劉 巍

（國(guó)家無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)中心，北京 100041）

TD-LTE終端天線(xiàn)輻射性能測(cè)試方法的研究

劉 巍

（國(guó)家無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)中心，北京 100041）

天線(xiàn)輻射性能試驗(yàn)（TIRP）是衡量移動(dòng)通信終端產(chǎn)品天線(xiàn)性能參數(shù)的重要試驗(yàn)之一。目前，通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1484.6-2013已經(jīng)頒布執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了LTE終端進(jìn)行天線(xiàn)性能測(cè)試的方法和限值。本文主要對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的方法進(jìn)行了分析，并通過(guò)TD-LTE終端進(jìn)行實(shí)例測(cè)試，對(duì)實(shí)際測(cè)試時(shí)需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

總輻射功率；TD-LTE；OTA測(cè)試系統(tǒng)

1 引言

為考察TD-LTE移動(dòng)終端的輻射性能，除單獨(dú)考察終端天線(xiàn)的無(wú)源性能外，整機(jī)的有源性能測(cè)試也是衡量匹配天線(xiàn)后移動(dòng)終端的一個(gè)重要的考察方面。此項(xiàng)測(cè)試主要通過(guò)對(duì)整個(gè)輻射球面的發(fā)射功率進(jìn)行球面積分并取平均得到。它反映終端整機(jī)的發(fā)射功率情況，與其在傳導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線(xiàn)輻射性能有關(guān)。

2 總輻射功率測(cè)量算法

圖1為典型球形輻射坐標(biāo)系統(tǒng)，Phi(φ)軸即為Z軸，Theta角定義為測(cè)量點(diǎn)與＋Z軸之間的夾角，Phi角定義為測(cè)量點(diǎn)在XY平面上的投影與+X軸之間的夾角。

圖1 球形輻射坐標(biāo)系統(tǒng)

定義了球形輻射坐標(biāo)系統(tǒng)以后，定義每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的兩個(gè)正交極化方向：Phi極化方向定義為Phi軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向，Theta極化方向定義為T(mén)heta軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向，如圖2所示。

圖2 測(cè)量天線(xiàn)極化示意圖

在假設(shè)N和M分別是Theta軸和Phi軸的采樣點(diǎn)數(shù)。對(duì)于TIRP測(cè)試，N和M的數(shù)量不同，在TIRP測(cè)試時(shí)，通常將N設(shè)為6，M設(shè)置為12進(jìn)行采樣測(cè)試。式（1）為總?cè)蜉椛涔β剩═IRP），EIRP表示單方向、單極化下的峰值等效全向輻射功率，其下標(biāo)表明測(cè)試時(shí)的極化情況。

3 測(cè)試系統(tǒng)的組成

基于球形測(cè)試方法，在實(shí)際測(cè)試應(yīng)用中主要采用了分布軸系統(tǒng)和組合軸系統(tǒng)。系統(tǒng)使用支撐夾具固定被測(cè)設(shè)備（EUT），結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠滿(mǎn)足對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行自由空間、人頭手模型等測(cè)試條件的要求，并且系統(tǒng)材質(zhì)使用射頻透明材料，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確。

分布軸系統(tǒng)是指兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸相互獨(dú)立，見(jiàn)圖3(a)，此時(shí)測(cè)量天線(xiàn)圍繞Theta軸轉(zhuǎn)動(dòng)，EUT圍繞Phi軸轉(zhuǎn)動(dòng)。組合軸系統(tǒng)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸相互結(jié)合在一起，見(jiàn)圖3(b)，此時(shí)是在Theta軸定位器基礎(chǔ)上加裝Phi軸定位器，EUT同時(shí)繞兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。

圖3 典型分布軸系統(tǒng)（a）和組合軸系統(tǒng)（b）

基于以上定位系統(tǒng)定義兩種測(cè)量掃描方法：

（1）圓錐切法：組合軸系統(tǒng)和分布軸系統(tǒng)均能實(shí)現(xiàn)圓錐切掃描方法。此時(shí)，掃描的軌跡為一系列θ角相同的點(diǎn)構(gòu)成的圓錐。θ＝0°和θ＝180°時(shí)不用測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中，測(cè)量天線(xiàn)定位在一個(gè)起始θ角，EUT繞Φ軸旋轉(zhuǎn)360°，測(cè)量天線(xiàn)移到下一個(gè)θ角，重復(fù)上述步驟進(jìn)行測(cè)量。在進(jìn)行射頻輻射功率和接收機(jī)性能測(cè)試時(shí)，為了減小EUT復(fù)定位引起的測(cè)量不確定度，Eθ和EΦ要求同時(shí)測(cè)試。

（2）大圓切法：組合軸系統(tǒng)和分布軸系統(tǒng)均能實(shí)現(xiàn)大圓切掃描方法。此時(shí)掃描的軌跡為一系列的Φ角相同的點(diǎn)構(gòu)成的大圓。測(cè)試過(guò)程中，測(cè)量天線(xiàn)定位在一個(gè)起始Φ角，EUT繞θ軸旋轉(zhuǎn)180°，測(cè)量天線(xiàn)移到下一個(gè)Φ角，重復(fù)上述步驟進(jìn)行測(cè)量。在進(jìn)行射頻輻射功率和接收機(jī)性能測(cè)試時(shí)，為了減小EUT復(fù)定位引起的測(cè)量不確定度，Eθ和EΦ要求同時(shí)測(cè)試。

1.4 觀(guān)察指標(biāo) 頸淋巴結(jié)清掃術(shù)時(shí)間：從切開(kāi)皮膚到頸淋巴結(jié)清掃組織離體的時(shí)間，參照麻醉記錄單；術(shù)中出血量：負(fù)壓吸引瓶中的血量與術(shù)中使用紗布浸透的估計(jì)出血量的總和；術(shù)后引流量：術(shù)后24 h的引流量；術(shù)后住院天數(shù)；術(shù)后早期并發(fā)癥，如皮下積液、創(chuàng)口滲漏等。

圖4為組合軸系統(tǒng)的試驗(yàn)配置，為了完成對(duì)終端天線(xiàn)輻射性能的測(cè)試，需要對(duì)整個(gè)輻射球面進(jìn)行掃描，被測(cè)終端不僅要繞Theta軸旋轉(zhuǎn)，還需要繞Phi軸旋轉(zhuǎn)。

圖4 組合軸系統(tǒng)典型試驗(yàn)配置

圖5為分布軸典型測(cè)試配置，Theta軸和Phi軸通過(guò)暗室中相互獨(dú)立的定位器分別進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

圖5 分布軸系統(tǒng)典型試驗(yàn)配置

4 TD-LTE移動(dòng)終端輻射性能測(cè)試實(shí)例

通常情況，移動(dòng)終端的TIRP測(cè)試需要進(jìn)行自由空間、頭手模型在內(nèi)的多種試驗(yàn)布置，為了簡(jiǎn)述測(cè)試方法，本文僅按照典型的自由空間試驗(yàn)布置進(jìn)行TIRP測(cè)試。

4.1 測(cè)試布置

試驗(yàn)開(kāi)始前將EUT置于轉(zhuǎn)臺(tái)上方，三維旋轉(zhuǎn)軸的中心為無(wú)線(xiàn)終端聽(tīng)筒位置。具體布置如圖6和圖7所示，其中，無(wú)線(xiàn)終端縱向長(zhǎng)軸為Z軸，右手法則定義X和Y軸。

圖6 自由空間坐標(biāo)系統(tǒng)試驗(yàn)布置原理圖

圖7 采用組合軸系統(tǒng)的試驗(yàn)配置圖

4.2 系統(tǒng)設(shè)置

按照標(biāo)準(zhǔn)中最大輸出功率測(cè)量定義的參數(shù)調(diào)整LTE基站模擬器的參數(shù)，設(shè)置TD-LTE系統(tǒng)的上下行時(shí)隙配置以及特殊時(shí)隙配置，在無(wú)線(xiàn)終端與基站模擬器之間建立起環(huán)回測(cè)試模式，在測(cè)量過(guò)程中，系統(tǒng)模擬器向EUT發(fā)射功控指令，以保證EUT在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中以最大功率發(fā)射，在EUT所支持頻段內(nèi)選擇高、中、低三個(gè)不同的信道進(jìn)行測(cè)試。

本次測(cè)試選取39，40兩個(gè)頻段進(jìn)行試驗(yàn)，具體設(shè)置情況參見(jiàn)表1。

表1 TD-LTE射頻輻射功率測(cè)試信道列表

頻譜分析儀設(shè)置為零掃寬，使用基站模擬器觸發(fā)信號(hào)對(duì)頻譜儀進(jìn)行外觸發(fā)，基站模擬器觸發(fā)信號(hào)為每一幀起始位置，調(diào)整頻譜分析儀掃描時(shí)間以及測(cè)量時(shí)間窗口，使其測(cè)量時(shí)間窗與上行子幀時(shí)間重合。以幀結(jié)構(gòu)1為例，0ms～2ms為兩個(gè)下行子幀，2ms～4ms為兩個(gè)上行子幀。因此設(shè)置基站模擬器掃描時(shí)間為4ms，時(shí)間窗口起始于2ms，結(jié)束于4ms。設(shè)置頻譜分析儀分辨率帶寬及視頻帶寬大于上行RB所占帶寬，至少為5MHz，根據(jù)所選上行RB位置為頻譜分析儀調(diào)整合適的測(cè)試頻偏，使其接收帶寬恰好與所選測(cè)試頻帶重合，使用RMS檢波方式。

若基站模擬器無(wú)法輸出觸發(fā)信號(hào)，或頻譜分析儀無(wú)法進(jìn)行外觸發(fā)，則設(shè)置頻譜分析儀為Burst或Video觸發(fā)方式，掃描時(shí)間略大于上行子幀持續(xù)時(shí)間，不使用測(cè)量時(shí)間窗口功能。以幀結(jié)構(gòu)1為例，上行子幀兩個(gè)一組，持續(xù)時(shí)間為2ms，因此設(shè)置掃描時(shí)間為2.25ms。分辨率帶寬、視頻帶寬、檢波方式、以及測(cè)試頻偏設(shè)置與外觸發(fā)方式的設(shè)置相同。

4.3 測(cè)量結(jié)果

圖8、圖9為采用上述測(cè)試系統(tǒng)對(duì)某款TD-LTE移動(dòng)終端進(jìn)行天線(xiàn)輻射性能測(cè)量的結(jié)果：

圖8 頻段39天線(xiàn)輻射性能測(cè)試圖

圖9 頻段40天線(xiàn)輻射性能測(cè)試圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)采用OTA測(cè)試系統(tǒng)，按照YD/T 1484.6-2013的相關(guān)要求進(jìn)行儀表及系統(tǒng)設(shè)置，對(duì)TD-LTE終端的天線(xiàn)輻射性能進(jìn)行了實(shí)例測(cè)試及驗(yàn)證，同時(shí)指出了在系統(tǒng)設(shè)置及測(cè)試時(shí)需要注意的問(wèn)題，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備廠(chǎng)商進(jìn)行天線(xiàn)評(píng)估測(cè)試具有參考意義。

[1] YD/T 1484.6-2013．無(wú)線(xiàn)終端空間射頻輻射功率和接收機(jī)性能測(cè)量方法 第6部分：LTE無(wú)線(xiàn)終端

[2] YD/T 1484-2011．移動(dòng)臺(tái)空間射頻輻射功率和接收機(jī)性能測(cè)量方法

“中國(guó)廣播電視科技創(chuàng)新獎(jiǎng)（2014）”評(píng)獎(jiǎng)報(bào)名活動(dòng)正式啟動(dòng)

2014年“中國(guó)廣播電視科技創(chuàng)新獎(jiǎng)”評(píng)選報(bào)名日前正式啟動(dòng)?！爸袊?guó)廣播電視科技創(chuàng)新獎(jiǎng)”由中國(guó)科學(xué)技術(shù)部批準(zhǔn)設(shè)立，設(shè)獎(jiǎng)證書(shū)號(hào)：國(guó)科獎(jiǎng)社證字0158號(hào)。這項(xiàng)一年一度的行業(yè)重大評(píng)選活動(dòng)旨在獎(jiǎng)勵(lì)我國(guó)廣播電視設(shè)備科學(xué)進(jìn)步方面作出較大貢獻(xiàn)的組織和個(gè)人，以推動(dòng)我國(guó)廣播電視事業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。

“中國(guó)廣播電視科技創(chuàng)新獎(jiǎng)”評(píng)選活動(dòng)在推動(dòng)行業(yè)創(chuàng)新、調(diào)動(dòng)企業(yè)科技創(chuàng)新的積極性和創(chuàng)造性，增強(qiáng)企業(yè)的自主創(chuàng)新能力提升行業(yè)發(fā)展等方面起到了積極的促進(jìn)作用，對(duì)用戶(hù)的新技術(shù)應(yīng)用和設(shè)備選購(gòu)提供了積極的指導(dǎo)和有效的幫助。同時(shí)“中國(guó)廣播電視科技創(chuàng)新獎(jiǎng)”評(píng)選工作得到了科技部國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)工作辦公室、工業(yè)和信息化部、國(guó)家新聞出版廣電總局、中國(guó)電子學(xué)會(huì)、國(guó)家新聞出版廣電總局廣播科學(xué)研究院等單位的支持，以及知名企業(yè)、業(yè)內(nèi)專(zhuān)家、學(xué)者的熱情參與。

2014中國(guó)廣播電視科技創(chuàng)新獎(jiǎng)將設(shè)置三大類(lèi)獎(jiǎng)項(xiàng)，廣播電視科技創(chuàng)新產(chǎn)品獎(jiǎng)、廣播電視科技創(chuàng)新企業(yè)獎(jiǎng)、廣播電視科技創(chuàng)新個(gè)人獎(jiǎng)。歡迎各企業(yè)、單位積極報(bào)名參與2014年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)評(píng)選活動(dòng)，共同促進(jìn)我國(guó)廣播電視行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步！

評(píng)獎(jiǎng)辦公室聯(lián)系電話(huà)：010-64823776/64823876

聯(lián)系人：史紅新 王靜 隋喆

The Analysis of the TIRP Test Method for LTE Mobile

Liu Wei
(The State Radio Monitoring Center Testing Center, Beijing, 100041)

Total Isotropic Radiated Power (TIRP) is the most important test case for the mobile. The standard YD/T 1484.6-2013 which described the test method and limits for the LTE mobile has been published. The article described the announcement through the test analysis according to the standard.

TIRP; TD-LTE; OTA test system

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.12.004

TN9929.5文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2014）12-0020-04

LTE有源天線(xiàn)組網(wǎng)技術(shù)研究與驗(yàn)證資助項(xiàng)目（No. 2013ZX03001018-005）。

劉新浩，男，1985年生，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線(xiàn)電檢測(cè)技術(shù)，頻譜檢測(cè)技術(shù)。

許巧春，女，1982年生，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線(xiàn)電檢測(cè)、公眾移動(dòng)通信技術(shù)。

李曉帆，女，1984年生，博士，工程師，主要研究方向?yàn)檎J(rèn)知無(wú)線(xiàn)電、公眾移動(dòng)通信技術(shù)。

王小波，男，1982年生，博士，工程師，主要研究方向?yàn)樯羁胀ㄐ拧o(wú)線(xiàn)電檢測(cè)。