省時省錢！大型暗室測試不再是難題

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隨著電磁研究的深入和電子技術(shù)的發(fā)展，天線的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)滲透到導(dǎo)航、通信、電子對抗和雷達等諸多領(lǐng)域，多波束天線可通過相控陣同時或分時地形成多個相互獨立的發(fā)射或接收波束，實現(xiàn)波束形狀的靈活控制和波束指向的迅速切換。目前最廣泛應(yīng)用的相控陣天線測試方法主要有三種：遠(yuǎn)場法、近場法和緊縮場法。

每種測試方法都有各自的優(yōu)缺點，如遠(yuǎn)場測量適用于低增益、低頻天線的測量；近場測量適用于高增益、高頻、口徑全息測量等，測試方法的選擇需要對各種因素進行折中考慮。本文對相控陣天線的遠(yuǎn)場測試方法進行了論述研究，主要包括EIRP、G/T 值以及方向圖等指標(biāo)特性。

受限于實施基站天線遠(yuǎn)場測試時間和成本，許多移動運營商不能如愿測試天線。因為搭建遠(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用特定技術(shù)測試大型天線。另外，許多基站天線經(jīng)過機械調(diào)整會改變陣列模式，這就需要一種擁有多個設(shè)置的測試方法�；�于上述困難，在全電波暗室進行測試每天至少要花費1800到2000美元，每次測試需要3到4天。如果測試表明設(shè)計要改良，移動運營商很可能要進行額外的測試，除非他們在全電波暗室測試前進行了預(yù)測試。預(yù)定全電波暗室測試長達兩或三個月，所以僅預(yù)定這項測試就使項目發(fā)布延遲了相當(dāng)多時間。

為克服這些困難，一家大型移動運營商的工程師們采用了EMSCAN RFX2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。為解決這個難題，他們進行了四次掃描，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掃描儀40cm向下一段位置時的影 響。如此移動掃描儀對應(yīng)于掃描儀的掃描范圍。測試期間，當(dāng)工程師們手動掃描儀到下一段位置時，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)掃描儀移動時回波損耗幾乎無變化。第一個掃描儀測完第一段之后，掃描儀向左移動40cm由第二個掃描儀進行測試，無其他變化。每次掃描耗 時不到2秒，測試組直到四個掃描儀完成掃描之后才把掃描儀移動到接下來的測試位置。每個隨后的測試與之前掃描面積重疊形成一個校準(zhǔn)點把四個掃描儀準(zhǔn)確的連 成一線。整個測試及后續(xù)處理時間需要約30分鐘。

圖1：測試設(shè)置

700MHz時結(jié)果

使用后續(xù)處理技術(shù)，測試組把四個圖像合為一體。這樣四個測試位置之間形成相位連續(xù)性。盡管在這個研究實例中相位改變是手動實現(xiàn)的，但因為硬件研發(fā)中的一 個小小變化相位連續(xù)性是自動的。圖2為700MHz時采用非常近場測試的電磁場(H-field)合并結(jié)果。下圖中每個圖分別列有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應(yīng)天線的末端。

圖2:700MHz電磁場(H-Field)

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

圖3：700MHZ輻射圖VS產(chǎn)品說明書中數(shù)據(jù)

下圖所示1950MHz時結(jié)果與第4頁700MHz時結(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時電磁場(H-Field)

運用同樣后期的處理技術(shù)和定制程序把1950MHz時的近場測試結(jié)果處理轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)場結(jié)果(如下圖5)。我們注意到這兩個波長結(jié)果圖與700MHz時波長結(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。

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

注：Φ=0°是垂直截面，Φ=90°是水平截面

結(jié)論：近場天線測試的優(yōu)勢

所有移動服務(wù)運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。對于這些運營商來說，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用及耗時的測試過程。

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