黎華鵬

【摘 要】為了研究安裝姿態(tài)對(duì)天線方向圖水平面半功率波束寬度測(cè)試的影響，通過(guò)仿真分析及實(shí)測(cè)驗(yàn)證的方法，研究了天線姿態(tài)及抱桿姿態(tài)存在俯仰偏移時(shí)對(duì)天線方向圖水平面半功率波束寬度測(cè)試的影響，仿真分析了雙通道900天線、雙通道1800天線、FAD寬頻智能天線存在安裝姿態(tài)差異時(shí)，對(duì)水平面半功率波束寬度的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了安裝姿態(tài)差異對(duì)方向圖水平面半功率波束寬度的影響，為在測(cè)試中科學(xué)合理地架設(shè)天線提供了參考。

基站天線；俯仰偏移；水平面半功率波束寬度；測(cè)量誤差

1 引言

移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)基站天線的輻射性能提出了更高的要求。如何準(zhǔn)確測(cè)試天線輻射性能成為天線測(cè)量領(lǐng)域關(guān)注的核心問(wèn)題。天線輻射性能測(cè)試受測(cè)試系統(tǒng)、測(cè)試環(huán)境、安裝方式等多種因素的影響?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)、測(cè)試環(huán)境的影響因素已作了較為詳細(xì)的分析，安裝方式方面的分析相對(duì)較少。安裝主要受安裝工裝、抱桿及人為因素的影響，本文的研究側(cè)重于前兩種因素，圍繞天線姿態(tài)或抱桿姿態(tài)存在俯仰角度偏移時(shí)對(duì)方向圖測(cè)試，尤其是對(duì)水平面半功率波束寬度指標(biāo)測(cè)試的影響展開討論，為科學(xué)合理地架設(shè)天線提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 天線俯仰安裝姿態(tài)對(duì)水平面半功率波

束寬度測(cè)試的影響

2.1 天線安裝姿態(tài)俯仰

天線安裝架設(shè)示意圖如圖1所示，正常安裝如圖1（a）所示，抱桿與垂直軸線之間不存在夾角，天線與抱桿之間無(wú)相對(duì)偏移角。天線安裝姿態(tài)俯仰包括兩種情形，一種為天線俯仰，即抱桿垂直，天線安裝姿態(tài)與垂直軸線之間存在俯仰夾角，如圖1（b）；另一種為抱桿俯仰，即天線垂直安裝，抱桿升起后抱桿與垂直軸線之間存在夾角，如圖1（c），天線安裝姿態(tài)俯仰會(huì)造成方向圖測(cè)試誤差。

2.2 安裝姿態(tài)俯仰仿真分析

通過(guò)天線三維輻射方向圖可進(jìn)行安裝姿態(tài)的俯仰仿真分析。天線三維輻射方向圖示例及坐標(biāo)系如圖2所示。天線俯仰時(shí)，可以通過(guò)將天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)，并按等φ、等θ切割得到的一維方向圖來(lái)仿真指標(biāo)的差異。抱桿俯仰時(shí)，可以將對(duì)應(yīng)的切割面進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)，得到一維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖來(lái)仿真指標(biāo)的差異。

（1）天線俯仰仿真分析

天線俯仰時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，切割得到天線存在俯仰偏移角度時(shí)對(duì)水平面半功率波束寬度的影響。仿真條件如表1所示。

表2、表3和表4分別給出了雙通道900天線、雙通道1800天線、FAD寬頻智能天線正常安裝和安裝姿態(tài)存在俯仰偏移1°時(shí)仿真切割得到的水平面半功率波束寬度。

表2和表3的仿真結(jié)果表明：針對(duì)雙通道900天線、雙通道1800天線，天線安裝姿態(tài)存在1°的俯仰偏移角度時(shí)，相對(duì)于正常安裝，對(duì)水平面半功率波束寬度影響相對(duì)較小，影響約在0.5°以內(nèi)。

表4的仿真結(jié)果表明：針對(duì)FAD寬頻智能天線單元波束，天線安裝姿態(tài)存在1°的俯仰偏離角度時(shí)，相對(duì)于正常安裝，對(duì)水平面半功率波束寬度影響相對(duì)較大，影響在2°左右。

圖3、圖4仿真了雙通道900天線、雙通道1800天線及FAD寬頻智能天線單元波束水平面半功率波束寬度隨天線俯仰偏移角度的變化，選取960 MHz和1 900 MHz兩個(gè)頻點(diǎn)，結(jié)果表明：

1）從總體趨勢(shì)上來(lái)看，波寬測(cè)試誤差隨天線俯仰角度變化無(wú)明顯規(guī)律；

2）與雙通道900天線、雙通道1800天線相比，F(xiàn)AD寬頻智能天線單元波束更容易受俯仰偏移的影響。

（2）抱桿俯仰仿真分析

抱桿俯仰時(shí)，通過(guò)改變?nèi)S遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)切割角度，切割得到抱桿姿態(tài)相對(duì)垂直軸線位置存在俯仰偏移角度時(shí)，對(duì)水平面半功率波束寬度的影響。仿真條件如表1所示。

仿真結(jié)果：表5、表6和表7分別給出了雙通道900天線、雙通道1800天線、FAD寬頻智能天線單元波束抱桿正常和抱桿姿態(tài)存在俯仰偏移1°時(shí)這兩種情況下仿真切割得到的水平面半功率波束寬度。

表5、表6、表7的仿真結(jié)果表明：抱桿姿態(tài)存在1°的俯仰偏離角度時(shí)，對(duì)雙通道900天線、雙通道1800天線及FAD寬頻智能天線單元波束水平面半功率波束寬度測(cè)試均存在一定影響，影響在2°左右。

圖5、圖6仿真了雙通道900天線、雙通道1800天線及FAD寬頻智能天線單元波束水平面半功率波束寬度隨抱桿俯仰偏移角度的變化，雙通道900/1800天線選取935 MHz和2 110 MHz兩個(gè)頻點(diǎn)，F(xiàn)AD寬頻智能天線選取2 010 MHz頻點(diǎn)。結(jié)果表明：相對(duì)于正常安裝，從總體趨勢(shì)上來(lái)看，雙通道900天線、雙通道1800天線及FAD寬頻智能天線單元波束水平面半功率波束寬度都容易受到抱桿俯仰的影響，影響在2°左右。

2.3 實(shí)測(cè)驗(yàn)證

采用實(shí)測(cè)驗(yàn)證方法，對(duì)雙通道900天線、雙通道1800天線及FAD寬頻智能天線進(jìn)行正常安裝、天線俯仰偏移1°、抱桿俯仰1°驗(yàn)證。

驗(yàn)證條件如表8所示。

驗(yàn)證結(jié)果如表9、表10及表11所示。結(jié)果表明：天線俯仰1°時(shí)，對(duì)雙通道900天線、雙通道1800天線影響較小，對(duì)FAD寬頻智能天線單元波束水平面半功率波束寬度測(cè)試的影響相對(duì)較大，抱桿俯仰1°時(shí)，對(duì)雙通道1800天線及FAD寬頻智能天線單元波束水平面半功率波束寬度測(cè)試的影響相對(duì)較大。實(shí)測(cè)的水平面半功率波束寬度總體變化趨勢(shì)與仿真結(jié)果相似。

3 結(jié)論

本文采用仿真分析與實(shí)測(cè)驗(yàn)證相結(jié)合的方式，分析了天線安裝姿態(tài)存在俯仰偏移角時(shí)，對(duì)天線方向圖水平面半功率波束寬度指標(biāo)測(cè)試的影響。分析結(jié)果表明：天線安裝姿態(tài)存在俯仰偏移時(shí)，對(duì)FAD寬頻智能天線單元波束水平面半功率波束寬度測(cè)試的影響相對(duì)較大，抱桿存在俯仰偏移時(shí)，對(duì)雙通道900天線、雙通道1800天線和FAD寬頻智能天線單元波束水平面半功率波束寬度測(cè)試均存在影響。該分析為測(cè)試過(guò)程中正確安裝架設(shè)天線提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 毛乃宏，俱新德. 天線測(cè)量手冊(cè)[M]. 北京： 國(guó)防工業(yè)出版社， 1987.

[2] 李福順. 天線測(cè)量[M]. 西安： 西安電子科技大學(xué)出版社， 1995.

[3] 王思昊. 天線遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的分析與研究[D]. 西安： 西安電子科技大學(xué)， 2014.

[4] 楊棟林. 天線遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及誤差分析[D]. 西安： 西安電子科技大學(xué)， 2015.

[5] 張建新. 天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及對(duì)準(zhǔn)誤差分析[D]. 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 2015.

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

[7] 王向陽(yáng)，鄭星，何洪濤，等. 微波暗室有限測(cè)試距離對(duì)天線遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量的影響[J]. 電訊技術(shù)， 2010（5）： 104-107.

[8] Antenna Standards Committee （Sponsor）. IEEE Standard Test Procedures for Antennas[S].