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天線(xiàn)架設方式對天線(xiàn)測試的影響淺析
【摘要】分析了在移動(dòng)通信基站天線(xiàn)架設過(guò)程中天線(xiàn)相位中心偏離轉臺轉軸中心對天線(xiàn)測試的影響，采用理論分析與實(shí)測相結合，實(shí)測結果表明：天線(xiàn)相位中心偏離轉軸中心時(shí)，主要引起方向圖角度誤差，導致波寬偏窄;并通過(guò)實(shí)測驗證了金屬桿對天線(xiàn)測試的影響，數據顯示：金屬桿對置于支撐桿的頂部的低增益天線(xiàn)(如室分天線(xiàn)、喇叭天線(xiàn)等)影響較大，而對抱于支撐桿上的高增益天線(xiàn)(如基站天線(xiàn))幾乎沒(méi)影響，該分析為科學(xué)合理地架設天線(xiàn)提供了數據依據。
【關(guān)鍵詞】天線(xiàn)架設 測量誤差 相位中心
一、引言
隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，通信系統對天線(xiàn)的輻射性能指標要求越來(lái)越高，如何提高天線(xiàn)測試的準確度已成為天線(xiàn)測量的主要任務(wù)。影響測試準確度的因素包括測試設備、測試環(huán)境、天線(xiàn)架設方式等，現有文獻普遍關(guān)注的是測試設備和測試環(huán)境對天線(xiàn)測量的影響，本文將圍繞天線(xiàn)架設方式開(kāi)展討論，為科學(xué)合理地架設測試天線(xiàn)、提高測試準確度提供數據依據。
二、天線(xiàn)架設方式對天線(xiàn)測試的影響
2.1 天線(xiàn)架設方式
天線(xiàn)架設方式如圖1所示：
(a)天線(xiàn)相位中心位于轉軸上(b)天線(xiàn)相位中心偏離轉軸
架設天線(xiàn)時(shí)，理想的情況是天線(xiàn)的相位中心與轉臺轉軸重合，如圖1(a)所示。但對于寬頻多端口天線(xiàn)，如LTE智能天線(xiàn)，無(wú)法完全滿(mǎn)足天線(xiàn)所有端口的相位中心在全頻段內均位于轉軸上，如圖1(b)所示，這將給測試帶來(lái)誤差。
2.2 理論分析
(1)天線(xiàn)口面的幅度均勻性分析
首先，對待測天線(xiàn)口面上的幅度分布進(jìn)行分析。發(fā)射天線(xiàn)選用增益為15dBi、水平面波寬為34°、垂直面波寬為32°的喇叭天線(xiàn)，收發(fā)天線(xiàn)距離為35m，靜區直徑為3m，有效輻射區域天線(xiàn)輻射張角為±2.5°，靜區場(chǎng)強幅度分布如表1所示：
(2)相位中心偏離轉軸對波束寬度的影響
如圖2所示，A為轉臺的轉軸中心，發(fā)射天線(xiàn)位于O點(diǎn)，待測天線(xiàn)位于P點(diǎn)，待測天線(xiàn)相位中心偏離轉軸距離d，天線(xiàn)指向對準OP方向，當轉臺旋轉φ角，天線(xiàn)相位中心旋轉到B點(diǎn)，天線(xiàn)指向旋轉θ角，設OA=r。
天線(xiàn)相位中心與轉軸重合時(shí)，方向圖為：
f(φ)=f0(φ)/r(1)
天線(xiàn)相位中心偏離轉軸中心時(shí)，方向圖為：
f’(φ)=f0(θ)/r’=f0(φ+β)/r’ (2)
其中：
(3)
(4)
由式(2)可知，波寬測試誤差不僅與偏心距離d有關(guān)，還與測試距離r以及天線(xiàn)的波瓣寬度φ有關(guān)。當測試距離r為38m時(shí)，不同波寬天線(xiàn)的波寬測試誤差Δ與偏心距離d的關(guān)系如圖3所示：
由圖3可得出如下結論：
天線(xiàn)波寬φ一定時(shí)，測試誤差Δ隨著(zhù)天線(xiàn)偏心距離d的增加而增大;
偏心距離d一定時(shí)，天線(xiàn)波寬φ越寬，則測試誤差Δ越大。
2.3 現場(chǎng)實(shí)測
基于前面的理論分析，對兩面天線(xiàn)進(jìn)行了現場(chǎng)實(shí)測。表2和表3給出天線(xiàn)位于轉軸中心、天線(xiàn)偏離轉軸中心0.35m這2種情況下的實(shí)測波寬值，取測試距離r=38m、天線(xiàn)波寬φ=65°，兩天線(xiàn)的工作頻段分別為806―960MHz、1710―2170MHz)。
三、金屬支撐桿對天線(xiàn)測試的影響
關(guān)于天線(xiàn)測試需采用何種材質(zhì)的支撐桿，目前業(yè)界還存在爭議。理論上，非金屬桿對天線(xiàn)測試影響相對較小，金屬桿對天線(xiàn)本身的性能影響相對較大，但金屬桿具有便于制作、承載力大、安裝穩固等優(yōu)點(diǎn)。此外，在基站天線(xiàn)的使用現場(chǎng)，安裝抱桿采用的是金屬桿。由此可見(jiàn)，金屬桿屬于“良性測試環(huán)境”，更接近天線(xiàn)的實(shí)際使用情況。
3.1 金屬支撐桿
本文將分別選用非金屬支撐桿和金屬支撐桿來(lái)分析不同材質(zhì)的支撐桿對天線(xiàn)測試的影響，為了方便測試，金屬支撐桿采用在非金屬支撐桿表面包覆金屬膜進(jìn)行模擬，如圖4所示：
(a)非金屬支撐桿 (b)金屬支撐桿
3.2 實(shí)測驗證
采用兩面天線(xiàn)進(jìn)行測試，分別為820―960MHz 55°9.5dBi天線(xiàn)和1710―2690MHz65°16.5dBi天線(xiàn)，測試在室內遠場(chǎng)中進(jìn)行，測試距離為38m，抱桿直徑為110mm，測試結果分別如表4和表5所示：
表4和表5中的測試數據表明：
(1)對于低增益天線(xiàn)(增益值小于10dBi，如室分天線(xiàn)、喇叭天線(xiàn)等，測試時(shí)天線(xiàn)置于支撐桿的頂部)，金屬桿對測試影響較大，尤其是前后比和交叉極化鑒別率，因此建議采用非金屬桿進(jìn)行測試;
(2)對于高增益天線(xiàn)(增益值大于16dBi，如基站板狀天線(xiàn)，測試時(shí)天線(xiàn)抱于支撐桿上)，金屬桿對測試基本沒(méi)影響，同時(shí)鑒于金屬桿的諸多優(yōu)勢，建議采用金屬桿進(jìn)行測試。
四、結論
本文采用理論分析與實(shí)測相結合，分析了天線(xiàn)相位中心偏離轉臺轉軸中心以及支撐桿材質(zhì)對天線(xiàn)測試的影響。通過(guò)分析表明：天線(xiàn)相位中心偏離轉軸中心時(shí)，將導致波寬偏窄;金屬桿對低增益天線(xiàn)(增益小于10dBi)的影響較大，而對高增益天線(xiàn)(增益大于16dBi)幾乎沒(méi)有影響，該分析為測試過(guò)程中正確架設天線(xiàn)、選取合適的支撐桿提供了參考。
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