球面近場天線測量系統校準中的一類不確定度分析

喻春

摘要：隨著我國社會經濟發展的逐漸壯大，我國加強無線通信系統的部署數量和關注力度，以使我國無線通訊技術得到完善，方面人民生活。而在無線通信系統中，天線作為系統中的關鍵部件，對其性能的要求較高，對天線的性能測試顯得尤為重要。在球面天線測量系統中校準是一項比較重要的問題。在我國常見的校準問題中，球面近場天線測量系統在進行多探頭測量時，常因為天線角度的偏差而導致不確定度。本文中以當前最常用的近場天線測量法根據NIM所提供的數據和信息來進行討論，并對其存在的問題尋找解決方法，并分析影響因素的處理方法，希望對我國球面近場天線的校準有一定的幫助。

關鍵詞：球面近場天線測量系統，不確定度分析，校準裝置

一、校準方法和不確定度的分析

根據天線球面近場掃描法來進行對球面近場天線測量校準分析，天線球面近場掃描法是我國當前適應范圍很廣的一種現代天線測量技術。由于其測量的準確性和可靠性，使其這幾年來在我國得到了很好的發展。與常規的平面近場掃描的性質不同，球面近場掃描技術所在的優勢更多，適用于目前我國所有類型的天線，其中也包含了定向天線和全向天線等。

多探頭球面近場測量技術的出現，打破了我國以往近場天線測量的時間，有效的降低了測量時間，節省了較多的時間。因此球面近場天線測量技術在我國諸多方面都得到了較為廣泛的使用，尤其是在我國沿海地區。一直以來，因為我國是移動通信天線產量占全世界最大的份額，因此我國需要進一步的提升移動通信天線的質量，以占領高端市場。所以，準確的測量是最主要的。

天線近場測量可以不受到外界環境的影響，并且相對其他測量技術來說具有更好的測試精準度，保密性良好，可全天工作等一系列的優點。天線近場測量的這些優點，一定程度上使其在我國天線近場測量方面上站住了腳。隨著使用頻率的增加，對該技術的完善工作也越來越被重視，很大程度上避免了球面近場天線測量系統校準中的一類不確定度的問題，對于解決這個問題來說有著很大的幫助。

近場天線測量也存在著大大小小的問題，技術的優勢顯著但問題較多復雜，天線近場測量指的是測量探頭在天線輻射近場區域內。因為近場測量所需要的測量距離較小，受到外界影響的干擾也小，精密度高、保密性強等。但其存在的不足之處也較多，其中因為近場天線測量所存在的高精密度所造成設備造價成本高且耗時較長，是當前近場測量所存在的較大問題，影響了近場測量的技術發展和實際應用。

球面近場天線測量系統的校準問題會對國內天線的正常工作產生或多或少的影響。因此，對不確定度進行分析和探究，加以解決并避免該問題就顯得很重要了。例如我國常見的SG128球面近場天線測試系統的應用，在建設期間，該系統的頻率覆蓋范圍在0.4GHz～6GHz之間，測試天線的應用尺寸長達4.1米左右，其符合國內大部分移動通信行業的天線測試和應用需求。

二、球面近場天線測量系統校準中的一類不確定度分析

眾所周知，我國是天線出口大國，占全世界一半以上的巨大比例，而目前在無線通訊中天線部署的數量越來越多，使天線在無線通信中的作用更加的明顯。因此，我國對天線測量工作提出了重大的挑戰。如何提高測量精準度、避免不確定度的因素等都是很重要的問題，傳統的遠場測試系統速度相對來說很慢，難以適用當前時代的產業發展。

球面近場-遠場變換理論在不確定度評定的過程中相對復雜，很難采用偏微分的方法來明確不確定度解析式。因此，建立不確定度評定模型來幫助測量不確定度是一個不錯的方式，基準天線增益的校準不確定度，由基準天線的校準報告提出，其中包含了被測天線和基準天線架設的人為因素，其中存在的問題在一定程度上影響了不確定度的測量和分析。對于不確定度的影響主要表現為天線架設的一致性，測試系統探頭間存在的相互干擾問題，連接電纜頭的質量和存在的松緊問題等。

球面近場天線的測量系統校準中的不確定度的影響因素有很多種，其中存在著公式和不確度表的問題，也存在著人為的因素和技術以及系統中的問題，對于公式等問題處理需要更加嚴謹的計算和運行，相對來說。外界因素的解決就相對簡單的多，比如人為技術因素，可以通過后期的培訓和練習準確的避免該問題等。

空間角度誤差引入的不確定度分析：在對球面多探頭一致性檢測和校準的過程中，為了得到更好的測量結果需要保證天線和探頭天線對準，在實際操作的過程中，由于轉臺的進步精度等問題，對準誤差等各項系統及操作誤差的行為存在。天線的對準方向和實際預想方向始終存在一定的誤差。

球面近場天線測量系統多探頭校準中存在一類不確定度分量，即校準所需要的天線角度偏差引起的探頭幅度相位一致性的不確定性。分析表明，在角度誤差小的時候，增益相位誤差和角度誤差存在一定的關系，頻率越高，增益和相位誤差也就更大，所以可以根據該情況建立模型，分析不確定度的特點和特征。

三、避免問題和外界因素的建議

在近場天線測量等問題中還存在著外界因素，導致不確定度等一系列問題，我國可以根據對這些問題加以解決來避免該問題的發展。

設備中存在的問題：測試系統中探頭間存在著互相干擾的問題，并且連接電纜頭的質量和松緊問題都會一定程度上對測量產生影響。所以對該問題進行解決，如對探頭間增加較少干擾性的裝置等較小干擾對天線測量產生的影響。

技術人員的操作問題和培訓問題：我國是移動通信大國，這一因素決定了我國在天線測量和天線質量上一定要高。所以技術人員的問題也是當前需要注意的，首先國家可以以企業為單位，根據技術人員的年齡和素質進行分類，然后針對性的培養;培訓的內容為操作技術培訓，專業素養培訓等問題，以保證日后技術人員在進行工作的時候不會產生一系列的問題，有效的避免了測量系統中出現的問題。

對不確定因素和已知因素進行總結分析：對于存在的不確定因素和已知因素的整合分析以及總結是很重要的一項，可以根據已知因素來避免出現其中的問題，對于未知因素也需要進行分析和尋找，根據這兩種因素來幫助工作中的工作進程，有效的避免了其中會存在的問題;有利于近場天線的測量工作，對各個地區因差異造成的影響或者其他地區存在的成功方案和失敗經驗進行分析整理，提高對影響因素的認知，避免出現細小的差錯。

四、結束語

我國是移動通信大國，也是移動天線出口大國，基于這些因素我國就必須對現有的工作進行整合，根據優劣勢進行自身發展，發揮優勢避免劣勢可以有效的提高我國天線的質量，促進我國出口數量等。此外，我國對天線的質量加強方面也更應該注意。高質量的天線是競爭的資本，明確天線的質量，對于天線的測量精準度，對不確定度的準確分析都有利于我國在天線高質量方面上的發展，推動我國社會經濟的發展，提高人民的生活質量。

參考文獻：

[1] 邢榮欣，闞勁松，王酣，et al.球面近場天線測量不確定度分析和評定[J].安全與電磁兼容，2017（03）：34-38.

[2] 孟東林，吳釩，王維龍.NIM球面近場法天線校準裝置的測量不確定度評定[J].計量學報，2017（38）：762.

[3] 孟東林，吳釩，王維龍.NIM球面近場法天線校準裝置的測量不確定度評定[J].計量學報，2017（38）：762.

（作者單位：重慶信息通信研究院）