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5G调制信号与连续波信号使用近场测量电场和磁场的解耦法进行功率密度评估 

 摘要——基于新型5G技术，保证了新一代通信快速而可靠的数据转换。为增强无线网络的质量，最新的技术正在开发中。其中最突出的技术亮点之一是宽带波形与毫米波频段的结合使用。对于在频率超过20GHz工作的新型宽带天线将是一个巨大的挑战，因为它需要精确和复杂的数据处理功能。

  本文对现成的宽带喇叭形天线的电场(E)和磁场(H)两种测试解耦的模式做了比较研究。一个是天线发送宽带的调制信号。另一个是在5G新无线电(NR)FR2频段发送连续波，中心频率为28GHz。【索引词-5G，电场和磁场去耦，近场测量，宽带波形】

引言：

  对于任何5G无线网络而言，关键特性是在一个宽带的调制信号上能够保证数据吞吐量的稳定性和平坦性。因此，至关重要的是有一个宽带传输设备能够同时为所有聚合载波上产生相同电平的信号。如果某些载波块没有承载足够的功率，在载波上的信息将不能够完整传送，整个数据集将被破坏。因此，验证宽带天线在传输调制信号的性能对于天线设计者和制造商是非常重要的。

 对天线进行近场区域中的评估提供了有关信号组成过程的全面信息。在近场区域，电场和磁场波不是同相的，传播方向也不呈线性[1]。所以在评估平面上需要对E和H矢量分布进行独立评估，而这是一种新的天线性能评估方法。这里使用的双探针法在[2]和[3]中有详细描述。而功率密度将使用(Poynting)坡印廷矢量公式计算[4]。 

研究的对象是现成的锥角喇叭形天线，工作频率范围为22GHz至33GHz。它以两种模式进行测试：具有800 MHz带宽的8载波调制信号，中心频率为28GHz、频率范围为27.960GHz至28.400GHz的连续波信号。

测试设置

概述

 两种用于测试天线的不同设置模式：

    1）矢量信号发生器作为调制源发送信号到天线，而E或H探头则连接到频谱分析仪。

    2）连接天线的2端口矢量网络分析仪连接到端口1，将E或H探头连接到端口2（图2）

    评估以距离天线孔平面高度10毫米（1个波长距离），扫描步进为2毫米。探头旋转步进为30度。

测试结果

和观察

调制信号：从频谱仪测量下，下面提供了"E"电场(图3)和"H"磁场(图4)的整个信息。

图3所示的是E电场，在载波5的信号电平比载波1、2、3的信号电平低3dB以上 ，而比载波7、8低5dB以上，电场分布的落差就非常严重并足以影响所有载波的传送质量。

    图4是在H磁场的情况下的结果，可以看出载波1、2、3比载波5、6、7、8低3dB， 不同的载波在H磁场的分布也是不一致。而且某种程度上它和E电场的误差也是明显不一致的。

    这种在不同载波上的信号电平落差如此明显和严重，往往造成在功率密度计算上出现放大性的误差，特别是在信号发出早期有如此情况。因此，通过不同的载波以不同的功率密度传输，实际上，这将导致发送设备的信息丢失

连续波信号：

 在连续波模式下，幅度和相位在每个测量频点进行评估，每个载波的中心频点的场域分布和相位分布都进行了计算， 在每种情况下，每个载波的调制信号带宽均为参考用作计算相应载波的连续波信号的场域和相位分布(图5)

连续波场域分布幅度和相位分布的逐渐演变现象均符合理论中的E电场和H磁场分布的。

功率密度：

每个载波的调制信号被计算出其功率密度后，依次针对对应的载波连续波信号计算功率密度。

    从载波1开始到载波8，就算离开天线一个波长，传送信号的中心叶仍未成形，载波与载波的峰值位置也仍然是在变化中的。

    呈现的图(图6)展示了调制信号和连续波信号在载波之间的差异。功率密度值分析(图7)显示调制信号和CW连续信号之间是没有相关性。从(图８)在计算整个调制信号和相应连续波信号的功率密度後也显示出峰值位置，面积平均功率密度和****功率等都存在差异性。

总结

该研究揭示了在喇叭形天线使用调制信号时出现对立性的测试结果。发现在两种测试模式之间没有明显的相关性。因此，对使用连续波的天线测试被认为不足以预测天线的调制信号传输时的性能。

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