近場(chǎng)天線測(cè)試系統(tǒng)解決大型暗室測(cè)試難題

前言

受限于實(shí)施基站天線遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)間和成本，許多移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商不能如愿測(cè)試天線。因?yàn)榇罱ㄟh(yuǎn)場(chǎng)需要極遠(yuǎn)距離，所以不適宜直接在全電波暗室測(cè)試遠(yuǎn)場(chǎng)。很難找到室 外測(cè)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(yùn)用特定技術(shù)測(cè)試大型天線。另外，許多基站天線經(jīng)過(guò)機(jī)械調(diào)整會(huì)改變陣列模式，這就需 要一種擁有多個(gè)設(shè)置的測(cè)試方法?；谏鲜隼щy，在全電波暗室進(jìn)行測(cè)試每天至少要花費(fèi)1800到2000美元，每次測(cè)試需要3到4天。如果測(cè)試表明設(shè)計(jì)要改 良，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商很可能要進(jìn)行額外的測(cè)試，除非他們?cè)谌姴ò凳覝y(cè)試前進(jìn)行了預(yù)測(cè)試。預(yù)定全電波暗室測(cè)試長(zhǎng)達(dá)兩或三個(gè)月，所以僅預(yù)定這項(xiàng)測(cè)試就使項(xiàng)目發(fā)布延 遲了相當(dāng)多時(shí)間。

為克服這些困難，一家大型移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的工程師們采用了EMSCAN RFX2天線模型測(cè)試系統(tǒng)。桌面掃描儀生成天線測(cè)試數(shù) 據(jù)，把結(jié)果映射到遠(yuǎn)場(chǎng)模型上。這種情況下，測(cè)試組在700MHz和1950MHz的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。由于陣列尺寸超過(guò)了掃描儀可掃描的范圍，測(cè)試組不能通 過(guò)一次來(lái)測(cè)試天線。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(cè)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(lái)使掃描儀和在測(cè)天線之間影響最小化。在測(cè)天線陣重20kg，長(zhǎng)150cm，寬 30cm，厚15cm。下圖1中第一個(gè)測(cè)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(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(duì)應(yīng)于掃描儀的掃描范圍。測(cè)試期間，當(dāng)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(jiān)控天線的S11。吸收材料正如所期望 那樣發(fā)揮效用，當(dāng)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(cè)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(cè)試，無(wú)其他變化。每次掃描耗 時(shí)不到2秒，測(cè)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(cè)試位置。每個(gè)隨后的測(cè)試與之前掃描面積重疊形成一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)把四個(gè)掃描儀準(zhǔn)確的連 成一線。整個(gè)測(cè)試及后續(xù)處理時(shí)間需要約30分鐘。

圖1：測(cè)試設(shè)置

700MHz時(shí)結(jié)果

使用后續(xù)處理技術(shù)，測(cè)試組把四個(gè)圖像合為一體。這樣四個(gè)測(cè)試位置之間形成相位連續(xù)性。盡管在這個(gè)研究實(shí)例中相位改變是手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，但因?yàn)橛布邪l(fā)中的一 個(gè)小小變化相位連續(xù)性是自動(dòng)的。圖2為700MHz時(shí)采用非常近場(chǎng)測(cè)試的電磁場(chǎng)(H-field)合并結(jié)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(duì)應(yīng)天線的末端。

圖2:700MHz電磁場(chǎng)(H-Field)

運(yùn)用后期的處理技術(shù)把700MHz時(shí)的近場(chǎng)測(cè)試結(jié)果處理轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果，接著運(yùn)用定制化的、擁有專利程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果，同時(shí)，消除測(cè)試陣列中可預(yù)測(cè)的耦合效應(yīng)。

圖3：700MHZ輻射圖VS產(chǎn)品說(shuō)明書中數(shù)據(jù)

下圖所示1950MHz時(shí)結(jié)果與第4頁(yè)700MHz時(shí)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(shí)電磁場(chǎng)(H-Field)

運(yùn)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(cè)試結(jié)果處理轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果(如下圖5)。我們注意到這兩個(gè)波長(zhǎng)結(jié)果圖與700MHz時(shí)波長(zhǎng)結(jié)果圖有相似之處，但1950MHz的波長(zhǎng)光速更窄，水平方向不像700MHz波長(zhǎng)結(jié)果圖所顯示的那么全方位。

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

注：Φ=0°是垂直截面，Φ=90°是水平截面

結(jié)論：近場(chǎng)天線測(cè)試的優(yōu)勢(shì)

所有移動(dòng)服務(wù)運(yùn)營(yíng)商都面臨測(cè)試大型基站天線的問(wèn)題。測(cè)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(duì)于這些運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，RFX2天線特性測(cè)試系統(tǒng)解決了在大型暗室測(cè)試的難題，即高的讓人望而卻步費(fèi)用及耗時(shí)的測(cè)試過(guò)程。