在智能天線測試方面的探究

　　1、引言

　　智能天線技術(shù)的研究起始于20世紀(jì)60年代，最初的研究對象是雷達(dá)天線陣，主要目的是提高雷達(dá)的性能和電子對抗的能力。隨著移動通信的發(fā)展及對移動通信電波傳播、組網(wǎng)技術(shù)、天線理論等方面研究的逐漸深入，數(shù)字信號處理芯片處理能力不斷提高，利用數(shù)字技術(shù)在基帶形成天線波束成為可能。到了20世紀(jì)90年代，陣列處理技術(shù)引入移動通信領(lǐng)域，很快形成了一個新的研究熱點(diǎn)——智能天線。其中，我國在享有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA技術(shù)中，就已經(jīng)成功地引進(jìn)了智能天線技術(shù)。從某種程度上可以說，智能天線是3G區(qū)別于2G系統(tǒng)的關(guān)鍵標(biāo)志之一。

　　智能天線是利用數(shù)字信號處理技術(shù)產(chǎn)生空間定向波束，使天線的主波束跟蹤用戶信號到達(dá)方向，旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號到達(dá)方向，利用多個天線單元空間的正交性和信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號區(qū)分開來，最大限度地利用有限的信道資源。它在提高系統(tǒng)通信質(zhì)量、緩解無線通信業(yè)務(wù)日益發(fā)展與頻譜資源不足的矛盾以及降低系統(tǒng)整體造價和改善系統(tǒng)管理等方面，都具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

　　既然智能天線有如此多的好處，那么隨著TD-SCDMA系統(tǒng)商用化的腳步越來越近，作為T D-SCDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一的智能天線技術(shù)也越來越得到大家的重視，因此智能天線的測試方法也就顯得至關(guān)重要。

　　2、智能天線的分類

　　智能天線按照類型可以分為全向智能天線陣和定向智能天線陣。

　　對于定向智能天線陣來說，包括以下三類測試參數(shù)。

　　（1）電路參數(shù)。包括垂直面電下傾角預(yù)設(shè)置值、垂直面電下傾角精度、垂直面機(jī)械下傾范圍；輸入阻抗、各單元端口駐波比、相鄰單元端口隔離度、每端口連續(xù)波功率容量。

　?。?）校準(zhǔn)參數(shù)。包括校準(zhǔn)端口至各單元端口的耦合度、校準(zhǔn)端口至各單元端口幅度最大偏差、校準(zhǔn)端口至各單元端口相位最大偏差、校準(zhǔn)端口駐波比、校準(zhǔn)通道耦合方向性。

　?。?）性能參數(shù)。包括各單元端口有源輸入回波損耗、垂直面半功率波束寬度、垂直面上部第一旁瓣抑制和下部第一零點(diǎn)填充；單元波束水平面半功率波束寬度、增益、前后比交叉極化比（軸向）和交叉極化比（±60°范圍內(nèi)）；業(yè)務(wù)波束水平面半功率波束寬度、視軸增益、水平面旁瓣電平和前后比、廣播波束水平面半功率波束寬度、視軸增益、視軸增益Φ=±60°處電平下降、半功率波束寬度內(nèi)的電平波動。

　　對于全向智能天線陣來說，也可以分為三類測試參數(shù)。

　　（1）電路參數(shù)。包括垂直面電下傾角預(yù)設(shè)置值、垂直面電下傾角精度；輸入阻抗、各單元端口駐波比、相鄰單元端口隔離度、每端口連續(xù)波功率容量。

　　（2）校準(zhǔn)參數(shù)。包括校準(zhǔn)端口至各單元端口的耦合度、校準(zhǔn)端口至各單元端口幅度最大偏差、校準(zhǔn)端口至各單元端口相位最大偏差、校準(zhǔn)端口駐波比、校準(zhǔn)通道耦合方向性。

　?。?）性能參數(shù)。包括各單元端口有源輸入回波損耗、垂直面半功率波束寬度、垂直面上部第一旁瓣抑制和下部第一零點(diǎn)填充；單元波束水平面半功率波束寬度、增益、前后比交叉極化比（軸向）和交叉極化比（±60°范圍內(nèi)）；業(yè)務(wù)波束水平面半功率波束寬度、視軸增益、水平面旁瓣電平、廣播波束視軸增益、方向圖圓度。

　　3、智能天線的測試項(xiàng)目及測試方法

　　下面針對智能天線不同于普通天線的測試項(xiàng)目進(jìn)行介紹。

　　首先，智能天線比普通天線增加了校準(zhǔn)端口，主要是為了動態(tài)地校準(zhǔn)各個單元端口的幅度和相位的一致性，校準(zhǔn)的準(zhǔn)確與否直接決定了智能天線的應(yīng)用效果，因此，對校準(zhǔn)端口至各單元端口幅度最大偏差和校準(zhǔn)端口至各單元端口相位最大偏差提出了相應(yīng)的要求。在測試的過程中，校準(zhǔn)端口與每個饋電端口形成一個校準(zhǔn)通道，對任意端口進(jìn)行測量得到相位/幅度誤差，在相同頻點(diǎn)上取所有測量值之間的最大偏差即得到本指標(biāo)。

　　校準(zhǔn)電路參數(shù)的測量示意如圖1所示。

圖1

　　測量步驟如下：

　　（1）將被測天線安裝在符合測量條件的自由空間或模擬自由空間；

　　（2）按測量系統(tǒng)要求進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)；

　　（3）將測量系統(tǒng)與被測天線的校準(zhǔn)端口和第i個饋電端口相連接，被測天線的其余端口一律接匹配負(fù)載，在工作頻率范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸系數(shù)S（i，CAL）的測量；

　?。?）重復(fù)步驟（3），測試所有端口的S（i，CAL）值。

　　測出校準(zhǔn)端口CAL至多個輻射端口i的傳輸系數(shù)S（i，CAL）后，對所有測試的S（i，CAL）值分別求模和求相角，將所有模曲線和相角曲線分別畫在兩張圖中，比較并分別求出最大的模（即幅度）偏差和相位偏差。

　　其次，是各單元端口有源輸入回波損耗。

　　有源輸入回波損耗區(qū)別于普通的回波損耗的地方在于它是在各個單元端口均有輸入信號，且是形成不同方向波束的情況下的回波損耗，因此將它叫作有源輸入回波損耗，測量示意如圖2所示。

圖2

　　有源輸入回波損耗間接測量步驟如下：

　?。?）將被測天線安裝在符合測量條件 的自由空間或模擬自由空間；

　?。?）按測量系統(tǒng)要求進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)；

　?。?）將測量系統(tǒng)與被測天線的第i個饋電端口相連接，被測天線的其余端口一律接匹配負(fù)載，在工作頻率范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)反射系數(shù)Sii的測量，測量的Sii讀數(shù)就是第i個饋電端口的自反射系數(shù)；

　?。?）將測量系統(tǒng)與被測天線的第i個和第j個饋電端口相連接，被測天線的其余端口一律接匹配負(fù)載，在工作頻率范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸系數(shù)Sij的測量，測試的Sij讀數(shù)就是第j個饋電端口到i個饋電端口的傳輸系數(shù)；

　　（5）重復(fù)（3）、（4）步驟，測量所有端口的Sii和Sij的值；

　　（6）根據(jù)矩陣公式：［b］=［S］［a］，可以求出任意幅/相激勵ai對應(yīng)的反射信號bi，從而求出第i個輻射端口的復(fù)反射系數(shù)Γi=bi/ai，根據(jù)復(fù)反射系數(shù)可以求出第i個饋電端口相應(yīng)的有源輸入回波損耗為20lg（Γi）；

　?。?）求所有輻射端口有源回波損耗的最大值；

　　（8）重復(fù)步驟（6）給出掃描角為0°、±30°、±45°、±55°的幅/相激勵ai，求相應(yīng)的有源回波損耗，重復(fù)步驟（7），求所有有源回波損耗的最大值。