天线架设方式对天线测试的影响浅析
【摘要】分析了在移动通信基站天线架设过程中天线相位中心偏离转台转轴中心对天线测试的影响，采用理论分析与实测相结合，实测结果表明：天线相位中心偏离转轴中心时，主要引起方向图角度误差，导致波宽偏窄;并通过实测验证了金属杆对天线测试的影响，数据显示：金属杆对置于支撑杆的顶部的低增益天线(如室分天线、喇叭天线等)影响较大，而对抱于支撑杆上的高增益天线(如基站天线)几乎没影响，该分析为科学合理地架设天线提供了数据依据。
【关键词】天线架设 测量误差 相位中心
一、引言
随着移动通信技术的发展，通信系统对天线的辐射性能指标要求越来越高，如何提高天线测试的准确度已成为天线测量的主要任务。影响测试准确度的因素包括测试设备、测试环境、天线架设方式等，现有文献普遍关注的是测试设备和测试环境对天线测量的影响，本文将围绕天线架设方式开展讨论，为科学合理地架设测试天线、提高测试准确度提供数据依据。
二、天线架设方式对天线测试的影响
2.1 天线架设方式
天线架设方式如图1所示：
(a)天线相位中心位于转轴上(b)天线相位中心偏离转轴
架设天线时，理想的情况是天线的相位中心与转台转轴重合，如图1(a)所示。但对于宽频多端口天线，如LTE智能天线，无法完全满足天线所有端口的相位中心在全频段内均位于转轴上，如图1(b)所示，这将给测试带来误差。
2.2 理论分析
(1)天线口面的幅度均匀性分析
首先，对待测天线口面上的幅度分布进行分析。发射天线选用增益为15dBi、水平面波宽为34°、垂直面波宽为32°的喇叭天线，收发天线距离为35m，静区直径为3m，有效辐射区域天线辐射张角为±2.5°，静区场强幅度分布如表1所示：
(2)相位中心偏离转轴对波束宽度的影响
如图2所示，A为转台的转轴中心，发射天线位于O点，待测天线位于P点，待测天线相位中心偏离转轴距离d，天线指向对准OP方向，当转台旋转φ角，天线相位中心旋转到B点，天线指向旋转θ角，设OA=r。
天线相位中心与转轴重合时，方向图为：
f(φ)=f0(φ)/r(1)
天线相位中心偏离转轴中心时，方向图为：
f’(φ)=f0(θ)/r’=f0(φ+β)/r’ (2)
其中：
(3)
(4)
由式(2)可知，波宽测试误差不仅与偏心距离d有关，还与测试距离r以及天线的波瓣宽度φ有关。当测试距离r为38m时，不同波宽天线的波宽测试误差Δ与偏心距离d的关系如图3所示：
由图3可得出如下结论：
天线波宽φ一定时，测试误差Δ随着天线偏心距离d的增加而增大;
偏心距离d一定时，天线波宽φ越宽，则测试误差Δ越大。
2.3 现场实测
基于前面的理论分析，对两面天线进行了现场实测。表2和表3给出天线位于转轴中心、天线偏离转轴中心0.35m这2种情况下的实测波宽值，取测试距离r=38m、天线波宽φ=65°，两天线的工作频段分别为806―960MHz、1710―2170MHz)。
三、金属支撑杆对天线测试的影响
关于天线测试需采用何种材质的支撑杆，目前业界还存在争议。理论上，非金属杆对天线测试影响相对较小，金属杆对天线本身的性能影响相对较大，但金属杆具有便于制作、承载力大、安装稳固等优点。此外，在基站天线的使用现场，安装抱杆采用的是金属杆。由此可见，金属杆属于“良性测试环境”，更接近天线的实际使用情况。
3.1 金属支撑杆
本文将分别选用非金属支撑杆和金属支撑杆来分析不同材质的.支撑杆对天线测试的影响，为了方便测试，金属支撑杆采用在非金属支撑杆表面包覆金属膜进行模拟，如图4所示：
(a)非金属支撑杆 (b)金属支撑杆
3.2 实测验证
采用两面天线进行测试，分别为820―960MHz 55°9.5dBi天线和1710―2690MHz65°16.5dBi天线，测试在室内远场中进行，测试距离为38m，抱杆直径为110mm，测试结果分别如表4和表5所示：
表4和表5中的测试数据表明：
(1)对于低增益天线(增益值小于10dBi，如室分天线、喇叭天线等，测试时天线置于支撑杆的顶部)，金属杆对测试影响较大，尤其是前后比和交叉极化鉴别率，因此建议采用非金属杆进行测试;
(2)对于高增益天线(增益值大于16dBi，如基站板状天线，测试时天线抱于支撑杆上)，金属杆对测试基本没影响，同时鉴于金属杆的诸多优势，建议采用金属杆进行测试。
四、结论
本文采用理论分析与实测相结合，分析了天线相位中心偏离转台转轴中心以及支撑杆材质对天线测试的影响。通过分析表明：天线相位中心偏离转轴中心时，将导致波宽偏窄;金属杆对低增益天线(增益小于10dBi)的影响较大，而对高增益天线(增益大于16dBi)几乎没有影响，该分析为测试过程中正确架设天线、选取合适的支撑杆提供了参考。
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