實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的基站天線特性測試方法

前言
受限于實(shí)施基站天線遠(yuǎn)場測試時(shí)間和成本，許多移動(dòng)運(yùn)營商不能如愿測試天線。因?yàn)榇罱ㄟh(yuǎn)場需要極遠(yuǎn)距離，所以不適宜直接在全電波暗室測試遠(yuǎn) 場。很難找到室外測試基地，并且使用室外基地受天氣因素所限。這就要求有特定房間能夠運(yùn)用特定技術(shù)測試大型天線。另外，許多基站天線經(jīng)過機(jī)械調(diào)整會(huì)改變陣 列模式，這就需要一種擁有多個(gè)設(shè)置的測試方法?；谏显V困難，在全電波暗室進(jìn)行測試每天至少要花費(fèi)1800到2000美元，每次測試需要3到4天。如果測 試表明設(shè)計(jì)要改良，移動(dòng)運(yùn)營商很可能要進(jìn)行額外的測試，除非他們?cè)谌姴ò凳覝y試前進(jìn)行了預(yù)測試。預(yù)定全電波暗室測試長達(dá)兩或三個(gè)月，所以僅預(yù)定這項(xiàng)測試 就使項(xiàng)目發(fā)布延遲了相當(dāng)多時(shí)間。

為克服這些困難，一家大型移動(dòng)運(yùn)營商的工程師們采用了EMSCANRFX2天線模型測試系統(tǒng).桌面掃描儀生成天線測試數(shù)據(jù)，把結(jié)果映 射到遠(yuǎn)場模型上。這種情況下，測試組在700MHz和1950MHz的環(huán)境下進(jìn)行測試。由于陣列尺寸超過了掃描儀可掃描的范圍，測試組不能通過一次來測試 天線。為解決這個(gè)難題，他們進(jìn)行了四次掃描，每40cm掃描一次，形成總共160cm*40cm的掃描面積。

測試設(shè)置

注意圖1中天線陣懸浮于RFX2掃描儀上方最大可支撐距離115mm處來使掃描儀和在測天線之間影響最小化。在測天線陣重20kg，長 150cm，寬30cm，厚15cm。下圖1中第一個(gè)測試位置RFX2接近天線陣頂部。覆蓋掃描儀的吸收材料也有助于最小化人工移動(dòng)掃描儀40cm向下一 段位置時(shí)的影響。如此移動(dòng)掃描儀對(duì)應(yīng)于掃描儀的掃描范圍。測試期間，當(dāng)工程師們手動(dòng)掃描儀到下一段位置時(shí)，他們借助于網(wǎng)絡(luò)分析儀監(jiān)控天線的S11。吸收材 料正如所期望那樣發(fā)揮效用，當(dāng)掃描儀移動(dòng)時(shí)回波損耗幾乎無變化。第一個(gè)掃描儀測完第一段之后，掃描儀向左移動(dòng)40cm由第二個(gè)掃描儀進(jìn)行測試，無其他變 化。每次掃描耗時(shí)不到2秒，測試組直到四個(gè)掃描儀完成掃描之后才把掃描儀移動(dòng)到接下來的測試位置。每個(gè)隨后的測試與之前掃描面積重疊形成一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)把四個(gè) 掃描儀準(zhǔn)確的連成一線。整個(gè)測試及后續(xù)處理時(shí)間需要約30分鐘。

圖1：測試設(shè)置

700MHz時(shí)結(jié)果

使用后續(xù)處理技術(shù)，測試組把四個(gè)圖像合為一體。這樣四個(gè)測試位置之間形成相位連續(xù)性。盡管在這個(gè)研究實(shí)例中相 位改變是手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，但因?yàn)橛布邪l(fā)中的一個(gè)小小變化相位連續(xù)性是自動(dòng)的。圖2為700MHz時(shí)采用非常近場測試的電磁場（H-field）合并結(jié)果。下 圖中每個(gè)圖分別列有Hx振幅，Hy振幅，Hx相位和Hy相位。每幅圖的右邊通過連接器對(duì)應(yīng)天線的末端。

圖2:700MHz電磁場（H-Field）

700MHz時(shí)結(jié)果-后續(xù)程序
運(yùn)用后期的處理技術(shù)把700MHz時(shí)的近場測試結(jié)果處理轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)場結(jié)果，接著運(yùn)用定制化的、擁有專利程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成遠(yuǎn)場結(jié)果，同時(shí)，消除測試陣列中可預(yù)測的耦合效應(yīng)。

圖3為輻射圖與產(chǎn)品說明書中數(shù)據(jù)的比較圖。

圖3：700MHZ輻射圖VS產(chǎn)品說明書中數(shù)據(jù)

1950MHz時(shí)結(jié)果

下圖所示1950MHz時(shí)結(jié)果與第4頁700MHz時(shí)結(jié)果相同。圖4中每幅圖分別列有Hx振幅，Hy振幅，Hx相位和Hy相位。

圖4：1950MHZ時(shí)電磁場（H-Field）

1950MHz時(shí)結(jié)果-后續(xù)程序

運(yùn)用同樣后期的處理技術(shù)和定制程序把1950MHz時(shí)的近場測試結(jié)果處理轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)場結(jié)果[下圖5]。我們注意到這兩個(gè)波長結(jié)果圖與700MHz時(shí)波長結(jié)果圖有相似之處，但1950MHz的波長光速更窄，水平方向不像700MHz波長結(jié)果圖所顯示的那么全方位。

又Φ=0°是垂直截面，Φ=90°是水平截面。

圖5：1950MHZ輻射圖VS產(chǎn)品說明書中數(shù)據(jù)

結(jié)論：近場天線測試的優(yōu)勢

所有移動(dòng)服務(wù)運(yùn)營商都面臨測試大型基站天線的問題。測試這種天線需要配有特殊性能極大且昂貴的全電波暗室。對(duì)于這些運(yùn)營商來說，RFX2天線特性測試系統(tǒng)解決了在大型暗室測試的難題，即高的讓人望而卻步費(fèi)用及耗時(shí)的測試過程。

關(guān)于RFX2天線測試系統(tǒng)

桌面掃描儀使天線具備了不需要暗室的屬性。RFX2不到2秒生成遠(yuǎn)場天線圖案、雙側(cè)測試、EIRP和TRP。獲得的近場結(jié)果包括幅度、極性和相位傳遞，幾乎可以使人們瞬時(shí)洞察天線的根本性能。這套系統(tǒng)也支持天線設(shè)計(jì)分析人員支控制天線遠(yuǎn)場輻射問題。

關(guān)于EMSCAN

EMSCAN自1989年起即是世界領(lǐng)先的快速電磁近場測量技術(shù)和應(yīng)用開發(fā)商，為天線和PCB設(shè)計(jì)師和驗(yàn)證工程師提供解決方案，無 需暗室。EMxpert—EMC和EMI集成分析工具和RFxpert—天線測試工具使工程師可以快速優(yōu)化設(shè)計(jì)。EMSCAN解決方案極大地提高了設(shè)計(jì)師 的生產(chǎn)效率，大大減少了上市時(shí)間和項(xiàng)目研發(fā)成本。