孫思揚(yáng) 中國信息通信研究院泰爾終端實驗室高級工程師

1 引言

移動通信網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展推動了基站天線產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。美化天線由于其外觀采用了與環(huán)境融為一體的美學(xué)設(shè)計，提升了站點環(huán)境友好性，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。

目前，業(yè)界普遍采用法國SATIMO公司的SG128多探頭球面近場測試系統(tǒng)進(jìn)行基站天線輻射特性的測試，在承重允許的情況下使用玻璃鋼抱桿綁定待測天線的架設(shè)方式進(jìn)行測試。但由于集束型美化天線體積大、重量重，此方案在適用范圍、可操作性及測試精度等方面均存在不足?，F(xiàn)有文獻(xiàn)普遍關(guān)注的是測試設(shè)備和測試環(huán)境對天線測量的影響，本文將圍繞天線的架設(shè)方式展開研究，通過分析玻璃鋼抱桿對于天線方向圖及阻抗帶寬測試的影響，為科學(xué)合理地架設(shè)待測天線，提高測試準(zhǔn)確度提供依據(jù)。

2 多探頭球面近場天線測試系統(tǒng)

多探頭球面近場天線測試系統(tǒng)的原理為，在微波暗室內(nèi)的圓環(huán)形掃描支架上，按照采樣定理的要求以特定角度間隔均勻布置若干正交雙極化探頭，探頭天線通過射頻電纜連接到后端電子切換開關(guān)矩陣上，待測天線架設(shè)在轉(zhuǎn)臺或抱桿上并保證其相位中心在掃描支架的圓心。測試時，待測天線作為發(fā)射天線，電子切換開關(guān)依次將接收探頭切換至矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，完成各個接收通道的數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)的運(yùn)動控制器通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸，帶動天線轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)待測天線，完成三維球面近場數(shù)據(jù)采集。將采集到的球面近場數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)近場變換，就可得到三維遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)。圖1為多探頭球面近場天線測試系統(tǒng)示意圖。

3 玻璃鋼抱桿方案瓶頸分析

目前，對集束天線進(jìn)行測試時，都是在天線重量允許的情況下采用玻璃鋼抱桿綁定的方式進(jìn)行（見圖2）。這種方案存在以下4個方面的不足：

（1）玻璃鋼抱桿有最大承重限制，而部分一體化集束天線重量較大，超出玻璃鋼抱桿的承重能力，此時測試無法進(jìn)行。

（2）集束天線重量均較大，在安裝固定的過程中需要使用帆布帶把天線固定到抱桿上，還要保證天線的水平度和垂直度，固定被測天線過程費(fèi)時費(fèi)力，影響安裝效率。

（3）天線相位中心位置在垂直方向上是通過目測確定，在捆綁的過程中，難免會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)及偏移，從而導(dǎo)致相位中心偏離系統(tǒng)幾何中心，影響測試精度。

（4）玻璃鋼抱桿作為介質(zhì)出現(xiàn)在待測天線近場，導(dǎo)致天線諧振頻率偏向低頻，影響測試精度，對于全向天線這一點尤其明顯。

4 玻璃鋼抱桿對集束天線測試影響分析

圖2 玻璃鋼抱桿天線架設(shè)方案

為了分析玻璃鋼抱桿對全向集束天線測試精度的影響，本文在HFSS軟件中建模，選擇四元偶極子陣列天線模擬待測全向集束天線，分別計算獲得了在有無抱桿的情況下待測天線的駐波及方向圖數(shù)據(jù)。

玻璃鋼抱桿對待測全向集束天線駐波特性的影響如圖3所示?？梢?，相對于待測天線本身的特性，玻璃鋼抱桿的引入，導(dǎo)致天線諧振頻率向低頻移動，由0.9GHz移動至0.84GHz，偏移60MHz。

玻璃鋼抱桿對待測全向集束天線方向圖特性的影響如圖4所示?？梢?，與圖3中待測天線諧振頻率的偏移相對應(yīng)，天線方向圖發(fā)生了明顯的畸變，當(dāng)玻璃鋼抱桿不存在時，天線輻射方向圖呈現(xiàn)典型的全向偶極子陣列方向圖形態(tài)；當(dāng)引入玻璃鋼抱桿時，天線輻射方向圖發(fā)生畸變，全向性受到明顯破壞。

5 天線安裝方式改進(jìn)建議

為了改進(jìn)玻璃鋼抱桿固定被測天線測試方案的不足，且能真實模擬天線的實際使用狀態(tài)，準(zhǔn)確地測試集束天線的各項技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，建議采用底部支撐柱固定的安裝方式，方案示意圖如圖5所示。

如圖5所示，利用底部支撐柱固定方式進(jìn)行測試，待測天線安裝在水平固定底座上，通過支撐柱的平穩(wěn)升降，調(diào)節(jié)待測天線在垂直方向的相位中心，使之與系統(tǒng)中心重合，能夠提高測試精度。

天線安裝底座及支撐桿位于待測天線下方，與天線實際使用安裝環(huán)境相同。該方向為天線輻射方向圖零陷處，對天線性能測試的影響較小。該方案下待測全向集束天線的駐波特性及方向圖特性分別如圖6、圖7所示。

圖5 底部支撐柱固定安裝方式

由圖6可見，采用底部支撐柱固定的安裝方式，對待測全向性集束天線的駐波特性影響很小，天線的諧振頻率并未出現(xiàn)如圖3中采用玻璃鋼抱桿方式導(dǎo)致的明顯向低頻偏移。

由圖7可見，與待測天線本身的方向圖特性相比，采用底部支撐柱固定的安裝方式并未影響天線的輻射特性，兩種情況下天線的方向圖曲線重合的很好。

綜合上述分析可見，采用底部支撐柱固定的安裝方式，能夠真實地模擬天線的實際使用狀態(tài)，相比玻璃鋼抱桿固定的方式，更有利于待測天線輻射特性的準(zhǔn)確測試。

6 結(jié)束語

圖6 底部對待測天線駐波影響

圖7 底部支撐對待測天線方向圖影響

本文關(guān)注天線安裝架設(shè)方式對全向性集束天線性能測試的影響。首先討論了目前集束天線測試中經(jīng)常采用的玻璃鋼抱桿固定安裝方式的瓶頸。通過仿真計算，分析了玻璃鋼抱桿對于天線方向圖及阻抗帶寬測試的影響。結(jié)果表明，該方案會導(dǎo)致天線諧振頻率向低頻移動，并導(dǎo)致天線方向圖發(fā)生畸變。據(jù)此建議采用底部支撐柱固定的安裝方式，該方式能真實模擬天線的實際使用狀態(tài)，并能夠準(zhǔn)確地測試集束天線的各項技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，這一點通過仿真計算得到驗證。