實例解析:近場天線測試系統解決大型暗室測試難題

2020-12-06 電子發燒友

實例解析：近場天線測試系統解決大型暗室測試難題

EMSCAN公司 發表於 2013-09-02 17:01:01

　　前言

　　受限於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願測試天線。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，並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測試大型天線。另外，許多基站天線經過機械調整會改變陣列模式，這就需要一種擁有多個設置的測試方法。基於上述困難，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測試。預定全電波暗室測試長達兩或三個月，所以僅預定這項測試就使項目發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採用了EMSCAN RFX2天線模型測試系統。桌面掃描儀生成天線測試數據，把結果映射到遠場模型上。這種情況下，測試組在700MHz和1950MHz的環境下進行測試。由於陣列尺寸超過了掃描儀可掃描的範圍，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。

　　測試設置

　　注意圖1中天線陣懸浮於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於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於掃描儀的掃描範圍。測試期間，當工程師們手動掃描儀到下一段位置時，他們藉助於網絡分析儀監控天線的S11。吸收材料正如所期望那樣發揮效用，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後，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後才把掃描儀移動到接下來的測試位置。每個隨後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。整個測試及後續處理時間需要約30分鐘。

　　

　　圖1：測試設置

　　700MHz時結果

　　使用後續處理技術，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性。儘管在這個研究實例中相位改變是手動實現的，但因為硬體研發中的一個小小變化相位連續性是自動的。圖2為700MHz時採用非常近場測試的電磁場（H-field）合併結果。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天線的末端。

　　

　　圖2:700MHz電磁場（H-Field）

　　運用後期的處理技術把700MHz時的近場測試結果處理轉化為遠場結果，接著運用定製化的、擁有專利程序將其轉換成遠場結果，同時，消除測試陣列中可預測的耦合效應。

　　

　　圖3：700MHZ輻射圖VS產品說明書中數據

　　1950MHz時結果

　　下圖所示1950MHz時結果與第4頁700MHz時結果相同。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時電磁場（H-Field）

　　運用同樣後期的處理技術和定製程序把1950MHz時的近場測試結果處理轉化為遠場結果（如下圖5）。我們注意到這兩個波長結果圖與700MHz時波長結果圖有相似之處，但1950MHz的波長光速更窄，水平方向不像700MHz波長結果圖所顯示的那麼全方位。

　　

　　圖5：1950MHZ輻射圖VS產品說明書中數據

　　註：Φ=0°是垂直截面，Φ=90°是水平截面

　　結論：近場天線測試的優勢

　　所有移動服務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。對於這些運營商來說，RFX2天線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的測試過程。

　　關於RFX2天線測試系統

　　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、雙側測試、EIRP和TRP。獲得的近場結果包括幅度、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。這套系統也支持天線設計分析人員支控制天線遠場輻射問題。

　　

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