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？

測試距離與精度到底是什么關系？

吞吐量和TRPTIS和測試距離，通路損耗，有什么對應關系？

多探頭，單探頭，平面近場，球面近場和緊縮場應該怎么選？

帶著這些天線研發小伙伴的疑問，我們安排了一次技術專訪，專訪的對象是天津飛圖科技總經理任祥順。任總從事射頻自動化工作已超過20年，是國內首屈一指的天線測試專家之一。以下為根據錄音整理的文字記錄。

（接上）

編：那左右旋分量的差是軸比，兩個分量的和是增益對嗎？
任：對了一半，左右旋分量的差叫做圓極化交叉極化比，這個差越大說明圓極化越純，軸比越小，軸比與左右旋分量之間的轉換不是簡單的加減。但是左右旋分量的和就是增益，這個是對的，同樣水平極化和垂直極化分量的和也是增益。

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

編：什么是相角？這個詞第一次聽到。
任：相角是橢圓極化波的長軸與地面的夾角，取值范圍是0-180度，在不純圓極化通訊系統里面，相角是一個重要的參量。比如基站天線里面，相角固定在+/-45度。GEO衛星放電視信號那種，線極化的相角固定在0/90度。所有的系統設計，都是根據實際的應用場景，用工程語言翻譯出來的。就像為什么導航天線要用圓極化，左旋右旋的搞死人，頻帶還特別窄，這是由導航的應用場景決定的，你雇幾個外星人過來搞系統規劃也得這么搞對吧。我說咱談點別的吧，凈折騰極化了。

編：那換一個話題，怎么判斷一個天線是一個定向天線？
任：這個牽扯到一個概念叫方向性系數，或者簡稱方向性。簡單可以理解成那個豪豬的最大的刺與平均刺長度的差。這個方向性系數無法直接測量出來，只能先測試一個完整的3D數據，計算出球面積分后的平均增益，或者叫效率，與最大的那個值去比。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單加加減減省事了，比如一個天線效率是50%，就是-3dB，增益是3dB，那么方向性系數就是6dB了，算法很簡單。這個判斷定向天線也沒個標準，有的客戶把超過5dB稱作定向天線，有的是8，都不一定。關鍵還是看方向圖。

編：相位中心什么指標？該怎么去測試？
任：這玩意很重要，但是用處不廣，我所知道的用處有兩個方向，一個是高精度導航天線的指標測試，一個是球面近場和柱面近場的原始數據的計算補償，都比較麻煩。都是實測出來的。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的原始數據處理中已經修正了。描述一個高精度導航天線的指標有兩個，一個是相位中心穩定度，一個是相位中心偏移量。很多時候我們拿到一只導航天線后，可以在側面看到一個貼紙，上面標記好L1和L2頻點相對于天線基座的高度，這就是當時研發測試出來的相位中心高度，或者說相位中心（相對于天線基座的）偏移量。實際上，相位中心偏移量，也叫PCO是XYZ三個數字的，只是很多天線是軸對稱的，都忽略掉XY的偏移量了。PCV也叫相位中心穩定度是真正判斷一個天線是否是零相位天線的指標，只要把這個指標做好，做高精度導航天線才有保證，至于PCO放在哪里都不太重要，接收機軟件調整就足夠了。

編：這個太專業了，我說點自己感興趣的，深圳這邊的終端天線測試，比如測試手機和路由器的，用的近場測試，這種方式跟遠場差距有多大呢？該怎樣去評估這個測試距離帶來的差距呢？
任：這個別討論，屬于哲學范疇。真正滿足遠場測試標準的只有2d^2/L，不滿足這個的就叫近場，搞個專家評審這是個硬條件，滿足這個測試距離的就是遠場。但是終端的有源測試沒有相位概念，只有幅度，所以沒有辦法進行矢量積分形成遠場方向圖，所以，這些有源終端的測試方向圖測出來是什么就是什么。但是，這個很重要噢，由于有源終端更多的關心的是TRPTIS，這個類似效率那個測試，在TRPTIS測試中，用多大的一個封閉采樣積分下來結果是不變的。所以，在這些有源終端的測試中，包括5G基站天線的有源總輻射功率測試中，測試距離對TRP這個參數不敏感。但是對真正的矢量信號近場測試來說，測試距離要求與天線間隔三倍波長外越近越好。因為距離越遠掃描面積越大，時間上不合適的。

編：那現在這么多球面近場多探頭測試數據就不準確了嗎？
任：我可沒說不準確啊。但是我認為這個從絕對意義上是不如單探頭準確的，因為多探頭的設計引入了額外的探頭差異造成的測試誤差。這個先天上就比單探頭系統有缺陷。但是瑕不掩瑜，多探頭測試系統帶來的快速測試時間的巨大好處使得大家都認可這種測試方式。并且，使用球面近場多探頭的客戶絕大多數都是設計有源終端天線的，主要參數就是效率和TRPTIS，剛才說過，封閉采樣積分結果對距離不敏感。所以雖然近，但是結果也差不多，測試速度飛快飛快，還是挺好用的。

編：那多探頭技術用在無源天線上可以提高速度并保證準確度嗎？
任：當然可以提高速度，比如很多基站天線廠家都使用多探頭測試場作為室內遠場測試的重要補充。但是我個人觀點，多探頭的準確度是不如傳統遠場的，雖然我們自己也有傳統遠場和多探頭測試系統在銷售，也比較過市場上類似的測試場地，從重復性和絕對準確性兩方面分析來說，重復性都很好，甚至多探頭的連續測試重復性超過傳統單探頭，但是絕對準確性，主要考察波束寬度，零點深度前后比等，還是單探頭更勝一籌。這個要提一下，一般的平面近場測試也有單探頭和多探頭。大部分見到的都是單探頭的，多探頭的系統只見過照片沒見過實物，所以用一般的單探頭平面近場或者球面近場去做測試是沒有多探頭本身的這些問題的。

編：我以前做過產品，最終都是看TRPTIS判斷好壞的，為什么還要一直談無源天線測試？
任：因為無源天線測試是有源的基礎啊，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方向上的EIRP值。但是一個產品研發不得從駐波調試開始，然后效率差不離了再弄有源嗎，都把這些基礎給拿掉不會省時間的。

編：您覺得做有源測試難還是無源測試難？
任：我覺得都不簡單，具體一點說就是有源測試很煩，無源測試很難。有源測試是不難的，煩在特別依賴有源測試儀器與待測機的配合上，我們當年從GSM OTA開始，CDMA，WCDMA，TDSCDMA，LTE，5G，WiFiabgnacax6E，藍牙2345到現在BLE，又冒出NBIoT，EMTC，CAT1吞吐量這么一大堆東西，乘以每個制式的不同頻段，乘以不同的儀器，比如CMW，5515C，8821等等，乘以3D、2D，傳導模式，乘以1/12/24/32/64/72探頭系統，乘以單極化旋轉和雙極化切換的使用場景。你算算工作量有多大，還要應付時不時冒出來的一些特殊待測機的特殊芯片測試策略，應付不同儀器版本迭代問題，應付各種冒出來的稀奇古怪的問題，想想都頭痛，我很慶幸我們這么多年能跟上行業發展沒掉隊，太費勁了。另外，從難度上來說，我覺得無源更難一些，因為無源測試有很多的方向圖比較和判定標準，比如很簡單啊，我用增益，波束寬度，副瓣電平，第一零點這四個值一卡，不同測試系統測試場之間的差異就都出現了，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，探頭補償，轉臺精度回差加反饋，吸波材料布置，場地靜區設計，系統動態范圍，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，還要弄時序控制一堆設置，內環外環搞循環，好不容易調試通過滿心歡喜看著客戶驗收，最后客戶來一句說你們這個測的還行，但是弄1000個波位怎么需要用一個半小時？我以前在NSI系統上測試只要一個小時，得，接著給人優化吧，真要測試無源測好是很難的，不比有源簡單。

編：對，以前做產品弄一個完全的測試報告要好久，尤其是靈敏度，很慢。
任：這就是多探頭技術流行的原因啊，搞個功率測試幾分鐘，無源測試也是幾分鐘，時間收益是很大的，但是靈敏度還是單探頭測試模式，速度提不起來的。另外現在出現一個混響室設計，測試靈敏度，據說很快很準很穩定，我沒見過這種暗室，具體原理我也沒細琢磨過，能進CTIA文檔想必還是有他的道理的。這個不懂，不能亂講。

（未完待續）