移动通信天线测试问题探讨

录入：edatop.com 点击：

天线在移动通信系统中的作用好比人的眼睛和耳朵，好比足球队的临门一脚，其性能的好坏直接影响网络覆盖的效果，其可靠性属于单点失效，会直接导致本扇区覆盖失效。而如何准确的测试及评估天线性能，目前仍存在一些问题需要探讨及优化。

一、天线测试场地及要求

天线辐射参数要求在自由空间中进行测试，现实中，只能尽可能的模拟自由空间，称为准自由空间。高质量的现代微波暗室是目前最好的准自由空间。通常有室内远场测试、室内紧缩场测试及室内近场测试三类测试方法。理论上，这三类方法都是正确的，都有可能实现准确的测试，但实际上由于各自硬件条件的限制、经费预算的限制、以及对测试效率的期望，导致每一种测试方法所对应的实际系统会引入各自固有的测试误差，从而限制了辐射参数测试的准确性。对此，需要对场地进行量化的要求，如静区反射电平、尺寸的要求等等，保证测试精度。举例如下（以直接远场和紧缩场辐射参数测试场地为例）：

二、增益的准确标定

天线增益测试中，影响其精度的因素较多，如标准增益天线的增益精度、拟合的光滑增益频响曲线的准确性、不同场地环境误差的影响及不同口径、宽带/窄带喇叭的驻波比、波束宽度和增益值差别带来的增益误差等。因此，建议在达到计量精度要求的场地中，采用理论上严格的三天线法进行增益的绝对测试和标定。其他测试场地使用的标准增益喇叭必须经过计量场地标定。

三、方向图主平面的切割基准

在现行的基站天线的行业标准和各家企业标准中，对于天线辐射性能指标要求均是以主面为基准的定义体系。所谓主面，就是以标称的电轴线方向为基准，称为波束指向角。而与天线增益最大值的实际位置无关。对于用户来说，天线的电轴是网络覆盖设计波束指向的方向依据，所以在网络的工作频段上，天线的电轴是唯一。因此。水平面方向图就是包含电轴和水平轴的切割面，垂直面方向图就是包含电轴和垂直轴的切割面，波束指向的基准是电轴。

以5度下倾角天线为例来说明：对于水平面方向图，应该切物理上的Θ=95度面所对应的方向图且以Φ=0 为方向角基准；对于垂直面方向图，应该切天线法向瞄准轴的平面，比如叫Φ=0度面。当然，如果是0度下倾角天线，就回归为常规定义上的水平面和垂直面。

在近场测量没有投入国内移动通信天线测试运营之前，行业内的专家对于上述定义没有异议。但在近场测量投入测试运营之后，有专家对方向图的切割基准有了另外一种说法，即按最大增益方向进行切割。同样以上面的天线为例，对于不同的频点，真实的波束水平面最大指向可能发生在96度，也可能在94度。从立体图看，Θ=95度的水平面方向图可能是各种各样的：对称的标准圆弧尖顶、圆弧平顶、偏斜一侧或者同时兼有偏斜、马鞍顶或者多波浪顶，以及各频点指向的离散性等。同样，对于垂直面方向图，如果在最大值所对应的Φ角去切割，则会由于波束偏斜的不同、仪表接收值抖动的不同、频点的不同，带来Φ角的巨大变化。如下图1、2所示，按最大增益方向切割方式，天线的测试误差将会增大。

四、副瓣抑制评判

副瓣抑制是天线的重要指标，目前通常考核垂直面方向图的第一上旁瓣，如图3所示。但在一定频段内，总有一些频点的第一上旁瓣很不明显，似乎未按预定位置出现，容易将第二上旁瓣误认为第一上旁瓣，如图4、图5所示，导致指标评判错误。对此，当第一副瓣不明显时，需要在预定的第一零点和第二零点之间的角域内找最大值来确定，通常是1~2倍θ3dB角域，如图6所示。另外，也可按上侧某个角域范围内的副瓣电平进行评估，如从1倍 θ3dB处~30度范围内，这样既可避免上述情况，也有利于网络覆盖效果。

五、有限距离的远场方向图修正

当用远场进行天线方向图测试时，其基本条件是达到被测天线口径上的发射信号可以看成是平面波，即收发天线之间的距离L > 2（D12 + D22）/λ（备注：D1表示被测天线口径，D2表示源天线口径），即被测天线尺寸越大，需要的测试距离也越大。以GSM900频段 65度18dBi增益天线为例，长度2.6m，原天线口径0.6m，需要的测试距离约46m。建造如此大的微波暗室花费是很大的，精确高效可靠的配套转台实现难度也是很大的。因此，在测试大尺寸天线时，可采用对垂直面方向图进行距离算法补偿的方式，降低因场地距离不足带来的增益和垂直面方向图误差。

西电和京信分别对不同的修正算法做过研究，得到了相同的结果，并通过对比球面近场测试结果、准远场条件下测试结果及远场修正结果，证明了修正算法的有效性和准确性，如图5所示。