微波天线及其高精度远场测试系统详解

点对多点扇形天线

微波天线的应用场景主要是指电场景，是指微波天线在搭建无线电链路的场合，其分为点对点（p2p）微波天线和点对多点(p2mp)微波天线两种。由于其 使用场合不同，微波天线的辐射特性要求也不同。例如用于替代光纤这种单点对单点传输的微波天线，它们的三维方向图要具备类似铅笔光束（Pencil beam）的特性，其二维切面方向图需具备图3或图4所示的效果。而用于多点覆盖的微波天线其特性类似常规的基站天线，目的是在大角度范围内实现信号播 报，因此p2mp的微波天线三维方向图要具备扇形（Fan beam）的特征，其二维方向图须具备图5和图6所示的效果。图7是通宇通讯设计的可以用于点对多点通讯的扇形天线。

3、高精度远场测试系统

3.1系统需求

采用传统的微波暗室测试系统来测试之前提到C4天线和Eband（80GHz）天线是比较困难的，原因是相比于传统的测试系统，他们对系统的动态范围，精确度提出了更高的要求。为了得出系统需求的一般要求，我们以以下的Eband Class-4天线为列做详细说明：

　　天线直径：φ=0.6m

　　工作频率：71GHz-86GHz

　　半功率角：0.5度

　　增益：50dBi

　　前后比：70dB

　　定义幅度可容忍量σ为最大

3.2系统设计

1)系统框图

如图8所示，是系统的框图，该系统采用信号源，频谱仪的最典型的远场测试系统的构架。发射端放置在地面，接收端和中央控制系统放置在7层楼楼顶，两端的视距（LOS）和地面形成一个夹角，这对于测试高前后比的天线是十分有利的，因为天线可以直接对向天空。

　　图8 系统框图

2)系统的硬件

如图9(a)所示，分别是发射端支架和信号源，如图9(b)所示为接收端转台，图9(c)为接收端的一些设备。

　　图9 系统硬件

3)系统的软件

和其他测试系统一样，软件的设计要求对其电机，频谱仪等设备能精确的控制， 要求测试数据的计算和最终的显示快速有效。对于当前的测试系统，有两个亮点是值得一提的，第一是所有的四个轴都支持"绝对模式"，"相对模式"和"归一化 模式"，并且可以自由和独立的控制，如图10所示；第二是为了测试具有极高前后比或者说是测试需要极高动态范围的天线，设计了一个远程频谱仪控制系统，这 个设计使频谱仪可以远程获得射频传输损耗和校正参数，如图11所示。

 

3.3测试举例

如上所述的测试系统在广东通宇通讯股份有限公司已经成功研制成功并投入使用，该系统可以有效的测试目前的ETSI Class3 天线和 未来的ETSI Class 4 天线。在测试中发现，精度可以达到前后比大于75dB和半功率角小于0.5度。 如图12(a)所示为一个在86GHz的0.3m的Class 4天线的方向图测试结果，如图12(b)所示为86GHz的0.3m的Class 3天线的方向图测试结果。

 

　　图12 测试结果

4、总结 Conclusion

综上所述，本文介绍了点对点无线通信中的无源微波天线和高精度远场测试系统，介绍这些产品的性能和分类方法，介绍了高进度远程测试系统的架构和软硬件构成，并简述了本行业的发展趋势。