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天線架設方式對天線測試的影響淺析
【摘要】分析了在移動通信基站天線架設過程中天線相位中心偏離轉臺轉軸中心對天線測試的影響，采用理論分析與實測相結合，實測結果表明：天線相位中心偏離轉軸中心時，主要引起方向圖角度誤差，導致波寬偏窄;并通過實測驗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，該分析為科學合理地架設天線提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。
【關鍵詞】天線架設 測量誤差 相位中心
一、引言
隨著移動通信技術的發(fā)展，通信系統(tǒng)對天線的輻射性能指標要求越來越高，如何提高天線測試的準確度已成為天線測量的主要任務。影響測試準確度的因素包括測試設備、測試環(huán)境、天線架設方式等，現(xiàn)有文獻普遍關注的是測試設備和測試環(huán)境對天線測量的影響，本文將圍繞天線架設方式開展討論，為科學合理地架設測試天線、提高測試準確度提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
二、天線架設方式對天線測試的影響
2.1 天線架設方式
天線架設方式如圖1所示：
(a)天線相位中心位于轉軸上(b)天線相位中心偏離轉軸
架設天線時，理想的情況是天線的相位中心與轉臺轉軸重合，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)均位于轉軸上，如圖1(b)所示，這將給測試帶來誤差。
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)場強幅度分布如表1所示：
(2)相位中心偏離轉軸對波束寬度的影響
如圖2所示，A為轉臺的轉軸中心，發(fā)射天線位于O點，待測天線位于P點，待測天線相位中心偏離轉軸距離d，天線指向對準OP方向，當轉臺旋轉φ角，天線相位中心旋轉到B點，天線指向旋轉θ角，設OA=r。
天線相位中心與轉軸重合時，方向圖為：
f(φ)=f0(φ)/r(1)
天線相位中心偏離轉軸中心時，方向圖為：
f’(φ)=f0(θ)/r’=f0(φ+β)/r’ (2)
其中：
(3)
(4)
由式(2)可知，波寬測試誤差不僅與偏心距離d有關，還與測試距離r以及天線的波瓣寬度φ有關。當測試距離r為38m時，不同波寬天線的波寬測試誤差Δ與偏心距離d的關系如圖3所示：
由圖3可得出如下結論：
天線波寬φ一定時，測試誤差Δ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，則測試誤差Δ越大。
2.3 現(xiàn)場實測
基于前面的理論分析，對兩面天線進行了現(xiàn)場實測。表2和表3給出天線位于轉軸中心、天線偏離轉軸中心0.35m這2種情況下的實測波寬值，取測試距離r=38m、天線波寬φ=65°，兩天線的工作頻段分別為806―960MHz、1710―2170MHz)。
三、金屬支撐桿對天線測試的影響
關于天線測試需采用何種材質的支撐桿，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。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行模擬，如圖4所示：
(a)非金屬支撐桿 (b)金屬支撐桿
3.2 實測驗證
采用兩面天線進行測試，分別為820―960MHz 55°9.5dBi天線和1710―2690MHz65°16.5dBi天線，測試在室內(nèi)遠場中進行，測試距離為38m，抱桿直徑為110mm，測試結果分別如表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，建議采用金屬桿進行測試。
四、結論
本文采用理論分析與實測相結合，分析了天線相位中心偏離轉臺轉軸中心以及支撐桿材質對天線測試的影響。通過分析表明：天線相位中心偏離轉軸中心時，將導致波寬偏窄;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天線、選取合適的支撐桿提供了參考。
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