天線架設方式對天線測試的影響淺析

張申科，鄧遙林

（武漢虹信通信技術有限責任公司，湖北 武漢 430000）

天線架設方式對天線測試的影響淺析

張申科，鄧遙林

（武漢虹信通信技術有限責任公司，湖北 武漢 430000）

分析了在移動通信基站天線架設過程中天線相位中心偏離轉臺轉軸中心對天線測試的影響，采用理論分析與實測相結合，實測結果表明：天線相位中心偏離轉軸中心時主要引起方向圖角度誤差，導致波寬偏窄；并通過實測驗證了金屬桿對天線測試的影響，數據顯示：金屬桿對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，該分析為科學合理地架設天線提供了數據依據。

天線架設 測量誤差 相位中心

1 引言

隨著移動通信技術的發展，通信系統對天線的輻射性能指標要求越來越高，如何提高天線測試的準確度已成為天線測量的主要任務。影響測試準確度的因素包括測試設備、測試環境、天線架設方式等，現有文獻普遍關注的是測試設備和測試環境對天線測量的影響，本文將圍繞天線架設方式開展討論，為科學合理地架設測試天線、提高測試準確度提供數據依據。

2 天線架設方式對天線測試的影響

2.1 天線架設方式

天線架設方式如圖1所示。

架設天線時，理想的情況是天線的相位中心與轉臺轉軸重合，如圖1（a）所示。但對于寬頻多端口天線，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均位于轉軸上，如圖1（b）所示，這將給測試帶來誤差。

圖1 天線架設方式

2.2 理論分析

（1）天線口面的幅度均勻性分析

首先，對待測天線口面上的幅度分布進行分析。發射天線選用增益為15dBi、水平面波寬為34°、垂直面波寬為32°的喇叭天線，收發天線距離為35m，靜區直徑為3m，有效輻射區域天線輻射張角為±2.5°，靜區場強幅度分布如表1所示：

表1 靜區場強幅度分布

表1中的數據顯示：靜區邊沿的電平值與中心僅相差0.06dB。由此不難推斷出天線相位中心偏離轉軸時主要引起方向圖角度測量誤差，即對波束寬度有影響。

（2）相位中心偏離轉軸對波束寬度的影響

如圖2所示，A為轉臺的轉軸中心，發射天線位于O點，待測天線位于P點，待測天線相位中心偏離轉軸距離d，天線指向對準OP方向，當轉臺旋轉φ角，天線相位中心旋轉到B點，天線指向旋轉θ角，設OA=r。

圖2 天線架設示意圖

天線相位中心與轉軸重合時，方向圖為：

天線相位中心偏離轉軸中心時，方向圖為：

其中：

由式（2）可知，波寬測試誤差不僅與偏心距離d有關，還與測試距離r以及天線的波瓣寬度φ有關。當測試距離r為38m時，不同波寬天線的波寬測試誤差⊿與偏心距離d的關系如圖3所示。

由圖3可得出如下結論：

◆天線波寬φ一定時，測試誤差⊿隨著天線偏心距離d的增加而增大；

◆偏心距離d一定時，天線波寬φ越寬，測試誤差⊿就越大。

2.3 現場實測

基于前面的理論分析，對兩面天線進行了現場實測。表2和表3給出天線位于轉軸中心、天線偏離轉軸中心0.35m這2種情況下的實測波寬值，取測試距離r=38m、天線波寬φ=65°（注：兩天線的工作頻段分別為820—960MHz、1 710—2 170MHz）。

表2和表3中的數據表明：當天線相位中心偏離轉軸中心時，波寬實測值偏小，這與理論分析結果一致。

圖3 不同波寬天線的波寬測試誤差隨天線偏心距離的變化

表2 820—960MHz 65° 15dBi天線測試結果

3 金屬支撐桿對天線測試的影響

關于天線測試需采用何種材質的支撐桿，目前業界還存在爭議。理論上，非金屬桿對天線測試影響相對較小，金屬桿對天線本身的性能影響相對較大，但金屬桿具有便于制作、承載力大、安裝穩固等優點。此外，在基站天線的使用現場，安裝抱桿采用的是金屬桿。由此可見，金屬桿屬于“良性測試環境”，更接近天線的實際使用情況。

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的支撐桿對天線測試的影響，為了方便測試，金屬支撐桿采用在非金屬支撐桿表面包覆金屬膜進行模擬，如圖4所示：

表3 1 710—2 170MHz 65° 17.5dBi天線測試結果

圖4 支撐桿材質

3.2 實測驗證

采用兩面天線進行測試，分別為820—960MHz 55° 9.5dBi天線和1 710—2 170MHz 65° 16.5dBi天線，測試在室內遠場中進行，測試距離為38m，抱桿直徑為110mm，測試結果分別如表4和表5所示。

表4和表5中的測試數據表明：

（1）對于低增益天線（增益值小于10dBi，如室分天線、喇叭天線等，測試時天線置于支撐桿的頂部），金屬桿對測試影響較大，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行測試；

（2）對于高增益天線（增益值大于16dBi，如基站板狀天線，測試時天線抱于支撐桿上），金屬桿對測試基本沒影響，同時鑒于金屬桿的諸多優勢，建議采用金屬桿進行測試。

表4 820—960MHz 55° 9.5dBi天線測試數據對比

4 結論

本文采用理論分析與實測相結合，分析了天線相位中心偏離轉臺轉軸中心以及支撐桿材質對天線測試的影響。通過分析表明：天線相位中心偏離轉軸中心時，將導致波寬偏窄；金屬桿對低增益天線（增益小于10dBi）的影響較大，而對高增益天線（增益大于16dBi）幾乎沒有影響，該分析為測試過程中正確架設天線、選取合適的支撐桿提供了參考。

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張申科：高級工程師，學士畢業于西安電子科技大學電磁場與微波技術專業，現任武漢虹信通信技術有限責任公司天饋事業部副總經理，主要從事移動通信天線技術研究開發工作，是通信行業的資深天線專家，目前擔任中國通信標準化協會TC5-WG11組副組長。

鄧遙林：中級工程師，碩士畢業于西南交通大學，現任武漢虹信通信技術有限責任公司測試工程師，主要研究方向為天線測量。

Discussion on Impact of Antenna Placement on Antenna Testing

ZHANG Shen-ke, DENG Yao-lin
(Wuhan Hongxin Communication Technology Co., Ltd., Wuhan 430000, China)

The impact of antenna phase center’s deviation from the axis of the turntable on antenna testing was analyzed in the 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 lobe width. The impact of metal bar on antenna testing was verifi ed through actual measurement that metal bar has a signifi cant 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 scientifi c placement of antenna.

antenna placement measurement errors phase center

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.14.009

TN820

A

1006-1010(2015)14-0045-04

張申科,鄧遙林. 天線架設方式對天線測試的影響淺析[J]. 移動通信, 2015,39(14): 45-48.

2015-05-20

責任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn