OTA测试创新的十年征程：从有效远场距离到智能超表面测量的突破

《IEEE Antennas and Propagation Magazine》：Over-The-Air Measurement Innovation: Our Journey in the Last Decade and the Road Ahead [Measurements Corner]

随着5G集成无线系统的普及，传统天线测试方法已无法满足系统级性能评估需求。本文系统阐述了R&S团队在OTA测试领域的技术突破：提出有效远场距离(EFFD)概念将测试距离缩短至弗劳恩霍费距离(FHD)的25%，开发全球最小CATR系统支持-40°C至+85°C热测试，首次商用化平面波合成(PWS)阵列，并建立2D单-双站等效定理(MBET)实现智能超表面(RIS)高效测量。这些创新为6G时代超大规模天线系统测试提供了关键技术路径。

　　

当5G基站天线尺寸达到8λ时，按照传统弗劳恩霍费距离计算，其远场测试需要长达18米的暗室——这相当于把一辆公交车竖起来测量。这种"空间暴政"正成为无线技术发展的隐形枷锁。更棘手的是，现代通信设备正变成黑盒子：射频端口消失，相位信息难以获取，而汽车天线等电大尺寸器件的测试需求却呈指数级增长。罗德与施瓦茨公司的研发团队在《IEEE Antennas and Propagation Magazine》发表的综述论文，系统记录了十年间攻克这些难题的技术路径。

有效远场距离的革命性突破

传统远场边界定义使得大型设备测试成本高昂。研究团队提出的有效远场距离(EFFD)概念，通过数学建模将测试误差与距离关联，使8λ天线在3米距离的EIRP测量误差控制在20%以内。如图1所示，对于30cm的30GHz设备，3米距离测量误差不足15%，而传统方法需要18米距离。这种"足够好"的工程哲学背后，是精确的误差控制算法，例如通过已知天线位置进行视差校正的技术。

紧凑天线测试场的集成创新

为满足3GPP协议测试要求，团队开发了垂直结构的超紧凑CATR系统（图2）。该系统通过天花板安装的71cm×69cm抛物线反射器，在1.53m×0.90m×1.99m空间内实现40cm安静区(QZ)，支持6-90GHz全频段测试。更突破性的的是集成了"热泡"概念，通过RF滤波气流实现-40°C至+85°C温控测试，热扰动对辐射场影响小于1dB。侧舱配备的多反射器系统首次实现五角度配置，满足多入射角测试需求。

平面波合成阵列的空间革命

平面波合成(PWS)技术通过1.8米孔径的156单元相控阵（图3），在2倍距离处实现±0.3dB幅度误差和±2°相位误差的平面波模拟。相比需要5倍QZ尺寸的CATR，PWS仅需1.8倍阵列尺寸即可实现类似性能。但该技术受限于单元间距导致的空间采样约束，其带宽性能仍逊于CATR。

仿真增强测量的融合之道

针对整车测试等复杂场景，团队开发了近场测量与数值仿真结合的方法。通过扫描汽车中控台天线（图5），建立等效源模型后仿真整车环境（图6），成功预测车内2.45GHz场分布。该技术还扩展至人体电磁暴露评估，通过添加散射模型解决近场驻波效应，实现数字调制信号的OTA相位重构。

智能超表面测试的范式转移

针对智能超表面(RIS)双站测试的机械复杂性，团队推导出2D单-双站等效定理(MBET)。通过CATR单站测量数据重构双站RCS模式（图7），与仿真参考值误差低于-24dB。这为可重构智能表面的快速表征开辟了新途径。

技术方法核心

研究采用四类关键技术：1)基于数学建模的EFFD误差控制理论；2)多反射器CATR与热流控温的集成设计；3)相控阵平面波合成与QZ验证技术；4)近场扫描与全波仿真结合的混合建模方法。其中汽车天线测试采用实际车辆中控台样本，人体暴露评估通过志愿者数据建模。

研究结论与展望

本研究表明，OTA测试正从单纯的辐射性能评估转向系统级性能验证。EFFD概念重新定义了远场边界，CATR与PWS技术实现了量级级的空间压缩，而MBET定理则突破了双站测试的物理限制。更深远的意义在于，测量与仿真技术的融合正催生新的范式——数字孪生驱动的OTA验证体系。随着人工智能与仪器技术的进步，单连接矢量网络分析仪的谐波相位参考、本振跟踪等尚未充分利用的功能，将与仿真平台深度结合，最终实现"测试即验证"的下一代智能测量生态。

（注：全文严格遵循原文技术细节，专业术语首次出现均标注英文缩写，保留上下标格式，去除了文献引用标识）