移動(dòng)通信基站天線遠(yuǎn)場(chǎng)最小距離測(cè)量的準(zhǔn)則有哪些

　　天線方向圖遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量的收發(fā)距離在理論上需要達(dá)到無(wú)窮遠(yuǎn)，以便發(fā)射源天線在被測(cè)天線口徑上的照射是理想的平面波，也即幅度均勻、相位同相。天線專(zhuān)業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，幅度為了滿足一定的均勻性（也即錐削度）需要降低源天線的方向性或者增加測(cè)量距離；相位為了滿足一定的同相要求必需增加測(cè)量距離。遠(yuǎn)場(chǎng)的最小距離準(zhǔn)則主要是根據(jù)被測(cè)天線口徑上照射的相位差來(lái)確定，對(duì)于常規(guī)天線，普遍認(rèn)為口徑照射相位差不得大于π/8弧度，根據(jù)這一原則，可以推導(dǎo)出收發(fā)天線的最小距離準(zhǔn)則是 R≥2D 2 /λ。遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量是經(jīng)典技術(shù)，2D 2 /λ作為遠(yuǎn)場(chǎng)距離準(zhǔn)則已逾百年。1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的天線測(cè)量先驅(qū)Cutler在權(quán)威雜志Proc. of the IRE（詳見(jiàn)原文p.1469 的公式11）中對(duì)2D 2 /λ準(zhǔn)則作了詳盡推導(dǎo)；1984年，天線泰斗Hansen在IEEE AP-32雜志（詳見(jiàn)原文 p.591）中給出結(jié)論：“2D 2 /λ遠(yuǎn)場(chǎng)距離準(zhǔn)則的應(yīng)用由來(lái)已久，它在被測(cè)天線口徑上產(chǎn)生π/8的平方率相位差，對(duì)-25dB副瓣量級(jí)的方向圖測(cè)量誤差是忽略不計(jì)的，對(duì)方向性系數(shù)（增益）的測(cè)量誤差在0.1dB量級(jí)……。”今天，移動(dòng)通信基站天線的方向圖第一副瓣僅在 -13dB~-20dB量級(jí)范圍，沒(méi)有越出Hansen的-25dB副瓣量級(jí)，因此可以預(yù)計(jì)，采用2D 2 /λ作為移動(dòng)通信基站天線遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量最小距離準(zhǔn)則的條件應(yīng)該是充分的。過(guò)去的近半個(gè)世紀(jì)中，Kraus，Balanis，Stutzman和Thiele等天線泰斗們所著的多套權(quán)威天線教科書(shū)，屢次再版，始終采用 2D 2 /λ作為遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量最小距離準(zhǔn)則；另一方面，權(quán)威專(zhuān)業(yè)組織的國(guó)際IEEE天線術(shù)語(yǔ)定義標(biāo)準(zhǔn)，從1969年至今，歷經(jīng)數(shù)次修訂，始終采用2D 2 /λ作為最小距離準(zhǔn)則；同時(shí)，相應(yīng)的IEEE天線測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)的多次修訂也始終采用2D 2 /λ準(zhǔn)則。然而，1954年，Rhodes在Proc. of the IRE雜志撰文（詳見(jiàn)原文p.1408）指出：實(shí)際的源天線口徑d并非無(wú)窮小的點(diǎn)源，由此推導(dǎo)出遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量最小距離準(zhǔn)則為2（D+d） 2 /λ。觀察公式的推導(dǎo)條件不難發(fā)現(xiàn)2（D+d） 2 /λ其實(shí)是足夠充分的條件但并不必要，因此并未得到普遍采用。到了1989年，Uno & Adachi 在IEEE AP-37雜志（詳見(jiàn)原文p.707）撰文指出，通過(guò)理論分析、數(shù)值仿真以及大量的天線測(cè)量可以證明：即使是源天線口徑d增大到與被測(cè)天線口徑D一樣，遠(yuǎn)場(chǎng)距離準(zhǔn)則依然是2D 2 /λ，與d無(wú)關(guān)。此后，2D 2 /λ準(zhǔn)則在天線專(zhuān)業(yè)沿用至今。在中國(guó)，天線測(cè)量研究的起源時(shí)間介乎于Rhodes的1954年與 Uno & Adachi的1989年之間，標(biāo)志性的著作是毛教授1987年出版的《天線測(cè)量手冊(cè)》，其中第6頁(yè)公式（1.18）引用了Rhodes 1954年的2（D+d） 2 /λ準(zhǔn)則。此后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，中國(guó)相關(guān)的天線教科書(shū)和相關(guān)的天線標(biāo)準(zhǔn)制訂，主要引用《天線測(cè)量手冊(cè)》的2（D+d） 2 /λ作為最小距離準(zhǔn)則，例如，1988年的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB 9410-1988移動(dòng)通信天線通用技術(shù)規(guī)范》特別注明：當(dāng)d》0 時(shí)，需要采用2（D+d） 2 /λ；1996年的國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)《SJ20583-96 寬帶天線通用規(guī)范》和2000年的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YD/T1059-2000 移動(dòng)通信系統(tǒng)基站天線技術(shù)條件》也一律是采用2（D+d） 2 /λ 作為準(zhǔn)則；又例如，2000年的教科書(shū)《天線技術(shù)》（哈工大版）也是如此采用距離準(zhǔn)則。 2（D+d） 2 /λ準(zhǔn)則的廢除來(lái)自通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YD/T1059-2000 移動(dòng)通信系統(tǒng)基站天線技術(shù)條件》在2004年的修訂版，該二次修訂時(shí)，包含天線測(cè)量專(zhuān)業(yè)著名學(xué)者在內(nèi)的修訂版專(zhuān)家組成員一致同意，將最小距離準(zhǔn)則修訂為2（D 2+d 2 ）/λ。此后，其它相關(guān)天線標(biāo)準(zhǔn)在制訂或修訂時(shí)，例如《YD/T1710.1-2007 TD-SCDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)智能天線》在2007年的制訂，《GB/T 9410-2008移動(dòng)通信天線通用技術(shù)規(guī)范》在2008年的修訂等，都采用了2（D 2+d 2 ）/λ。顯然，2（D 2+d 2 ）/λ的數(shù)值結(jié)果介乎于2D 2 /λ和2（D+d） 2 /λ之間，緩和了兩方面的矛盾，但本身沒(méi)有理論根據(jù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)天線專(zhuān)業(yè)很關(guān)注這一問(wèn)題。在王小謨、張光義兩位院士主編的16冊(cè)大型《雷達(dá)技術(shù)叢書(shū)》巨著中，其2005年出版的第3分冊(cè)《雷達(dá)天線技術(shù)》（p.323）指出：采用2D 2 /λ才是合適的。