【無線射頻天線】-移動通信天線測試問題探討

----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----移動通信天線測試問題探討天線在移動通信系統(tǒng)中的作用好比人的眼睛和耳朵，好比足球隊的臨門一腳，其性能的好壞直接影響網(wǎng)絡(luò)掩蓋的效果，其牢靠性屬于單點失效，會直接導(dǎo)致本扇區(qū)掩蓋失效。而如何精確?????的測試及評估天線性能，目前仍存在一些問題需要探討及優(yōu)化。

一、天線測試場地及要求

天線輻射參數(shù)要求在自由空間中進行測試，現(xiàn)實中，只能盡可能的模擬自由空間，稱為準自由空間。高質(zhì)量的現(xiàn)代微波暗室是目前最好的準自由空間。通常有室內(nèi)遠場測試、室內(nèi)緊縮場測試及室內(nèi)近場測試三類測試方法。理論上，這三類方法都是正確的，都有可能實現(xiàn)精確?????的測試，但實際上由于各自硬件條件的限制、經(jīng)費預(yù)算的限制、以及對測試效率的期望，導(dǎo)致每一種測試方法所對應(yīng)的實際系統(tǒng)會引入各自固有的測試誤差，從而限制了輻射參數(shù)測試的精確?????性。對此，需要對場地進行量化的要求，如靜區(qū)反射電平、尺寸的要求等等，保證測試精度。舉例如下（以直接遠場和緊縮場輻射參數(shù)測試場地為例）：

二、增益的精確?????標定

天線增益測試中，影響其精度的因素較多，如標準增益天線的增益精度、擬合的光滑增益頻響曲線的精確?????性、不同場地環(huán)境誤差的影響及不同口徑、寬帶/窄帶喇叭的駐波比、波束寬度和增益值差別帶來的增益誤差等。因此，建議在達到計量精度要求的場地中，采納理論上嚴格的三天線法進行增益的肯定測試和標定。其他測試場地使用的標準增益喇叭必需經(jīng)過計量場地標定。

三、方向圖主平面的切割基準

在現(xiàn)行的基站天線的行業(yè)標準和各家企業(yè)標準中，對于天線輻射性能指標要求均是以主面為基準的定義體系。所謂主面，就是以標稱的電軸線方向為基準，稱為波束指向角。而與天線增益最大值的實際位置無關(guān)。對于用戶來說，天線的電軸是網(wǎng)絡(luò)掩蓋設(shè)計波束指向的方向依據(jù)，所以在網(wǎng)絡(luò)的工作頻段上，天線的電軸是唯一。因此。水平面方向圖就是包含電軸和水平軸的切割面，垂直面方向圖就是包含電軸和垂直軸的切割面，波束指向的基準是電軸。

以5度下傾角天線為例來說明：對于水平面方向圖，應(yīng)當(dāng)切物理上的=95度面所對應(yīng)的方向圖且以=0為方向角基準；對于垂直面方向圖，應(yīng)當(dāng)切天線法向瞄準軸的平面，比如叫=0度面。當(dāng)然，假如是0度下傾角天線，就回歸為常規(guī)定義上的水平面和垂直面。

在近場測量沒有投入國內(nèi)移動通信天線測試運營之前，行業(yè)內(nèi)的專家對于上述定義沒有異議。但在近場測量投入測試運營之后，有專家對方向圖的切割基準有了另外一種說法，即按最大增益方向進行切割。同樣以上面的天線為例，對于不同的頻點，真實的波束水平面最大指向可能發(fā)生在96度，也可能在94度。從立體圖看，=95度的水平面方向圖可能是各種各樣的：對稱的標準圓弧尖頂、圓弧平頂、偏斜一側(cè)或者同時兼有偏斜、馬鞍頂或者多波浪頂，以及各頻點指向的離散性等。同樣，對于垂直面方向圖，假如在最大值所對應(yīng)的角去切割，則會由于波束偏斜的不同、儀表接收值抖動的不同、頻點的不同，帶來角的巨大變化。如下圖1、2所示，按最大增益方向切割方式，天線的測試誤差將會增大。

四、副瓣抑制評判

副瓣抑制是天線的重要指標，目前通常考核垂直面方向圖的第一上旁瓣，如圖3所示。但在肯定頻段內(nèi)，總有一些頻點的第一上旁瓣很不明顯，好像未按預(yù)定位置消失，簡單將其次上旁瓣誤認為第一上旁瓣，如圖4、圖5所示，導(dǎo)致指標評判錯誤。對此，當(dāng)?shù)谝桓卑瓴幻黠@時，需要在預(yù)定的第一零點和其次零點之間的角域內(nèi)找最大值來確定，通常是1~2倍3dB角域，如圖6所示。另外，也可按上側(cè)某個角域范圍內(nèi)的副瓣電平進行評估，如從1倍3dB處~30度范圍內(nèi)，這樣既可避開上述狀況，也有利于網(wǎng)絡(luò)掩蓋效果。

五、有限距離的遠場方向圖修正

當(dāng)用遠場進行天線方向圖測試時，其基本條件是達到被測天線口徑上的放射信號可以看成是平面波，即收發(fā)天線之間的距離L2（D12+D22）/（備注：D1表示被測天線口徑，D2表示源天線口徑），即被測天線尺寸越大，需要的測試距離也越大。以GSM900頻段65度18dBi增益天線為例，長度2.6m，原天線口徑0.6m，需要的測試距離約46m。建筑如此大的微波暗室花費是很大的，精確高效牢靠的配套轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)難度也是很大的。因此，在測試大尺寸天線時，可采納對垂直面方向圖進行距離算法補償?shù)姆绞?，降低因場地距離不足帶來的增益和垂直面方向圖誤差。

西電和京信分別對不同的修正算法做過討論，得到了相同的結(jié)果，并通過對比球面近場測試結(jié)果、準遠場條件下測試結(jié)果及遠場修正結(jié)果，證明白修正算法的有效性和精確?????性，如圖5所示。

圖5

另外，需要說明的是正確修正的前提為：暗室反射電平足夠低、靜區(qū)起伏小，即達到暗室的靜區(qū)指標要求。

六、結(jié)束語

天線測試問題看似簡潔，但特別重要，一方面，是客戶對產(chǎn)品性能精確判定的唯一手段，另一方面，公正精確?????的測試評判是天線企業(yè)的產(chǎn)品獲得技術(shù)認可和市場機會的保障。

我完全贊同聯(lián)盟主席段寶巖院士的觀點："需要從統(tǒng)一計量標準、建立天線廠商資格認證機制、制訂科學(xué)合理的技術(shù)規(guī)范、出臺客觀公正的評價規(guī)章、建立科學(xué)合理的檢測機制等5個方面動身，建立一套完整、科學(xué)、客觀的天線質(zhì)量評判體系，以引導(dǎo)企業(yè)進入良性競爭的軌道。'

行業(yè)迫切需要出臺天線測試規(guī)范，明確界定一般測試精度和高測