移動通信基站天線測試中時域門最佳設置研究

摘 要： 針對移動通信基站天線測試系統場地反射波的干擾問題，在此提出了一種基于矢量網絡分析儀時域門設置的反射波消除方法。首先分析了不同種類的基站天線和測試時天線所處的狀態參數，然后通過分析其對時域門選擇的影響，得出了時域門設置需要滿足的條件，最后綜合權衡時域門參數的設置，將時域門設置到最佳狀態。實測數據表明，該方法能夠有效地消除測試場地反射波的影響，保證被測天線的測量準確性，仿真驗證了方法的正確性與有效性。

關鍵詞： 移動通信； 時域功能； 基站天線測試； 反射波消除

中圖分類號： TN828.6?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）14?0143?03

Optimal setting of time?domain gate in antenna testing of mobile communication base station

WANG Xinglin， AN Ning

（Detection and Certificate Authority， No. 54 Research Institute， CETC， Shijiazhuang 050081， China）

Abstract： For the reflection wave interference in a mobile communication base station antenna test system， a reflection wave elimination method based on the time?domain gate setting of vector network analyzer is proposed in this paper. The different types of base station antennas and antenna state parameters under test are analyzed. The satisfied condition needed for time?domain threshold setting is obtained by analyzing the influence of antenna type and state parameter on time?domain threshold selection. By balancing the time?domain threshold parameter setting， the time?domain threshold is set to the best state. The measured data indictes that the method can eliminate the interference of reflection wave in test site and ensures the accuracy of antenna testing. The effectiveness and correctness of the method were verified by simulation experiment.

Keywords： mobile communication； time domain function； base station Antenna test； reflection wave elimination

0 引 言

移動通信基站天線[1?3]由于波束較寬，在測試過程中容易受到場地反射的影響。為消除反射波的影響采用了矢量網絡測量系統，利用矢量網絡分析儀時域[4]功能將反射波能量拒之門外，大大提高了測量的準確性和測量精度。但由于基站天線種類多[5?7]，測試參數多，在測試過程中需要被測天線處于不同狀態，使得時間門的設置即使同一測試場地也不能一成不變，一設了之，而需要在測試不同參數，不同狀態時分別設置不同的時間門。只有這樣才能充分發揮矢量網時域功能，獲得較為理想的測試結果。所以對移動通信基站天線測試[8?9]中時域門設置進行研究是一項非常具有實際意義的工作。

本文針對時間門的設置問題，結合了移動通信基站天線的實際測試過程，進行了詳細的分析，給出了不同天線種類，不同測試環境，不同參數下時間門的選擇方法，并進行了實際的測試與驗證，在工程上能夠達到良好的效果，具有較強的工程應用價值。

1 天線測試中的多徑影響

時域門設置需要確定時域門上限與下限或者是時域門中心及門寬，以便將場地的主要反射波拒之門外[10]。

為了使時間門設置更準確，將被測天線垂直架設。調整天線朝向，分別是天線方位最大輻射方向朝向發射天線，背對發射天線，發射方向偏左90°，發射方向偏右90°。在這4個位置分別測量直射波及反射波的時域曲線。圖1～圖4是某1 800 MHz定向天線的實測曲線。

從圖1中可以看出，直射波峰值所處時刻為722.46 ns，距直射波最近的反射波與直射波的峰值時差為8.8 ns；圖2中，距直射波最近的反射波與直射波的峰值時差為5.3 ns；圖3中，直射波峰值所處時刻、距直射波最近的反射波與直射波的峰值時差與圖1吻合；圖4中，直射波峰值所處時刻與圖1吻合，距直射波最近的反射波與直射波的峰值時差約8.1 ns。將最小時差作為計算時域門上限的依據。

圖1 天線方位最大輻射方向朝向發射天線

圖2 天線方位最大輻射方向背向發射天線

圖3 天線方位最大輻射方向偏左90°

圖4 天線方位最大輻射方向偏右90°

2 最佳時域門

為了使時域門設置更有效，可以考慮使時域門上限按照最近的反射波與直射波時延差的一半左右進行設置。時域門下限設置以直射波處于門的中心為原則。

因此，此時的時域門最佳設置為時域門中心時刻722.46 ns，門寬5 ns。

時域門上下限確定后就可以進行實際測試了。但是這個時域門設置僅在測天線垂直放置并且僅在水平面方向旋轉的技術指標時適用。某些指標需要天線水平放置且在水平面上旋轉，在這種情況下仍需要使天線處于不同位置測出相應場地的反射情況。

圖5～圖8是某1 800 MHz定向天線在水平架設時場地反射的時域曲線。

圖5 天線最大輻射方向朝向發射天線（水平架設）

圖6 天線最大輻射方向背向發射天線（水平架設）

圖7 天線方位最大輻射方向偏左90°（水平架設）

圖8 天線方位最大輻射方向偏右90°（水平架設）

圖5中，直射波峰值所處時刻為722.58 ns，距直射波最近的反射波與直射波的峰值時差為6.47 ns；圖6中，距直射波最近的反射波與直射波的峰值時差為11.27 ns；圖7，圖8中，由于天線方位旋轉至與發射信號傳送方向成一條直線狀態，原直射波峰值時刻電平已不是最大電平，其兩側各有一個波峰，兩峰值之間的時延差為6 ns，經驗證，此時延差電磁波傳播距離為1.8 m，與天線長度吻合，即此兩峰值之間為天線接收的直射波。時域門上限按照最近的反射波與直射波時延差的一半進行設置。但不管怎樣，時域門寬度不應小于電磁波在天線長度方向上的傳播時間。因此，此時的時域門最佳設置為時域門中心時刻722.58 ns，門寬6 ns。對于雙極化天線還應在兩個極化下分別確定時域門上下限。對于下傾天線應在不同下傾角時分別確定時域門上下限。

3 時域門對測試性能的改善

圖9為該被測天線垂直架設時，時域門開啟后的反射信號消除效果圖。

圖9 垂直架設加5 ns時域門后的反射信號消除效果圖

圖10為被測天線（長度為1.8 m）水平架設時，時域門開啟后的反射信號消除效果圖。

實際上對于圖9的情況，將時域門寬設為6 ns也可以達到同樣的效果。所以綜合垂直與水平架設兩種情況將時域門寬設為6 ns，中心時刻設為722.50 ns可以達到同樣的測試效果。對于雙極化天線和帶下傾角的天線利用同樣方法可以找出最佳的時域門設置。

圖10 水平架設加6 ns時域門后的反射信號消除效果圖

通過上述對矢量網絡測量系統的時域門最佳設置的探討及對不同天線的實際驗證，認為時域門最佳設置必須要考慮以下2點：天線的實際尺寸。在設置時域門時，必須在測試過程中保證直射波覆蓋整個天線；距直射波最近的反射波與直射波的時差。在設置時域門時要結合以上兩個因素，綜合權衡，以保證時域門設置在最佳狀態。

4 結 語

通過對時域門最佳設置分析，可以得出同一場地，不同天線，不同參數測試時時域門的最佳設置。根據測試目的的不同以及測量精度的不同可以使時域門的設置進一步簡化，以提高測量速度，也可以通過軟件控制的方式，使時域門設置自動化。

參考文獻

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