在智能天線測試方面的探究

　　1、引言

　　智能天線技術的研究起始于20世紀60年代，最初的研究對象是雷達天線陣，主要目的是提高雷達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、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)字技術在基帶形成天線波束成為可能。到了20世紀90年代，陣列處理技術引入移動通信領域，很快形成了一個新的研究熱點——智能天線。其中，我國在享有獨立自主知識產權的TD-SCDMA技術中，就已經(jīng)成功地引進了智能天線技術。從某種程度上可以說，智能天線是3G區(qū)別于2G系統(tǒng)的關鍵標志之一。

　　智能天線是利用數(shù)字信號處理技術產生空間定向波束，使天線的主波束跟蹤用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，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)通信質量、緩解無線通信業(yè)務日益發(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，都具有獨特的優(yōu)點。

　　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)的關鍵技術之一的智能天線技術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設置值、垂直面電下傾角精度、垂直面機械下傾范圍；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。

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

　?。?）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）；業(yè)務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)。

　?。?）電路參數(shù)。包括垂直面電下傾角預設置值、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。

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

　?。?）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）；業(yè)務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目進行介紹。

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

　　校準電路參數(shù)的測量示意如圖1所示。

圖1

　　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；

　　（2）按測量系統(tǒng)要求進行系統(tǒng)校準；

　?。?）將測量系統(tǒng)與被測天線的校準端口和第i個饋電端口相連接，被測天線的其余端口一律接匹配負載，在工作頻率范圍內進行傳輸系數(shù)S（i，CAL）的測量；

　?。?）重復步驟（3），測試所有端口的S（i，CAL）值。

　　測出校準端口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)要求進行系統(tǒng)校準；

　?。?）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載，在工作頻率范圍內進行復反射系數(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載，在工作頻率范圍內進行傳輸系數(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)；

　?。?）重復（3）、（4）步驟，測量所有端口的Sii和Sij的值；

　?。?）根據(jù)矩陣公式：［b］=［S］［a］，可以求出任意幅/相激勵ai對應的反射信號bi，從而求出第i個輻射端口的復反射系數(shù)Γi=bi/ai，根據(jù)復反射系數(shù)可以求出第i個饋電端口相應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；

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