平均增益，最大增益，極化效率是怎么回事？

左右旋分量，軸比，相角是什么東西？

測(cè)試距離與精度到底是什么關(guān)系？

吞吐量和TRPTIS和測(cè)試距離，通路損耗，有什么對(duì)應(yīng)關(guān)系？

多探頭，單探頭，平面近場(chǎng)，球面近場(chǎng)和緊縮場(chǎng)應(yīng)該怎么選？

帶著這些天線研發(fā)小伙伴的疑問(wèn)，我們安排了一次技術(shù)專訪，專訪的對(duì)象是天津飛圖科技總經(jīng)理任祥順。任總從事射頻自動(dòng)化工作已超過(guò)20年，是國(guó)內(nèi)首屈一指的天線測(cè)試專家之一。以下為根據(jù)錄音整理的文字記錄。

（接上）

編：那左右旋分量的差是軸比，兩個(gè)分量的和是增益對(duì)嗎？
任：對(duì)了一半，左右旋分量的差叫做圓極化交叉極化比，這個(gè)差越大說(shuō)明圓極化越純，軸比越小，軸比與左右旋分量之間的轉(zhuǎn)換不是簡(jiǎn)單的加減。但是左右旋分量的和就是增益，這個(gè)是對(duì)的，同樣水平極化和垂直極化分量的和也是增益。

編：如果我做了一個(gè)天線，不是圓極化，也不是線極化的，拿出去用有很大問(wèn)題嗎？
任：問(wèn)題不大但是不建議這樣用，用圓極化在線極化場(chǎng)合去用，損失3dB系統(tǒng)增益。線極化的去在衛(wèi)星通訊的圓極化場(chǎng)合去用，也損失3dB增益，還好。但是碰到逼近極限的場(chǎng)合就需要斤斤計(jì)較了，比如接收機(jī)部門是在難以提高靈敏度，發(fā)射機(jī)部門再提高發(fā)射功率雜散就超標(biāo)了，這時(shí)候，壓力就可能到天饋系統(tǒng)上了。這時(shí)候不單要看極化，還要去看相角等特性最終整個(gè)通訊系統(tǒng)才能完好運(yùn)行。

編：什么是相角？這個(gè)詞第一次聽到。
任：相角是橢圓極化波的長(zhǎng)軸與地面的夾角，取值范圍是0-180度，在不純圓極化通訊系統(tǒng)里面，相角是一個(gè)重要的參量。比如基站天線里面，相角固定在+/-45度。GEO衛(wèi)星放電視信號(hào)那種，線極化的相角固定在0/90度。所有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，都是根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，用工程語(yǔ)言翻譯出來(lái)的。就像為什么導(dǎo)航天線要用圓極化，左旋右旋的搞死人，頻帶還特別窄，這是由導(dǎo)航的應(yīng)用場(chǎng)景決定的，你雇幾個(gè)外星人過(guò)來(lái)搞系統(tǒng)規(guī)劃也得這么搞對(duì)吧。我說(shuō)咱談點(diǎn)別的吧，凈折騰極化了。

編：那換一個(gè)話題，怎么判斷一個(gè)天線是一個(gè)定向天線？
任：這個(gè)牽扯到一個(gè)概念叫方向性系數(shù)，或者簡(jiǎn)稱方向性。簡(jiǎn)單可以理解成那個(gè)豪豬的最大的刺與平均刺長(zhǎng)度的差。這個(gè)方向性系數(shù)無(wú)法直接測(cè)量出來(lái)，只能先測(cè)試一個(gè)完整的3D數(shù)據(jù)，計(jì)算出球面積分后的平均增益，或者叫效率，與最大的那個(gè)值去比。在dB域里就是相減，在功率域里就是除法，我們一般工程上就簡(jiǎn)單加加減減省事了，比如一個(gè)天線效率是50%，就是-3dB，增益是3dB，那么方向性系數(shù)就是6dB了，算法很簡(jiǎn)單。這個(gè)判斷定向天線也沒(méi)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，有的客戶把超過(guò)5dB稱作定向天線，有的是8，都不一定。關(guān)鍵還是看方向圖。

編：相位中心什么指標(biāo)？該怎么去測(cè)試？
任：這玩意很重要，但是用處不廣，我所知道的用處有兩個(gè)方向，一個(gè)是高精度導(dǎo)航天線的指標(biāo)測(cè)試，一個(gè)是球面近場(chǎng)和柱面近場(chǎng)的原始數(shù)據(jù)的計(jì)算補(bǔ)償，都比較麻煩。都是實(shí)測(cè)出來(lái)的。客戶一般能接觸到的是第一種情況，第二種情況在我們的球面和柱面近場(chǎng)的原始數(shù)據(jù)處理中已經(jīng)修正了。描述一個(gè)高精度導(dǎo)航天線的指標(biāo)有兩個(gè)，一個(gè)是相位中心穩(wěn)定度，一個(gè)是相位中心偏移量。很多時(shí)候我們拿到一只導(dǎo)航天線后，可以在側(cè)面看到一個(gè)貼紙，上面標(biāo)記好L1和L2頻點(diǎn)相對(duì)于天線基座的高度，這就是當(dāng)時(shí)研發(fā)測(cè)試出來(lái)的相位中心高度，或者說(shuō)相位中心（相對(duì)于天線基座的）偏移量。實(shí)際上，相位中心偏移量，也叫PCO是XYZ三個(gè)數(shù)字的，只是很多天線是軸對(duì)稱的，都忽略掉XY的偏移量了。PCV也叫相位中心穩(wěn)定度是真正判斷一個(gè)天線是否是零相位天線的指標(biāo)，只要把這個(gè)指標(biāo)做好，做高精度導(dǎo)航天線才有保證，至于PCO放在哪里都不太重要，接收機(jī)軟件調(diào)整就足夠了。

編：這個(gè)太專業(yè)了，我說(shuō)點(diǎn)自己感興趣的，深圳這邊的終端天線測(cè)試，比如測(cè)試手機(jī)和路由器的，用的近場(chǎng)測(cè)試，這種方式跟遠(yuǎn)場(chǎng)差距有多大呢？該怎樣去評(píng)估這個(gè)測(cè)試距離帶來(lái)的差距呢？
任：這個(gè)別討論，屬于哲學(xué)范疇。真正滿足遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的只有2d^2/L，不滿足這個(gè)的就叫近場(chǎng)，搞個(gè)專家評(píng)審這是個(gè)硬條件，滿足這個(gè)測(cè)試距離的就是遠(yuǎn)場(chǎng)。但是終端的有源測(cè)試沒(méi)有相位概念，只有幅度，所以沒(méi)有辦法進(jìn)行矢量積分形成遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，所以，這些有源終端的測(cè)試方向圖測(cè)出來(lái)是什么就是什么。但是，這個(gè)很重要噢，由于有源終端更多的關(guān)心的是TRPTIS，這個(gè)類似效率那個(gè)測(cè)試，在TRPTIS測(cè)試中，用多大的一個(gè)封閉采樣積分下來(lái)結(jié)果是不變的。所以，在這些有源終端的測(cè)試中，包括5G基站天線的有源總輻射功率測(cè)試中，測(cè)試距離對(duì)TRP這個(gè)參數(shù)不敏感。但是對(duì)真正的矢量信號(hào)近場(chǎng)測(cè)試來(lái)說(shuō)，測(cè)試距離要求與天線間隔三倍波長(zhǎng)外越近越好。因?yàn)榫嚯x越遠(yuǎn)掃描面積越大，時(shí)間上不合適的。

編：那現(xiàn)在這么多球面近場(chǎng)多探頭測(cè)試數(shù)據(jù)就不準(zhǔn)確了嗎？
任：我可沒(méi)說(shuō)不準(zhǔn)確啊。但是我認(rèn)為這個(gè)從絕對(duì)意義上是不如單探頭準(zhǔn)確的，因?yàn)槎嗵筋^的設(shè)計(jì)引入了額外的探頭差異造成的測(cè)試誤差。這個(gè)先天上就比單探頭系統(tǒng)有缺陷。但是瑕不掩瑜，多探頭測(cè)試系統(tǒng)帶來(lái)的快速測(cè)試時(shí)間的巨大好處使得大家都認(rèn)可這種測(cè)試方式。并且，使用球面近場(chǎng)多探頭的客戶絕大多數(shù)都是設(shè)計(jì)有源終端天線的，主要參數(shù)就是效率和TRPTIS，剛才說(shuō)過(guò)，封閉采樣積分結(jié)果對(duì)距離不敏感。所以雖然近，但是結(jié)果也差不多，測(cè)試速度飛快飛快，還是挺好用的。

編：那多探頭技術(shù)用在無(wú)源天線上可以提高速度并保證準(zhǔn)確度嗎？
任：當(dāng)然可以提高速度，比如很多基站天線廠家都使用多探頭測(cè)試場(chǎng)作為室內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試的重要補(bǔ)充。但是我個(gè)人觀點(diǎn)，多探頭的準(zhǔn)確度是不如傳統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)的，雖然我們自己也有傳統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)和多探頭測(cè)試系統(tǒng)在銷售，也比較過(guò)市場(chǎng)上類似的測(cè)試場(chǎng)地，從重復(fù)性和絕對(duì)準(zhǔn)確性兩方面分析來(lái)說(shuō)，重復(fù)性都很好，甚至多探頭的連續(xù)測(cè)試重復(fù)性超過(guò)傳統(tǒng)單探頭，但是絕對(duì)準(zhǔn)確性，主要考察波束寬度，零點(diǎn)深度前后比等，還是單探頭更勝一籌。這個(gè)要提一下，一般的平面近場(chǎng)測(cè)試也有單探頭和多探頭。大部分見到的都是單探頭的，多探頭的系統(tǒng)只見過(guò)照片沒(méi)見過(guò)實(shí)物，所以用一般的單探頭平面近場(chǎng)或者球面近場(chǎng)去做測(cè)試是沒(méi)有多探頭本身的這些問(wèn)題的。

編：我以前做過(guò)產(chǎn)品，最終都是看TRPTIS判斷好壞的，為什么還要一直談無(wú)源天線測(cè)試？
任：因?yàn)闊o(wú)源天線測(cè)試是有源的基礎(chǔ)啊，理論上有源輸出功率加上天線的效率dB值就是最終的TRP值，或者有源功率加上某方向上的增益等于這個(gè)方向上的EIRP值。但是一個(gè)產(chǎn)品研發(fā)不得從駐波調(diào)試開始，然后效率差不離了再弄有源嗎，都把這些基礎(chǔ)給拿掉不會(huì)省時(shí)間的。

編：您覺(jué)得做有源測(cè)試難還是無(wú)源測(cè)試難？
任：我覺(jué)得都不簡(jiǎn)單，具體一點(diǎn)說(shuō)就是有源測(cè)試很煩，無(wú)源測(cè)試很難。有源測(cè)試是不難的，煩在特別依賴有源測(cè)試儀器與待測(cè)機(jī)的配合上，我們當(dāng)年從GSM OTA開始，CDMA，WCDMA，TDSCDMA，LTE，5G，WiFiabgnacax6E，藍(lán)牙2345到現(xiàn)在BLE，又冒出NBIoT，EMTC，CAT1吞吐量這么一大堆東西，乘以每個(gè)制式的不同頻段，乘以不同的儀器，比如CMW，5515C，8821等等，乘以3D、2D，傳導(dǎo)模式，乘以1/12/24/32/64/72探頭系統(tǒng)，乘以單極化旋轉(zhuǎn)和雙極化切換的使用場(chǎng)景。你算算工作量有多大，還要應(yīng)付時(shí)不時(shí)冒出來(lái)的一些特殊待測(cè)機(jī)的特殊芯片測(cè)試策略，應(yīng)付不同儀器版本迭代問(wèn)題，應(yīng)付各種冒出來(lái)的稀奇古怪的問(wèn)題，想想都頭痛，我很慶幸我們這么多年能跟上行業(yè)發(fā)展沒(méi)掉隊(duì)，太費(fèi)勁了。另外，從難度上來(lái)說(shuō)，我覺(jué)得無(wú)源更難一些，因?yàn)闊o(wú)源測(cè)試有很多的方向圖比較和判定標(biāo)準(zhǔn)，比如很簡(jiǎn)單啊，我用增益，波束寬度，副瓣電平，第一零點(diǎn)這四個(gè)值一卡，不同測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)之間的差異就都出現(xiàn)了，這里面如果要找原因就要去看很多因素，比如射頻線纜阻抗匹配，探頭補(bǔ)償，轉(zhuǎn)臺(tái)精度回差加反饋，吸波材料布置，場(chǎng)地靜區(qū)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍，放大器線性度等等亂七八糟的，搞歸零酸爽的很啊。要是碰上相控陣客戶更要了親命了，單是波位切換就要配置一大堆東西，還要弄時(shí)序控制一堆設(shè)置，內(nèi)環(huán)外環(huán)搞循環(huán)，好不容易調(diào)試通過(guò)滿心歡喜看著客戶驗(yàn)收，最后客戶來(lái)一句說(shuō)你們這個(gè)測(cè)的還行，但是弄1000個(gè)波位怎么需要用一個(gè)半小時(shí)？我以前在NSI系統(tǒng)上測(cè)試只要一個(gè)小時(shí)，得，接著給人優(yōu)化吧，真要測(cè)試無(wú)源測(cè)好是很難的，不比有源簡(jiǎn)單。

編：對(duì)，以前做產(chǎn)品弄一個(gè)完全的測(cè)試報(bào)告要好久，尤其是靈敏度，很慢。
任：這就是多探頭技術(shù)流行的原因啊，搞個(gè)功率測(cè)試幾分鐘，無(wú)源測(cè)試也是幾分鐘，時(shí)間收益是很大的，但是靈敏度還是單探頭測(cè)試模式，速度提不起來(lái)的。另外現(xiàn)在出現(xiàn)一個(gè)混響室設(shè)計(jì)，測(cè)試靈敏度，據(jù)說(shuō)很快很準(zhǔn)很穩(wěn)定，我沒(méi)見過(guò)這種暗室，具體原理我也沒(méi)細(xì)琢磨過(guò)，能進(jìn)CTIA文檔想必還是有他的道理的。這個(gè)不懂，不能亂講。

（未完待續(xù)）