移動通信基站天線增益測量的不確定度評定

王蘭貴 李勇 于衛東 王世琦 趙騰飛

摘要：簡述了移動通信基站天線增益測量的原理和經典的測量方法———比較法。針對該測量方法、測試系統和測試環境的特點，系統地總結了移動通信基站天線增益測量過程中存在的各種誤差修正項和不確定度，同時給出了各項不確定度的評定方法。分析計算得出基站天線增益測量過程中存在的各項標準不確定度、合成標準不確定度和擴展不確定度。給出了工程測試實例，驗證了該天線增益測量的不確定度評定的可行性和有效性。

關鍵詞：移動通信基站天線；增益測量；標準不確定度；合成不確定度；擴展不確定度

中圖分類號：TN820文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2022）07-58-4

0引言

天線用于發射或接收電磁波是測量場強的主要設備之一，而場強又是無線電計量的主要參數之一。天線增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想點源在空間同一點處輻射強度之比，用來衡量天線輻射能量的集中程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關系，方向圖主瓣越窄、副瓣越小、增益越高。對天線增益測量的不確定度分析具有一定的代表性，因此，有必要對天線增益測量不確定度進行分析和評定。

1測量原理

增益測量原理如圖1所示。測試信號由矢量網絡分析儀輸出，經功率放大器和射頻電纜連接到發射天線，經過遠場測試距離被測天線或標準增益天線接收信號由射頻電纜連接到矢量網絡分析儀，經計算機控制進行自動化測試。

在滿足遠場測試條件下，對移動通信基站天線的增益通常采用經典的比較法進行測量[1-4]。

不確定度主要有2類，如下：

（1）A類不確定度

A類不確定度[5-6]評定是對在規定測量條件下測得的量值，用統計分析的方法進行的測量不確定度分量的評定。它是由一組觀測得到的頻率分布導出的概率密度函數得到重復測量引入的不確定度，采用A類不確定度評定。

（2）B類不確定度

B類不確定度評定是用不同于A類不確定度評定的方法對測量不確定度分量進行的評定。它是由一個假定的概率密度函數得到，此函數基于對一個事件發生的信任程度。以下7種原因引入的不確定度，采用B類不確定度評定：

①矢量網絡分析儀示值誤差和功率準確度引入的不確定度；

②功率放大器輸出示值誤差和輸出功率增益穩定度引入的不確定度；

③有限測試距離引入的不確定度；

④阻抗失配引入的不確定度；

⑤極化失配引入的不確定度；

⑥發射天線與被測天線對不準引入的不確定度；

⑦標準天線增益的精確度。

3標準不確定度評定

（1）由重復測量引入的不確定度評估采用統計方法計算標準不確定度，測試頻點為1 830 MHz，測量示值如表1所示。

由標準天線校準證書查得對應頻率處增益，不確定度為0.09 dB。即8=0.09 dB

4合成標準不確定度的評定

5擴展不確定度的評定

對于檢測實驗室，取置信概率=95.45%，查正態分布的置信因子得：=2，擴展不確定度為：=·=2×0.068=0.136，轉換成分貝數為0.55 dB；即增益測量的擴展不確定度為：= 0.55 dB（=2）。

6結束語

本文針對移動通信基站天線增益測量的不確定度問題，結合測量實例，對采用比較法測量基站天線增益的諸項誤差來源進行了分析，給出了天線增益測量結果的不確定度評定方法，評估了增益測量的各種不確定度。分析結果表明：該不確定度評定方法嚴謹，考慮全面，分析詳實，評估結果準確度高，具有較好的參考價值，也能對廣大工程技術人員的測量工作有所幫助。

此測量方法可以推廣到移動通信基站天線其他電性能參數（如半功率波束寬度、前后比和交叉極化比等）測量的不確定度評定中，具有廣泛的推廣價值。

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