天線在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的作用好比人的眼睛和耳朵，好比足球隊(duì)的臨門一腳，其性能的好壞直接影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋的效果，其可靠性屬于單點(diǎn)失效，會(huì)直接導(dǎo)致本扇區(qū)覆蓋失效。而如何準(zhǔn)確的測(cè)試及評(píng)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(cè)試場(chǎng)地及要求
天線輻射參數(shù)要求在自由空間中進(jìn)行測(cè)試，現(xiàn)實(shí)中，只能盡可能的模擬自由空間，稱為準(zhǔn)自由空間。高質(zhì)量的現(xiàn)代微波暗室是目前最好的準(zhǔn)自由空間。通常有室內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試、室內(nèi)緊縮場(chǎng)測(cè)試及室內(nèi)近場(chǎng)測(cè)試三類測(cè)試方法。理論上，這三類方法都是正確的，都有可能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)試，但實(shí)際上由于各自硬件條件的限制、經(jīng)費(fèi)預(yù)算的限制、以及對(duì)測(cè)試效率的期望，導(dǎo)致每一種測(cè)試方法所對(duì)應(yīng)的實(shí)際系統(tǒng)會(huì)引入各自固有的測(cè)試誤差，從而限制了輻射參數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性。對(duì)此，需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行量化的要求，如靜區(qū)反射電平、尺寸的要求等等，保證測(cè)試精度。舉例如下（以直接遠(yuǎn)場(chǎng)和緊縮場(chǎng)輻射參數(shù)測(cè)試場(chǎng)地為例）：
二、增益的準(zhǔn)確標(biāo)定
天線增益測(cè)試中，影響其精度的因素較多，如標(biāo)準(zhǔn)增益天線的增益精度、擬合的光滑增益頻響曲線的準(zhǔn)確性、不同場(chǎng)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(dá)到計(jì)量精度要求的場(chǎng)地中，采用理論上嚴(yán)格的三天線法進(jìn)行增益的絕對(duì)測(cè)試和標(biāo)定。其他測(cè)試場(chǎng)地使用的標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭必須經(jīng)過計(jì)量場(chǎng)地標(biāo)定。
三、方向圖主平面的切割基準(zhǔn)
在現(xiàn)行的基站天線的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和各家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于天線輻射性能指標(biāo)要求均是以主面為基準(zhǔn)的定義體系。所謂主面，就是以標(biāo)稱的電軸線方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，稱為波束指向角。而與天線增益最大值的實(shí)際位置無關(guān)。對(duì)于用戶來說，天線的電軸是網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)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(zhǔn)是電軸。
以5度下傾角天線為例來說明：對(duì)于水平面方向圖，應(yīng)該切物理上的Θ=95度面所對(duì)應(yīng)的方向圖且以Φ=0 為方向角基準(zhǔn)；對(duì)于垂直面方向圖，應(yīng)該切天線法向瞄準(zhǔn)軸的平面，比如叫Φ=0度面。當(dāng)然，如果是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(chǎng)測(cè)量沒有投入國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信天線測(cè)試運(yùn)營(yíng)之前，行業(yè)內(nèi)的專家對(duì)于上述定義沒有異議。但在近場(chǎng)測(cè)量投入測(cè)試運(yùn)營(yíng)之后，有專家對(duì)方向圖的切割基準(zhǔn)有了另外一種說法，即按最大增益方向進(jìn)行切割。同樣以上面的天線為例，對(duì)于不同的頻點(diǎn)，真實(shí)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，Θ=95度的水平面方向圖可能是各種各樣的：對(duì)稱的標(biāo)準(zhǔn)圓弧尖頂、圓弧平頂、偏斜一側(cè)或者同時(shí)兼有偏斜、馬鞍頂或者多波浪頂，以及各頻點(diǎn)指向的離散性等。同樣，對(duì)于垂直面方向圖，如果在最大值所對(duì)應(yīng)的Φ角去切割，則會(huì)由于波束偏斜的不同、儀表接收值抖動(dòng)的不同、頻點(diǎn)的不同，帶來Φ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(cè)試誤差將會(huì)增大。
四、副瓣抑制評(píng)判
副瓣抑制是天線的重要指標(biāo)，目前通常考核垂直面方向圖的第一上旁瓣，如圖3所示。但在一定頻段內(nèi)，總有一些頻點(diǎn)的第一上旁瓣很不明顯，似乎未按預(yù)定位置出現(xiàn)，容易將第二上旁瓣誤認(rèn)為第一上旁瓣，如圖4、圖5所示，導(dǎo)致指標(biāo)評(píng)判錯(cuò)誤。對(duì)此，當(dāng)?shù)谝桓卑瓴幻黠@時(shí)，需要在預(yù)定的第一零點(diǎn)和第二零點(diǎn)之間的角域內(nèi)找最大值來確定，通常是1~2倍θ3dB角域，如圖6所示。另外，也可按上側(cè)某個(gè)角域范圍內(nèi)的副瓣電平進(jìn)行評(píng)估，如從1倍 θ3dB處~30度范圍內(nèi)，這樣既可避免上述情況，也有利于網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果。
五、有限距離的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖修正
當(dāng)用遠(yuǎn)場(chǎng)進(jìn)行天線方向圖測(cè)試時(shí)，其基本條件是達(dá)到被測(cè)天線口徑上的發(fā)射信號(hào)可以看成是平面波，即收發(fā)天線之間的距離L > 2（D12 + D22）/λ（備注：D1表示被測(cè)天線口徑，D2表示源天線口徑），即被測(cè)天線尺寸越大，需要的測(cè)試距離也越大。以GSM900頻段 65度18dBi增益天線為例，長(zhǎng)度2.6m，原天線口徑0.6m，需要的測(cè)試距離約46m。建造如此大的微波暗室花費(fèi)是很大的，精確高效可靠的配套轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)難度也是很大的。因此，在測(cè)試大尺寸天線時(shí)，可采用對(duì)垂直面方向圖進(jìn)行距離算法補(bǔ)償?shù)姆绞?，降低因?chǎng)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(duì)不同的修正算法做過研究，得到了相同的結(jié)果，并通過對(duì)比球面近場(chǎng)測(cè)試結(jié)果、準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)條件下測(cè)試結(jié)果及遠(yuǎn)場(chǎng)修正結(jié)果，證明了修正算法的有效性和準(zhǔn)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(dá)到暗室的靜區(qū)指標(biāo)要求。
六、結(jié)束語
天線測(cè)試問題看似簡(jiǎn)單，但非常重要，一方面，是客戶對(duì)產(chǎn)品性能精確判定的唯一手段，另一方面，公正準(zhǔn)確的測(cè)試評(píng)判是天線企業(yè)的產(chǎn)品獲得技術(shù)認(rèn)可和市場(chǎng)機(jī)會(huì)的保障。
我完全贊同聯(lián)盟主席段寶巖院士的觀點(diǎn)：“需要從統(tǒng)一計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、建立天線廠商資格認(rèn)證機(jī)制、制訂科學(xué)合理的技術(shù)規(guī)范、出臺(tái)客觀公正的評(píng)價(jià)規(guī)則、建立科學(xué)合理的檢測(cè)機(jī)制等5個(gè)方面出發(fā)，建立一套完整、科學(xué)、客觀的天線質(zhì)量評(píng)判體系，以引導(dǎo)企業(yè)進(jìn)入良性競(jìng)爭(zhēng)的軌道。”
行業(yè)迫切需要出臺(tái)天線測(cè)試規(guī)范，明確界定一般測(cè)試精度和高測(cè)試精度要求對(duì)場(chǎng)地和設(shè)備的門檻要求，給出科學(xué)合理，準(zhǔn)確穩(wěn)定，可靠高效的測(cè)試方法和步驟。希望聯(lián)盟和相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)聯(lián)合做好這件事。以便對(duì)天線產(chǎn)品性能指標(biāo)作出公正準(zhǔn)確的評(píng)判，以便天線企業(yè)有一個(gè)良性競(jìng)爭(zhēng)，持續(xù)進(jìn)步的生存環(huán)境。
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