸出。因此，天線輸出信號的相位隨著天線接收激勵信號相位和本振相位的變化而變化。由于本振信號的相位未知且可能不穩定隨時間漂移，矢網輸入fRF時我們只能得到天線接收信號的相位，而無法得知本振相位的變化。這就對我們的測試提出了新的挑戰：如何去除本振帶來相位影響？

PART-03

解決方法

借助兩個測試天線，其中一個天線固定位置不動，另外一個天線作為天線近場測試的探頭天線在待測天線的近場進行掃描移動。然后，結合R&S ZNA獨有的雙音法混頻測試的技術，可以解決上述問題。測試框圖如下：

使用ZNA的兩個端口發出兩個頻率相近的信號f1和f2，分別送給兩只天線，之后，兩只天線發出的信號由同一個陣面天線進行接收，那么此時該接收陣面天線接收到的信號為一個雙音信號，同時這兩個信號分別與內置的本振進行混頻，接收陣面輸出頻率為f1-fLO和f2-fLO的雙音信號。

該方法不是直接測量陣面天線輸入和輸出之間的相位，而是使用ZNA測量雙音信號的兩個音之間的相位差。分別測試陣面天線的輸入端和輸出端的雙音相位差值。使用公式(1)和(2)，ΔΦ為天線陣元輸出端雙音相位的差值減去輸入端的差值。在被測天線的視軸位置，ΔΦ被歸一化為零。此后，當探頭天線在待測陣面天線空間近場移動時，ΔΦ的相對測量結果反映了待測陣面天線的近場相位變化。

此時，對于天線接收陣面，相位的變化如下式：

（1）

注意到上式中的兩個ΦLO可以消去，可以簡化為：

（2）

上式中φ1in和φ2in均由ZNA給出，而Φ1out和Φ2out均輸入回ZNA。

可以觀察到，本振的相位偏差（公式(1)中的φLO）對陣面天線的兩個下變頻載波具有相同影響，因此本振的變化在公式(1)中相互抵消，最終得到公式(2)。因此，通過這種雙音比較的方法，由嵌入式本振相位引起的偏差對測量的準確性和穩定性幾乎沒有影響。