浅谈TD-SCDMA智能天线基本原理和测试方法

重点探讨一下智能天线的电路参数测试项目和测试方法。一个8单元单极化智能天线阵的电路参数测试包括：

　　（1）相邻端口的隔离度，即S12、S23、S34、S45、…S78的特性(不包括校准口)；

　　（2）校准口到各天线单元的幅相一致性，即S01、S02、…、S07、S08的幅度相位特性（Mag|S01|、|Mag|S02|、Mag|S03|、Mag|S04|、Mag|S05|、Mag|S06|、Mag|S07|、Mag|S08|；Pha|S01|、Pha|S02|、Pha|S03|、Pha|S04|、Pha|S05|、Pha|S06|、Pha|S07|、Pha|S08|）；

　　（3）各天线端口的无源反射系数（或无源回波损耗），即S00、S11、S22、…、S33、S88的特性；

　　（4）各天线端口的有源反射系数（或有源回波损耗），考虑单元之间的互耦和各单元的幅相激励问题。

　　根据下面的S参数激励矩阵模型

　　（2.1）

　　可以推出各端口的有源反射系数为

　　（2.2）

　　进行波束扫描的时候，对源进行相位加权。测试的典型值给出一组：

　　（2.3）

　　一般的天线测试可以使用2端口矢量网络分析仪。而智能天线有8个天线端口和一个校准端口，且其测试项目和测试复杂度比普通天线要高很多，因此一般的2端口或4端口矢网很难满足其测试要求。但是为了确保智能天线的性能，上面提到的测试项往往是天线研发和生产时必测的项目，因此我们需要寻求一种快速、全面的测量解决方案。

　　罗德与施瓦茨(R&S)的ZVT是业界唯一的8端口矢量网络分析仪。它内置4个独立的源，16个独立接收通道，有着极快的测量速度，因此是针对智能天线和相控阵天线测试的最佳选择（见图5）。它可以一次完成一个S88全矩阵测试，这对2端口和4端口矢网是不可能实现的。

图5用R&S的8端口矢网ZVT测试智能天线

　　（2.4）

　　针对第1、2项测试，R&SZVT可一次性完成。

　　针对第3项测试（共需要9个端口），R&SZVT只需要两步就可完成（如图6和图7所示），同时结合TraceMath（轨迹计算，对多个轨迹进行任意的计算，以扩展测量功能）功能，可以实时的计算并显示各通道幅度/相位一致性（如图8所示）。

图6R&SZVT针对智能天线幅度相位一致性的测试（第1步）

图7R&SZVT针对智能天线幅度相位一致性的测试（第2步）

图8典型的幅度一致性测试结果（校准口到各天线端口）

 　　针对第4项测试，借助结合R&SZVT的强大的TraceMath功能，可以将公式（2.3）中的θ编入ZVT的公式编辑器中，结合R&SZVT测量的全矩阵（2.4），可以实时地显示各端口的有源反射系数，典型的测量结果如图9，图10所示：

图9智能天线端口1的有源反射系数（k*d*sinθ=π/3条件下）

　　其中：k=2*π/λ,d=相邻天线单元的间隔（此两项为常量）；

　　θ为智能天线合成波束的扫描角（此项为变量）

图10智能天线端口1的有源反射系数（k*d*sinθ=π/5条件下）

　　其中：k=2*π/λ,d=相邻天线单元的间隔（此两项为常量）；θ为智能天线合成波束的扫描角（此项为变量）。

　　由图9，图10可知，利用ZVT的8端口和强大的TraceMath功能，可以实时的显示任意扫描角下的各端口有源反射系数，为智能天线系统的研发和生产测试提供了极大的便利。

　　4结束语

　　智能天线比普通天线复杂得多，对智能天线系统的性能评估也比较复杂。在研发和生产阶段必须对智能天线进行全面测试，这样才能对其性能进行全面的考核，将智能天线的优势发挥出来。使用一般的2端口或4端口矢网很难全面、快速地测试智能天线。而R&S的ZVT独具8个端口，并有强大的TraceMath功能，因此能满足智能天线的测试需求，能帮助天线厂家对其智能天线进行快速、全面的测试。

　　附：相关名词解释

　　极化：是指电场在空间的运动轨迹。当电场的运动轨迹为一条直线，称为线极化；当运动轨迹为一个圆（或椭圆）时，称为圆（或椭圆）极化。线极化又分为垂直极化（即极化方向与地面垂直）和水平极化；圆极化又分为左旋圆极化和右旋圆极化（采用右手法则）。

　　天线增益：是指天线在空间某点的辐射功率相对于理想的点源（无方向性天线，实际上不存在）在该点的辐射功率之比。

　　有源反射系数：对一个多口天线（或微波器件）而言，其他若干个相关端口有激励的条件下某个端口的反射系数。