天線(xiàn)架設方式對天線(xiàn)測試
天線(xiàn)架設方式對天線(xiàn)測試
【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
[Abstract]The impact of antenna phase center’s deviation from the axis of the turntable on antenna testing was analyzed inthe process of BTS antenna placement. Combined theoretical analysis with actual measurement， it was demonstrated that the antenna phase center’s deviation from the axis of the turntable often results in angle error of direction pattern and narrow lobewidth.
The impact of metal bar on antenna testing was verified through actual measurement that metal bar has a significant impact on low gain antenna (such as indoor distributed antenna and horn antenna) placed on the top of the metal bar， but has almost no impact on high gain antenna (such as BTS antenna) surround the metal bar.It provides data supports for scientific placement of antenna.
[Key words]antennaplacement measurement errorsphase center
1 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。
2 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)。
3 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。
4 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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