省時(shí)省錢(qián)！大型暗室測試不再是難題

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

每種測試方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如遠場(chǎng)測量適用于低增益、低頻天線(xiàn)的測量；近場(chǎng)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(jìn)行折中考慮。本文對相控陣天線(xiàn)的遠場(chǎng)測試方法進(jìn)行了論述研究，主要包括EIRP、G/T 值以及方向圖等指標特性。

受限于實(shí)施基站天線(xiàn)遠場(chǎng)測試時(shí)間和成本，許多移動(dòng)運營(yíng)商不能如愿測試天線(xiàn)。因為搭建遠場(chǎng)需要極遠距離，所以不適宜直接在全電波暗室測試遠場(chǎng)。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(xiàn)。另外，許多基站天線(xiàn)經(jīng)過(guò)機械調整會(huì )改變陣列模式，這就需要一種擁有多個(gè)設置的測試方法�；�于上述困難，在全電波暗室進(jìn)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。如果測試表明設計要改良，移動(dòng)運營(yíng)商很可能要進(jìn)行額外的測試，除非他們在全電波暗室測試前進(jìn)行了預測試。預定全電波暗室測試長(cháng)達兩或三個(gè)月，所以?xún)H預定這項測試就使項目發(fā)布延遲了相當多時(shí)間。

為克服這些困難，一家大型移動(dòng)運營(yíng)商的工程師們采用了EMSCAN RFX2天線(xiàn)模型測試系統。桌面掃描儀生成天線(xiàn)測試數據，把結果映射到遠場(chǎng)模型上。這種情況下，測試組在700MHz和1950MHz的環(huán)境下進(jìn)行測試。由于陣列尺寸超過(guò)了掃描儀可掃描的范圍，測試組不能通過(guò)一次來(lái)測試天線(xiàn)。為解決這個(gè)難題，他們進(jìn)行了四次掃描，每40cm掃描一次，形成總共160cm*40cm的掃描面積。

測試設置

注意圖1中天線(xiàn)陣懸浮于RFX2掃描儀上方最大可支撐距離115mm處來(lái)使掃描儀和在測天線(xiàn)之間影響最小化。在測天線(xiàn)陣重20kg，長(cháng)150cm，寬 30cm，厚15cm。下圖1中第一個(gè)測試位置RFX2接近天線(xiàn)陣頂部。覆蓋掃描儀的吸收材料也有助于最小化人工移動(dòng)掃描儀40cm向下一段位置時(shí)的影 響。如此移動(dòng)掃描儀對應于掃描儀的掃描范圍。測試期間，當工程師們手動(dòng)掃描儀到下一段位置時(shí)，他們借助于網(wǎng)絡(luò )分析儀監控天線(xiàn)的S11。吸收材料正如所期望 那樣發(fā)揮效用，當掃描儀移動(dòng)時(shí)回波損耗幾乎無(wú)變化。第一個(gè)掃描儀測完第一段之后，掃描儀向左移動(dòng)40cm由第二個(gè)掃描儀進(jìn)行測試，無(wú)其他變化。每次掃描耗 時(shí)不到2秒，測試組直到四個(gè)掃描儀完成掃描之后才把掃描儀移動(dòng)到接下來(lái)的測試位置。每個(gè)隨后的測試與之前掃描面積重疊形成一個(gè)校準點(diǎn)把四個(gè)掃描儀準確的連 成一線(xiàn)。整個(gè)測試及后續處理時(shí)間需要約30分鐘。

圖1：測試設置

700MHz時(shí)結果

使用后續處理技術(shù)，測試組把四個(gè)圖像合為一體。這樣四個(gè)測試位置之間形成相位連續性。盡管在這個(gè)研究實(shí)例中相位改變是手動(dòng)實(shí)現的，但因為硬件研發(fā)中的一 個(gè)小小變化相位連續性是自動(dòng)的。圖2為700MHz時(shí)采用非常近場(chǎng)測試的電磁場(chǎng)(H-field)合并結果。下圖中每個(gè)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(guò)連接器對應天線(xiàn)的末端。

圖2:700MHz電磁場(chǎng)(H-Field)

運用后期的處理技術(shù)把700MHz時(shí)的近場(chǎng)測試結果處理轉化為遠場(chǎng)結果，接著(zhù)運用定制化的、擁有專(zhuān)利程序將其轉換成遠場(chǎng)結果，同時(shí)，消除測試陣列中可預測的耦合效應。

圖3：700MHZ輻射圖VS產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中數據

下圖所示1950MHz時(shí)結果與第4頁(yè)700MHz時(shí)結果相同。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(shí)電磁場(chǎng)(H-Field)

運用同樣后期的處理技術(shù)和定制程序把1950MHz時(shí)的近場(chǎng)測試結果處理轉化為遠場(chǎng)結果(如下圖5)。我們注意到這兩個(gè)波長(cháng)結果圖與700MHz時(shí)波長(cháng)結果圖有相似之處，但1950MHz的波長(cháng)光速更窄，水平方向不像700MHz波長(cháng)結果圖所顯示的那么全方位。

圖5：1950MHZ輻射圖VS產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中數據

注：Φ=0°是垂直截面，Φ=90°是水平截面

結論：近場(chǎng)天線(xiàn)測試的優(yōu)勢

所有移動(dòng)服務(wù)運營(yíng)商都面臨測試大型基站天線(xiàn)的問(wèn)題。測試這種天線(xiàn)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(yíng)商來(lái)說(shuō)，RFX2天線(xiàn)特性測試系統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(shí)的測試過(guò)程。

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