天線架設(shè)方式對(duì)天線測(cè)試

　　天線架設(shè)方式對(duì)天線測(cè)試

　　【摘要】分析了在移動(dòng)通信基站天線架設(shè)過程中天線相位中心偏離轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸中心對(duì)天線測(cè)試的影響，采用理論分析與實(shí)測(cè)相結(jié)合，實(shí)測(cè)結(jié)果表明：

　　天線相位中心偏離轉(zhuǎn)軸中心時(shí)，主要引起方向圖角度誤差，導(dǎo)致波寬偏窄;并通過實(shí)測(cè)驗(yàn)證了金屬桿對(duì)天線測(cè)試的影響，數(shù)據(jù)顯示：

　　金屬桿對(duì)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(duì)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)。

　　【關(guān)鍵詞】天線架設(shè)測(cè)量誤差相位中心

　　[Abstract]The impact of antenna phase center’s deviation from the axis of the turntable on antenna testing was analyzed inthe 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 lobewidth.

　　The impact of metal bar on antenna testing was verified through actual measurement that metal bar has a significant 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 scientific placement of antenna.

　　[Key words]antennaplacement measurement errorsphase center

　　1 引言

　　隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，通信系統(tǒng)對(duì)天線的輻射性能指標(biāo)要求越來越高，如何提高天線測(cè)試的準(zhǔn)確度已成為天線測(cè)量的主要任務(wù)。影響測(cè)試準(zhǔn)確度的因素包括測(cè)試設(shè)備、測(cè)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(cè)試設(shè)備和測(cè)試環(huán)境對(duì)天線測(cè)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(cè)試天線、提高測(cè)試準(zhǔn)確度提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

　　2 天線架設(shè)方式對(duì)天線測(cè)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：

　　(a)天線相位中心位于轉(zhuǎn)軸上(b)天線相位中心偏離轉(zhuǎn)軸

　　架設(shè)天線時(shí)，理想的情況是天線的相位中心與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸重合，如圖1(a)所示。但對(duì)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(cè)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(duì)待測(cè)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(chǎng)強(qiáng)幅度分布如表1所示：

　　(2)相位中心偏離轉(zhuǎn)軸對(duì)波束寬度的影響

　　如圖2所示，A為轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸中心，發(fā)射天線位于O點(diǎn)，待測(cè)天線位于P點(diǎn)，待測(cè)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(tái)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。

　　天線相位中心與轉(zhuǎn)軸重合時(shí)，方向圖為：

　　f(φ)=f0(φ)/r(1)

　　天線相位中心偏離轉(zhuǎn)軸中心時(shí)，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(cè)試誤差不僅與偏心距離d有關(guān)，還與測(cè)試距離r以及天線的波瓣寬度φ有關(guān)。當(dāng)測(cè)試距離r為38m時(shí)，不同波寬天線的波寬測(cè)試誤差Δ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(shí)，測(cè)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(shí)，天線波寬φ越寬，則測(cè)試誤差Δ越大。

　　2.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

　　基于前面的理論分析，對(duì)兩面天線進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。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(cè)波寬值，取測(cè)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)。

　　3 金屬支撐桿對(duì)天線測(cè)試的影響

　　關(guān)于天線測(cè)試需采用何種材質(zhì)的支撐桿，目前業(yè)界還存在爭(zhēng)議。理論上，非金屬桿對(duì)天線測(cè)試影響相對(duì)較小，金屬桿對(duì)天線本身的性能影響相對(duì)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(chǎng)，安裝抱桿采用的是金屬桿。由此可見，金屬桿屬于“良性測(cè)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(duì)天線測(cè)試的影響，為了方便測(cè)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：

　　(a)非金屬支撐桿 (b)金屬支撐桿

　　3.2 實(shí)測(cè)驗(yàn)證

　　采用兩面天線進(jìn)行測(cè)試，分別為820―960MHz 55°9.5dBi天線和1710―2690MHz65°16.5dBi天線，測(cè)試在室內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)中進(jìn)行，測(cè)試距離為38m，抱桿直徑為110mm，測(cè)試結(jié)果分別如表4和表5所示：

　　表4和表5中的測(cè)試數(shù)據(jù)表明：

　　(1)對(duì)于低增益天線(增益值小于10dBi，如室分天線、喇叭天線等，測(cè)試時(shí)天線置于支撐桿的頂部)，金屬桿對(duì)測(cè)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(cè)試;

　　(2)對(duì)于高增益天線(增益值大于16dBi，如基站板狀天線，測(cè)試時(shí)天線抱于支撐桿上)，金屬桿對(duì)測(cè)試基本沒影響，同時(shí)鑒于金屬桿的諸多優(yōu)勢(shì)，建議采用金屬桿進(jìn)行測(cè)試。

　　4 結(jié)論

　　本文采用理論分析與實(shí)測(cè)相結(jié)合，分析了天線相位中心偏離轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸中心以及支撐桿材質(zhì)對(duì)天線測(cè)試的影響。

　　通過分析表明：天線相位中心偏離轉(zhuǎn)軸中心時(shí)，將導(dǎo)致波寬偏窄;金屬桿對(duì)低增益天線(增益小于10dBi)的影響較大，而對(duì)高增益天線(增益大于16dBi)幾乎沒有影響，該分析為測(cè)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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