【Microwave 101】儀器觀點：從星鏈到 5G mmWave，為何「OTA 測試」是相位陣列天線的量產地獄與淘金熱？
- Sonya
- 2025年10月23日
- 讀畢需時 7 分鐘
為何「這個測試」是下一個投資週期的風向標？
射頻 (RF) 產業正迎來一場根本性的轉變，驅動力來自兩個高速增長的市場：低軌衛星 (LEO) 通訊與 5G 毫米波 (mmWave)，這兩者的共同點，是它們都依賴一項顛覆性技術：相位陣列天線 (Phased Array Antenna)。
然而，這項技術在從軍用轉向商用（例如 Starlink 的數百萬用戶終端）的過程中，正撞上一堵高牆：「量產測試」。
過去，測試 RF 元件就像幫電腦接上 USB 線一樣簡單；現在，測試相位陣列天線，則像是在評測一個「無形的、用軟體在空中即時繪製」的複雜雕塑，傳統的測試線纜已無用武之地，整個產業被迫轉向「Over-the-Air」(OTA，空中下載) 測試。
OTA 測試不僅是研發 (R&D) 的挑戰，更是生產線上的成本黑洞，它昂貴、耗時且極度複雜，已成為決定 LEO 終端或 5G 手機能否獲利的關鍵瓶頸，本文將從儀器與測量的觀點，解析為何 OTA 測試是觀測 RF 產業下一個投資週期的核心風向標。
應用場景的演變
要理解為何 OTA 測試是「現在」的關鍵，我們必須先理解「天線」這門生意是如何被徹底改變的。
過去的測試挑戰：為何舊方法已不堪負荷？
在 4G 與傳統衛星時代，RF 系統的設計是「分立的」，工程師會設計一顆功率放大器 (PA)、一顆濾波器，最後透過一條同軸電纜 (Coaxial Cable) 連接到一個「被動」的天線（例如你車頂的鯊魚鰭或屋頂上的「鍋蓋」）。
商業比喻：「獨立部門的績效考核」
在這個模式下，測試非常簡單，品管 (QC) 團隊可以在每個元件的「連接埠」(Port) 上接上測試儀器（如網路分析儀或訊號分析儀）。
就像考核一間公司，你只需要看「財務部」的報表、「業務部」的業績，每個部門都有清晰的 KPI，只要每個元件單獨測試合格，最終產品（訊號）就八九不離十。
這個穩定、可預測的「有線測試」(Conducted Testing) 模式，已經主導了產業數十年。
新趨勢下的「研發」與「量產」測試盲點
5G 毫米波與 LEO 衛星（尤其是用戶終端）帶來了兩個新難題：高頻損耗與波束追蹤。
高頻損耗： 訊號頻率越高（例如 mmWave 的 28/39 GHz 或衛星 Ka 頻段），在傳統電纜中傳輸的損耗就越大。
波束追蹤： LEO 衛星以極高速度（時速超過 2 萬公里）繞行地球，地面終端的天線必須像「精準的探照燈」一樣，毫秒級不停地追蹤衛星，5G 毫米波也需要「波束賦形」(Beamforming) 來集中能量，克服空氣損耗。
這兩個難題的唯一解法，就是「天線系統積體化」。
商業比喻：「跨部門專案小組的敏捷開發」
新的設計（稱為 Antenna-in-Package, AiP）將 PA、移相器 (Phase Shifter) 與數十甚至數百個微小的「天線單元」(Element) 整合在一顆晶片或封裝上。
這徹底消滅了「天線接頭」，訊號在晶片內部就被放大，並直接由天線單元發射出去。
這導致舊的「獨立部門考核」模式失效了，你無法單獨測試 PA 或天線，因為它們之間沒有連接埠，唯一的測試方法，就是讓整個「專案小組」開始運作，然後在「會議室外面」（即空中）評估他們「溝通協作的最終成果」（即波束）。
這就是 OTA 測試的被迫崛起，研發人員無法再「偵錯」(debug) 單一元件，而產線人員則面臨一個巨大盲點：這個高度整合的「黑盒子」到底有沒有正常工作？
解鎖新應用的「測量」觀點 (應用導向)
OTA 測試的核心，是將測量標準從「電路」轉向「空間」，這不僅是技術轉變，更是思維模式的轉變。
關鍵指標(KPI)的轉變：從 [電路 S 參數] 到 [空間波束效能]
過去，決策者關注的 RF 指標是電路特性，例如 S 參數（反射/傳輸）、P1dB（壓縮點）、IP3（線性度）。
現在，這些指標依然重要，但它們「無法在連接埠上被測量」，取而代之的是，決策者必須開始關注一組全新的、在空中測量的「波束 KPI」：
EIRP (有效等向輻射功率)： 你的「探照燈」有多亮？這決定了 5G 的覆蓋範圍或衛星的上傳速度。
G/T (增益雜訊溫度比)： 你的「耳朵」有多靈敏？這決定了衛星的下載速度。
波束轉向準確度 (Beam Steering Accuracy)： 你的「探照燈」指向是否精準？指歪了，訊號就中斷了。
旁瓣位準 (Sidelobe Level)： 你的「探照燈」是否有「餘光」？過高的餘光會干擾旁邊的人（其他衛星或用戶），導致訊號品質下降。
EVM (誤差向量幅度)： 訊號的「清晰度」，在 OTA 環境下測量 EVM 變得極度困難，但它直接決定了你能傳輸多少數據 (Data Rate)。
應用導向的決策指南 (分析不同測試方法的適用場景)
當研發團隊提出需要採購「OTA 測試系統」時，他們面臨一個關鍵的百萬美元決策：該用「近場」(Near-Field) 還是「遠場」(Far-Field) 方案？
這不是一個單純的技術選擇，而是一個**「R&D 精度」與「量產速度」之間的商業權衡。
商業比喻：「汽車性能測試」
方法一：遠場 (Far-Field) 測試
邏輯： 在「真實世界」中測試，要準確測量波束（探照燈的光型），你必須站得「足夠遠」，遠到波束完全成形。
比喻： 「在一個 10 公里長的直線跑道上，實際測量車子的最高時速。」
挑戰： 對於高頻的相位陣列，這個「足夠遠」的距離可能長達數十甚至數百公尺。要在實驗室（無響室）內實現，需要極其巨大且昂貴的空間。
解決方案 (CATR)： 為了縮小空間，業界發明了「緊縮場」(Compact Antenna Test Range, CATR)，它使用一個巨大的拋物面反射鏡，將近處的訊號「反射」成彷彿來自遠方的平面波。
適用場景： 研發 (R&D) 驗證，CATR 非常精準，是黃金標準，但它極度昂貴、佔地面積大，且測試速度慢。
方法二：近場 (Near-Field) 測試
邏輯： 如果沒有足夠的空間，就在近處「掃描」，然後用「數學」去推算遠處的結果。
比喻： 「將車子固定在一個高科技的『滾輪測試機』(Dynamometer) 上，精確測量輪胎、引擎和風阻的詳細數據，然後用超級電腦『演算法』去『預測』它的最高時速。」
挑戰： 測量探頭需要在天線近處進行精密的 2D 或 3D 掃描（平面、柱面或球面），這非常耗時，而且，結果的準確性高度依賴「演算法」。
適用場景： 研發 (R&D) 診斷。近場掃描能提供豐富的診斷資訊（例如定位出哪顆天線單元失效），但傳統上速度太慢，不適合量產。
測試策略如何加速產品上市 (Time-to-Market)
這就帶來了 LEO 與 5G 毫米波的最大量產瓶頸：
一個傳統的有線測試可能只需要 30 秒；而一個完整的 OTA 測試（無論近場或遠場）可能需要 30 分鐘甚至數小時。
想像一下，Starlink 每月需要生產 10 萬台用戶終端，如果每台測試需要 30 分鐘，這條產線將立刻被測試站點「堵死」，Time-to-Market 成為空談。
因此，「量產型 OTA 測試」成為了全新的淘金熱，所有儀器商、系統整合商（包括許多台灣新創與中堅企業）都在競逐這個聖杯：如何在「非黃金標準」的條件下（例如更小的測試箱、更快的近場掃描），發展出「足夠好」(Good Enough) 且「足夠快」(Fast Enough) 的測試方案，在數十秒內完成波束的關鍵 KPI 驗證。
策略結語：投資人該關注的訊號
對於投資人而言，從「有線測試」轉向「OTA 測試」，是一個清晰的、正在發生的資本支出 (CapEx) 轉移訊號，這可能代表著舊的資產（傳統 VNA、Spectrum Analyzer）重要性正在下降，而新的資產（OTA 系統）正在成為 RF 公司的核心競爭力。
您應該關注以下三個投資訊號：
訊號一：關注「測試資產」的採購動向。
一家宣稱要進軍 LEO 或 5G 毫米波的 RF 公司，是否真的在財報上編列了採購「OTA 測試暗室」(Anechoic Chamber) 或「CATR 系統」的預算？如果沒有，他們對市場的承諾可能只是紙上談兵，這項投資是進入高頻市場的「入場券」。
訊號二：尋找「加速量產」的賦能者。
這場競賽的真正贏家，可能不是最精準的 R&D 測試方案，而是能將「小時級」測試壓縮到「分鐘級」甚至「秒級」的量產測試方案，投資標的應轉向那些專注於「快速近場演算法」、「多探頭並行測試系統」或「小型化 OTA 測試箱」的企業。
訊號三：台灣供應鏈的「整合測試」機會。
台灣在 LEO 地面終端的供應鏈（如天線、AiP 封裝、電源管理）已具備優勢，但真正的護城河在於「整合與測試」，請關注那些不僅提供硬體，還提供「測試服務」或「客製化測試系統」的公司，例如，像耀登 (Auden)、稜研 (TMYtek) 或 鐳洋 (Rapidtek) 這類能提供從天線設計到 OTA 測試整合方案的企業，它們正在解決系統廠（如仁寶、廣達）的最終量產痛點，這類「解決方案提供者」的價值正在被重估。
總之，OTA 測試已從輔助工具，轉變為決定 LEO 與 5G 毫米波商業成敗的核心樞紐。
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