張申科，鄧遙林

（武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430000）

天線架設(shè)方式對天線測試的影響淺析

張申科，鄧遙林

（武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430000）

分析了在移動通信基站天線架設(shè)過程中天線相位中心偏離轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸中心對天線測試的影響，采用理論分析與實(shí)測相結(jié)合，實(shí)測結(jié)果表明：天線相位中心偏離轉(zhuǎn)軸中心時主要引起方向圖角度誤差，導(dǎo)致波寬偏窄；并通過實(shí)測驗(yàn)證了金屬桿對天線測試的影響，數(shù)據(jù)顯示：金屬桿對置于支撐桿的頂部的低增益天線（如室分天線、喇叭天線等）影響較大，而對抱于支撐桿上的高增益天線（如基站天線）幾乎沒影響，該分析為科學(xué)合理地架設(shè)天線提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

天線架設(shè) 測量誤差 相位中心

1 引言

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，通信系統(tǒng)對天線的輻射性能指標(biāo)要求越來越高，如何提高天線測試的準(zhǔn)確度已成為天線測量的主要任務(wù)。影響測試準(zhǔn)確度的因素包括測試設(shè)備、測試環(huán)境、天線架設(shè)方式等，現(xiàn)有文獻(xiàn)普遍關(guān)注的是測試設(shè)備和測試環(huán)境對天線測量的影響，本文將圍繞天線架設(shè)方式開展討論，為科學(xué)合理地架設(shè)測試天線、提高測試準(zhǔn)確度提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 天線架設(shè)方式對天線測試的影響

2.1 天線架設(shè)方式

天線架設(shè)方式如圖1所示。

架設(shè)天線時，理想的情況是天線的相位中心與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸重合，如圖1（a）所示。但對于寬頻多端口天線，如LTE智能天線，無法完全滿足天線所有端口的相位中心在全頻段內(nèi)均位于轉(zhuǎn)軸上，如圖1（b）所示，這將給測試帶來誤差。

圖1 天線架設(shè)方式

2.2 理論分析

（1）天線口面的幅度均勻性分析

首先，對待測天線口面上的幅度分布進(jìn)行分析。發(fā)射天線選用增益為15dBi、水平面波寬為34°、垂直面波寬為32°的喇叭天線，收發(fā)天線距離為35m，靜區(qū)直徑為3m，有效輻射區(qū)域天線輻射張角為±2.5°，靜區(qū)場強(qiáng)幅度分布如表1所示：

表1 靜區(qū)場強(qiáng)幅度分布

表1中的數(shù)據(jù)顯示：靜區(qū)邊沿的電平值與中心僅相差0.06dB。由此不難推斷出天線相位中心偏離轉(zhuǎn)軸時主要引起方向圖角度測量誤差，即對波束寬度有影響。

（2）相位中心偏離轉(zhuǎn)軸對波束寬度的影響

如圖2所示，A為轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)軸中心，發(fā)射天線位于O點(diǎn)，待測天線位于P點(diǎn)，待測天線相位中心偏離轉(zhuǎn)軸距離d，天線指向?qū)?zhǔn)OP方向，當(dāng)轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)φ角，天線相位中心旋轉(zhuǎn)到B點(diǎn)，天線指向旋轉(zhuǎn)θ角，設(shè)OA=r。

圖2 天線架設(shè)示意圖

天線相位中心與轉(zhuǎn)軸重合時，方向圖為：

天線相位中心偏離轉(zhuǎn)軸中心時，方向圖為：

其中：

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以及天線的波瓣寬度φ有關(guān)。當(dāng)測試距離r為38m時，不同波寬天線的波寬測試誤差⊿與偏心距離d的關(guān)系如圖3所示。

由圖3可得出如下結(jié)論：

◆天線波寬φ一定時，測試誤差⊿隨著天線偏心距離d的增加而增大；

◆偏心距離d一定時，天線波寬φ越寬，測試誤差⊿就越大。

2.3 現(xiàn)場實(shí)測

基于前面的理論分析，對兩面天線進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測。表2和表3給出天線位于轉(zhuǎn)軸中心、天線偏離轉(zhuǎn)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、天線波寬φ=65°（注：兩天線的工作頻段分別為820—960MHz、1 710—2 170MHz）。

表2和表3中的數(shù)據(jù)表明：當(dāng)天線相位中心偏離轉(zhuǎn)軸中心時，波寬實(shí)測值偏小，這與理論分析結(jié)果一致。

圖3 不同波寬天線的波寬測試誤差隨天線偏心距離的變化

表2 820—960MHz 65° 15dBi天線測試結(jié)果

3 金屬支撐桿對天線測試的影響

關(guān)于天線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，非金屬桿對天線測試影響相對較小，金屬桿對天線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(wěn)固等優(yōu)點(diǎn)。此外，在基站天線的使用現(xiàn)場，安裝抱桿采用的是金屬桿。由此可見，金屬桿屬于“良性測試環(huán)境”，更接近天線的實(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分析不同材質(zhì)的支撐桿對天線測試的影響，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：

表3 1 710—2 170MHz 65° 17.5dBi天線測試結(jié)果

圖4 支撐桿材質(zhì)

3.2 實(shí)測驗(yàn)證

采用兩面天線進(jìn)行測試，分別為820—960MHz 55° 9.5dBi天線和1 710—2 170MHz 65° 16.5dBi天線，測試在室內(nèi)遠(yuǎn)場中進(jìn)行，測試距離為38m，抱桿直徑為110mm，測試結(jié)果分別如表4和表5所示。

表4和表5中的測試數(shù)據(jù)表明：

（1）對于低增益天線（增益值小于10dBi，如室分天線、喇叭天線等，測試時天線置于支撐桿的頂部），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（增益值大于16dBi，如基站板狀天線，測試時天線抱于支撐桿上），金屬桿對測試基本沒影響，同時鑒于金屬桿的諸多優(yōu)勢，建議采用金屬桿進(jìn)行測試。

表4 820—960MHz 55° 9.5dBi天線測試數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)論

本文采用理論分析與實(shí)測相結(jié)合，分析了天線相位中心偏離轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸中心以及支撐桿材質(zhì)對天線測試的影響。通過分析表明：天線相位中心偏離轉(zhuǎn)軸中心時，將導(dǎo)致波寬偏窄；金屬桿對低增益天線（增益小于10dBi）的影響較大，而對高增益天線（增益大于16dBi）幾乎沒有影響，該分析為測試過程中正確架設(shè)天線、選取合適的支撐桿提供了參考。

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張申科：高級工程師，學(xué)士畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)電磁場與微波技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)任武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司天饋事業(yè)部副總經(jīng)理，主要從事移動通信天線技術(shù)研究開發(fā)工作，是通信行業(yè)的資深天線專家，目前擔(dān)任中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會TC5-WG11組副組長。

鄧遙林：中級工程師，碩士畢業(yè)于西南交通大學(xué)，現(xiàn)任武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司測試工程師，主要研究方向?yàn)樘炀€測量。

Discussion on Impact of Antenna Placement on Antenna Testing

ZHANG Shen-ke, DENG Yao-lin
(Wuhan Hongxin Communication Technology Co., Ltd., Wuhan 430000, China)

The impact of antenna phase center’s deviation from the axis of the turntable on antenna testing was analyzed in the 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 lobe width. The impact of metal bar on antenna testing was verifi ed through actual measurement that metal bar has a signifi cant 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 scientifi c placement of antenna.

antenna placement measurement errors phase center

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.14.009

TN820

A

1006-1010(2015)14-0045-04

張申科,鄧遙林. 天線架設(shè)方式對天線測試的影響淺析[J]. 移動通信, 2015,39(14): 45-48.

2015-05-20

責(zé)任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn