第三,智能天線比其他天線增加了單元波束、廣播波束和業(yè)務(wù)波束的概念。
單元波束是指智能天線陣列中任意饋電端口在其他所有端口都接匹配負載時發(fā)射或接收到的輻射方向圖。對于智能天線來說,單元波束的指標要求與普通天線的要求區(qū)別不大,因此在此不進行重點介紹。
廣播波束是指對智能天線陣列施加特定的幅度和相位激勵所形成的全向覆蓋或扇區(qū)覆蓋的輻射方向圖。
對于定向智能天線,廣播波束可以分為30°、65°、90°和100°,分別對應(yīng)于不同扇區(qū)的覆蓋要求。對于全向智能天線,廣播波束應(yīng)為360°覆蓋,因此對其圓度提出了相應(yīng)的要求。
不同的天線廠商,由于工藝和設(shè)計方式不同,廣播波束的幅相加權(quán)系數(shù)也有所區(qū)別,因此要求天線廠商提供不同廣播波束相應(yīng)的幅相加權(quán)系數(shù)。
業(yè)務(wù)波束是指對智能天線陣列施加特定的幅度和相位激勵所形成的在工作角域內(nèi)具有任意波束指向掃描以及具有高增益窄波束的方向圖。
定向智能天線的第一種波束是指波束為天線端口輸入等幅同相信號得到的波束;另一種為各列單元的激勵幅度均勻且激勵相位呈線性遞增(差分相位規(guī)定為,其中:為工作頻段的中心頻點的波長、d為相鄰列的水平方向間距、=60°)時所得到的增益。
對于全向智能天線的第一種波束,按照以下公式:
其中,i=1,2,……N,N=8(對于8列陣)。
計算出相應(yīng)天線端口的幅度和相位,然后進行激勵即可得到第一種波束,其中為每個工作頻段的中心頻點。
以增益測量為例,單元波束、業(yè)務(wù)波束和廣播波束的測試均可以采用圖3所示的測試框圖。
測試條件如下。
?。?)被測天線與源天線具有相同的極化方式。
?。?)被測天線和源天線之間測量距離應(yīng)滿足
式中:L——源天線與被測天線距離(m);
D——被測天線最大尺寸(m);
d——源天線最大輻射尺寸(m);
——測試頻率波長(m)。
?。?)被測天線應(yīng)安裝于場強基本均勻的區(qū)域內(nèi),場強應(yīng)預(yù)先用一個半波偶極天線在被測天線的有效天線體積內(nèi)進行檢測,如果電場變化超過1.5 dB,則認為試驗場是不可用的;此外,增益基準天線在兩個正交極化面上測得的場強差值應(yīng)小于1 dB。
(4)測量用信號發(fā)生器、接收機等測量設(shè)備和儀表應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性、可靠性、動態(tài)范圍和測量精度,以保證測量數(shù)據(jù)的正確性。測量用儀表應(yīng)有計量合格證,并在校驗周期內(nèi)。
測量開始前,應(yīng)準備好與測量參數(shù)相對應(yīng)的天線陣列幅相加權(quán)饋電網(wǎng)絡(luò),在對其幅相加權(quán)值確認的同時,要在非被測網(wǎng)絡(luò)單元端接匹配負載的情況下,分別測量出總的饋電輸入端口到各陣列單元輸入端口傳輸系數(shù)的模|Si,j|(dB),并利用公式:
?。ㄆ渲蠳為陣列單元饋電端口數(shù)),求出與測量參數(shù)對應(yīng)的天線陣列加權(quán)饋電網(wǎng)絡(luò)的插入損耗Ln。
開始測量時,必須將被測天線和增益基準天線交替做水平和俯仰調(diào)整,以確保每一天線在水平和俯仰上的最佳指向,使其接收的功率電平為最大。
測量步驟如下
?。?)增益基準天線與源天線對準,通過轉(zhuǎn)接,使增益基準天線與接收機相連接,此時接收機接收功率電平為P1(dBm)。
?。?)被測天線通過帶有相應(yīng)饋電端口所需加權(quán)值的饋電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接,使被測天線與接收機相連,然后通過測量調(diào)整使它與源天線對準,此時,接收機接收功率電平為P2(dBm)。
?。?)重復(fù)步驟(1)和(2),直至P1和P2測量的重復(fù)性達到可以接受的程度。
(4)被測天線某頻率點的增益G按下式汁算:
G=G0+(P2-P1)+N式中:
G0——基準天線的增益(dBi);
N——計入了對應(yīng)天線陣列加權(quán)饋電網(wǎng)絡(luò)插入損耗Ln后的接收機輸入端分別到被測天線和增益基準天線輸出端通路衰耗的修正值(dB)。
?。?) 在同一個工作頻帶內(nèi),測量高、中、低三個頻率點,并計算分貝平均值。
(6)根據(jù)電性能要求中的不同增益定義,設(shè)置陣列饋電網(wǎng)絡(luò)各輸出端口的幅相加權(quán)值,先測出饋電網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的插入損耗,然后重復(fù)步驟(4)和(5),分別進行相應(yīng)增益測試。
性能判據(jù)為
對于每個工作頻段都進行高、中、低三個頻點增益的測試,平均值應(yīng)滿足增益指標的要求,而且高、中、低三個頻點增益的最差值不能小于增益指標1.0,否則,判定不合格。
方向圖圓度(全向天線)、半功率波束寬度、前后比、交叉極化比和天線電下傾角的測量方法同理也可以參考增益的測試框圖和測試步驟進行,在此就不詳細介紹了。
4、小結(jié)
智能天線測試的復(fù)雜度比普通天線要復(fù)雜得多,只有做好了以上的測試,才能對智能天線的性能進行全面的考核,將智能天線的優(yōu)勢發(fā)揮出來。
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