實驗臺上的基站天線特性測試方法

前言
受限于實施基站天線遠場測試時間和成本，許多移動運營商不能如愿測試天線。因為搭建遠場需要極遠距離，所以不適宜直接在全電波暗室測試遠 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?；谏显V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EMSCANRFX2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點把四個 掃描儀準確的連成一線。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）

700MHz時結(jié)果-后續(xù)程序
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為輻射圖與產(chǎn)品說明書中數(shù)據(jù)的比較圖。

圖3：700MHZ輻射圖VS產(chǎn)品說明書中數(shù)據(jù)

1950MHz時結(jié)果

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）

1950MHz時結(jié)果-后續(xù)程序

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)化為遠場結(jié)果[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。

又Φ=0°是垂直截面，Φ=90°是水平截面。

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

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。

關(guān)于RFX2天線測試系統(tǒng)

桌面掃描儀使天線具備了不需要暗室的屬性。RFX2不到2秒生成遠場天線圖案、雙側(cè)測試、EIRP和TRP。獲得的近場結(jié)果包括幅度、極性和相位傳遞，幾乎可以使人們瞬時洞察天線的根本性能。這套系統(tǒng)也支持天線設(shè)計分析人員支控制天線遠場輻射問題。

關(guān)于EMSCAN

EMSCAN自1989年起即是世界領(lǐng)先的快速電磁近場測量技術(shù)和應(yīng)用開發(fā)商，為天線和PCB設(shè)計師和驗證工程師提供解決方案，無 需暗室。EMxpert—EMC和EMI集成分析工具和RFxpert—天線測試工具使工程師可以快速優(yōu)化設(shè)計。EMSCAN解決方案極大地提高了設(shè)計師 的生產(chǎn)效率，大大減少了上市時間和項目研發(fā)成本。