基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的外場(chǎng)天線測(cè)量Ka波段天線方向圖測(cè)試

1回顧

前兩年（2021-2022），北京中測(cè)國(guó)宇科技有限公司為響應(yīng)5G基站天線的外場(chǎng)測(cè)量需求，提出了外場(chǎng)無(wú)人機(jī)基站巡檢系統(tǒng)，并且在S波段上驗(yàn)證了測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試重復(fù)性。詳見

5G基站外場(chǎng)無(wú)人機(jī)測(cè)試方案-外場(chǎng)無(wú)人機(jī)基站巡檢系統(tǒng)

近期，公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)為拓展本系統(tǒng)在毫米波波段的測(cè)試能力，以Ka波段標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線為待測(cè)天線（AUT），在外場(chǎng)部署測(cè)試環(huán)境開展了外場(chǎng)試驗(yàn)。

本文以待測(cè)天線方向圖的外場(chǎng)測(cè)量為例，向大家匯報(bào)我們做的一些工作！

2實(shí)驗(yàn)環(huán)境

外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)在北京平谷區(qū)金海湖機(jī)場(chǎng)完成，現(xiàn)場(chǎng)照片如下圖2-1。

圖2-1外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片

AUT被固定于吊籃邊緣，吊籃內(nèi)有一臺(tái)R&SSMW200A矢量信號(hào)發(fā)生器和一只功率放大器，R&SSMW200A用于生成5GNR測(cè)試信號(hào)，5GNR測(cè)試信號(hào)被功率放大器放大后經(jīng)AUT發(fā)出。吊籃高度升高至距離地面25米。

R&SFPH手持式頻譜儀作為機(jī)載測(cè)量?jī)x表，通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與機(jī)載PC通信，機(jī)載PC是一種輕質(zhì)工控機(jī)，用于抓取手持式頻譜儀的掃頻數(shù)據(jù)。

全站儀是一種測(cè)繪設(shè)備，配合RTK定位工具，可解算出AUT的GPS坐標(biāo)。

測(cè)量探頭是一種輕質(zhì)、雙極化、超寬帶四脊喇叭天線，剛性掛載于云臺(tái)正下方，其工作頻帶為22-44GHz。為降低測(cè)量探頭與無(wú)人機(jī)機(jī)身的耦合，將測(cè)量探頭與云臺(tái)安裝在延長(zhǎng)支架上，使其向飛機(jī)機(jī)頭外側(cè)方向探出。

3測(cè)量鏈路

發(fā)射端：SMW200A → 電纜→ PA → 電纜→ Ka波段標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線。

接收端：毫米波探頭 → 電纜→ R&SFPH手持式頻譜儀。

R&S SMW200A矢量信號(hào)發(fā)生器、R&SFPH手持式頻譜儀配置如下表3-1、表3-2所示。

4航線規(guī)劃

在地面站軟件中按照如下表4-1所示航線參數(shù)進(jìn)行航線規(guī)劃，航線規(guī)劃效果如下圖4-1所示。

圖4-1航線規(guī)劃效果

涉及的坐標(biāo)系如下圖4-2所示。其中，Phi或Azimuth表示方位角，正北方向?yàn)?°，正東方向?yàn)?0°；Theta或Elevation表示俯仰角，范圍是0~180°。

圖4-2坐標(biāo)系

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

27GHz，AUT的E面接收功率方向圖（3D）如下圖5-1所示。

圖5-1接收功率方向圖（3D）

從圖5-1中抽取Theta=90°方向圖，并與仿真結(jié)果對(duì)比，如下圖5-2所示。可知，實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果在主瓣±10°范圍內(nèi)比較吻合，在副瓣方向上存在約2dB電平差異。

圖5-2Theta=90°方向圖

6總結(jié)

本文以Ka波段標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線方向圖的外場(chǎng)測(cè)量為例，介紹外場(chǎng)試驗(yàn)中涉及的測(cè)試環(huán)境搭建、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其配置、測(cè)量鏈路、航線規(guī)劃等內(nèi)容，最后展示Ka波段標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線的3D方向圖測(cè)量結(jié)果，對(duì)比Theta=90°方向圖的實(shí)測(cè)與仿真數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在主瓣±10°范圍內(nèi)二者比較吻合，而在副瓣方向上存在約2dB電平差異。