大規模相控陣列 OTA 測試：沒有連接器的毫米波 CATR 緊縮場驗證

在通訊產業的演進史中，我們正在經歷一場「硬體架構」的根本性革命，在傳統的蜂巢式網路（如 3G 或早期的 4G）中，射頻工程師的測試桌上總是佈滿了粗重的同軸電纜（Coaxial Cables），要測試基地台的發射功率或調變品質，只需將電纜鎖上設備的射頻連接器，另一端接上頻譜分析儀，即可獲得精準的數據。

然而，當通訊頻率邁入毫米波（mmWave）頻段，並引入 大規模多輸入多輸出（Massive MIMO） 技術後，這個看似理所當然的測試動作，在物理上變得不可能。

為什麼連接器消失了？

在極高頻率下，電磁波在實體導體中的損耗極為驚人，為了最大化效率，業界發展出 主動式天線系統（Active Antenna System, AAS），在 AAS 架構中，傳統笨重的射頻放大器被微縮成奈米級的晶片，並與成百上千個微小的天線單元（Antenna Elements）以極高的密度直接銲接在同一塊多層電路板的兩面，射頻訊號一離開晶片，就立刻進入天線並輻射到空氣中；系統中再也沒有空間、也沒有必要安裝傳統的同軸測試埠，沒有了連接器，我們就無法使用電纜進行「傳導測試（Conducted Testing）」，所有的效能指標——包括等效全向輻射功率（EIRP）、誤差向量幅度（EVM）、相鄰通道洩漏比（ACLR）以及波束成形（Beamforming）的準確度，都必須在空氣中「捕捉」並量測。這就是 空中下載測試（Over-The-Air, OTA） 成為次世代通訊強制標準的原因。

遠場（Far-Field）的幾何困境

OTA 測試並不是把接收天線隨便擺在待測物（DUT）前面就好，為了準確評估一個相控陣列的輻射場型（Pattern）與增益，接收天線必須放置在待測物的 「遠場區域（Far-Field Region）」；在遠場中，從大型陣列天線各個單元發射出來的球面波（Spherical Waves）已經充分擴散並融合，到達接收端時，波前（Wavefront）會趨近於平行的 「平面波（Plane Wave）」，只有在平面波的照射下，天線陣列接收到的相位與振幅才會均勻，量測結果才具備物理意義。

然而，決定遠場距離的物理公式（即弗勞恩霍夫距離定律）指出：遠場距離與「天線幾何尺寸的平方」成正比，並與「波長」成反比，當我們測試一個尺寸為 30 公分的 5G 毫米波基地台天線（頻率高、波長極短）時，其遠場距離可能長達 5 到 10 公尺，要在實驗室中建造一個長達 10 公尺、內部貼滿昂貴吸波材料的直接遠場（Direct Far-Field, DFF）暗室，不僅佔地極大，建置成本更令人望之卻步；此外，長距離在空氣中傳播會帶來巨大的路徑損耗（Path Loss），使得接收端難以量測到微弱的訊號品質。

緊縮場（CATR）的魔法：折疊空間的光學把戲

為了解決龐大空間與極高路徑損耗的雙重難題，電磁學界引入了源自光學望遠鏡的技術：緊縮天線測試場（Compact Antenna Test Range, CATR）；CATR 的核心是一個經過極高精度加工的 拋物面反射器（Parabolic Reflector）。

1. 饋源（Feed）：
   一個小型的寬頻天線（饋源）被放置在反射器的焦點上，向反射器發射球面波。
2. 空間變換：
   當這些擴散的球面波撞擊到拋物面反射器時，根據幾何光學原理，它們會被反射並「拉直」，轉化為完美的平行波（平面波）。
3. 靜區（Quiet Zone）：
   這些平面波會在距離反射器極近的地方，形成一個具有高度均勻相位與振幅的圓柱形立體空間，稱為「靜區」。

透過 CATR 技術，工程師只需要不到 2 公尺的物理距離，就能在靜區內創造出彷彿相隔數百公尺遠的「遠場平面波環境」，將沒有連接器的 AAS 設備放置於這個靜區的 3D 轉台上，我們就能在極小的實驗室空間內，精準量測 Massive MIMO 的全方位立體波束成形效能。

毫米波 OTA 測試生態系

面對沒有連接器的 5G FR2（毫米波）與未來 6G 測試需求，系統整合商必須提供高度整合的「暗室硬體」與「射頻分析大腦」，奧創系統科技提供 Rohde & Schwarz (R&S) 業界最頂尖的 CATR 緊縮場暗室，並搭配專為毫米波設計的通訊測試儀與奧創代理的陣列天線開發套件，為客戶打造無懈可擊的 OTA 測試閉環。

核心設施：R&S ATS 系列 CATR 測試暗室

我們提供符合業界最高標準的緊縮場解決方案，確保為您的待測物提供最純淨的平面波靜區（Quiet Zone, QZ）。

• 旗艦級研發與認證 (R&S ATS1800C)：
  這是專為 5G FR2 乃至更高頻段設計的頂級 CATR 系統，它具備極為寬廣的頻率範圍（12 GHz 至高達 170 GHz），且能產生直徑高達 40 公分 (Ø 40cm) 的超大靜區，您可以將整台大型的毫米波基地台天線或筆記型電腦放入其中進行測試，內建高精度 3D 定位轉台，可全方位掃描天線的球面積分輻射場型，適用於研發（R&D）、一致性測試（Conformance）與法規認證。

R&S ATS1800C 系統型錄下載

• 桌上型緊湊方案 (R&S ATS800R)：
  針對空間受限的實驗室或產線抽檢，ATS800R 提供了覆蓋 20 GHz 至 50 GHz 頻段、具備 20 公分 (Ø 20cm) 靜區的緊湊型 CATR 設計，它同樣支援可選配的 3D 或傾斜 (Tilt/Tilt) 轉台，在體積與效能間取得完美平衡。

R&S ATS800R 產品型錄下載

量測大腦：針對 FR2 波束驗證的通訊測試儀

有了完美的暗室，還需要能精準捕捉並解析毫米波訊號的儀表。

• FR2 小型基地台與元件測試 (R&S CMP200)：
  針對 5G FR2 頻段，CMP200 無線通訊測試儀是專為 FR2 波束驗證與特性分析 (Beam Verification & Characterization) 所設計的核心利器，它能透過中頻 (IF) 或射頻 (RF) 介面進行精確量測，是驗證 5G FR2 毫米波小型基地台 (Small Cell) 射頻效能的理想選擇。

• 端對端波束成形控制 (R&S CMX500)：
  在進行綜合性的終端測試時，CMX500 OBT 系統不僅能模擬完整的網路協定，還能與外部的自動化機械手臂（Robot arm controller）或 3D 轉台無縫整合，系統能即時計算並發出波束追蹤指令，確保測試天線能始終對準正確的訊號來向，實現自動化的 3D 波束成形 (Beamforming) 驗證。

天線研發與原型設計：OHM+ DPA 毫米波開發套件

對於正在研發 Massive MIMO 演算法的學術單位或系統級封裝（SiP）設計廠，我們提供從硬體到演算法的完整開發平台。

• 64 通道雙極化相控陣列：我們推薦導入 OHM+ DPA 雙極化相控陣列天線開發套件，這是一款專為毫米波（26.5 - 29.5 GHz）打造的 8x8 陣列天線模組。它支援雙極化與極速的電子波束賦形，解決了研發初期的硬體校正與散熱難題。

專為毫米波應用打造的 64 通道 (8x8) 相控陣列天線，支援雙極化、波束賦形與即時追蹤，模組化設計可自由拼接，隨附視覺化控制軟體與開源 API，是 B5G 與衛星通訊研發的最佳利器。

• Massive MIMO 的無縫擴展：
  此套件最大的優勢在於其 可擴展的陣列架構。工程師可以將多個模組自由拼接，輕鬆擴展天線規模，滿足大型 Massive MIMO 的原型設計需求，搭配隨附的視覺化控制軟體與開源 API，研發團隊能將其放入 ATS1800C CATR 暗室中，快速驗證自定義波束成形演算法在真實平面波下的實際增益與零陷（Nulling）表現。

直觀操控：獨家的 "Drag-to-Steer" 功能，讓波束控制像操作遊戲一樣簡單直觀


專家級調校：進階面板支援對 64 個天線單元 (A1-H8) 進行逐一的幅度 (Amplitude) 與相位 (Phase) 校正

實際的 OTA 測試系統配置，將因應您的待測物尺寸（決定所需的靜區大小）、操作頻段以及所需的 3D 轉台負載能力而有所不同，如需深入規劃 CATR 暗室建置與儀器搭配建議，請聯繫「奧創團隊」，我們擁有豐富的微波與毫米波系統整合經驗，隨時準備為您提供最專業的配置建議與技術支援。

立即聯繫奧創系統，讓我們協助您建立最高標準的緊縮場測試環境。在沒有連接器的時代，依然能以無與倫比的精度，精準捕捉每一道射向虛空的微波束，確保您的天線系統在未來的通訊戰場中精準鎖定、無遠弗屆。