球面近場天線測量系統(tǒng)校準(zhǔn)中的一類不確定度分析

喻春

摘要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的逐漸壯大，我國加強(qiáng)無線通信系統(tǒng)的部署數(shù)量和關(guān)注力度，以使我國無線通訊技術(shù)得到完善，方面人民生活。而在無線通信系統(tǒng)中，天線作為系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，對(duì)其性能的要求較高，對(duì)天線的性能測試顯得尤為重要。在球面天線測量系統(tǒng)中校準(zhǔn)是一項(xiàng)比較重要的問題。在我國常見的校準(zhǔn)問題中，球面近場天線測量系統(tǒng)在進(jìn)行多探頭測量時(shí)，常因?yàn)樘炀€角度的偏差而導(dǎo)致不確定度。本文中以當(dāng)前最常用的近場天線測量法根據(jù)NIM所提供的數(shù)據(jù)和信息來進(jìn)行討論，并對(duì)其存在的問題尋找解決方法，并分析影響因素的處理方法，希望對(duì)我國球面近場天線的校準(zhǔn)有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：球面近場天線測量系統(tǒng)，不確定度分析，校準(zhǔn)裝置

一、校準(zhǔn)方法和不確定度的分析

根據(jù)天線球面近場掃描法來進(jìn)行對(duì)球面近場天線測量校準(zhǔn)分析，天線球面近場掃描法是我國當(dāng)前適應(yīng)范圍很廣的一種現(xiàn)代天線測量技術(shù)。由于其測量的準(zhǔn)確性和可靠性，使其這幾年來在我國得到了很好的發(fā)展。與常規(guī)的平面近場掃描的性質(zhì)不同，球面近場掃描技術(shù)所在的優(yōu)勢更多，適用于目前我國所有類型的天線，其中也包含了定向天線和全向天線等。

多探頭球面近場測量技術(shù)的出現(xiàn)，打破了我國以往近場天線測量的時(shí)間，有效的降低了測量時(shí)間，節(jié)省了較多的時(shí)間。因此球面近場天線測量技術(shù)在我國諸多方面都得到了較為廣泛的使用，尤其是在我國沿海地區(qū)。一直以來，因?yàn)槲覈且苿?dòng)通信天線產(chǎn)量占全世界最大的份額，因此我國需要進(jìn)一步的提升移動(dòng)通信天線的質(zhì)量，以占領(lǐng)高端市場。所以，準(zhǔn)確的測量是最主要的。

天線近場測量可以不受到外界環(huán)境的影響，并且相對(duì)其他測量技術(shù)來說具有更好的測試精準(zhǔn)度，保密性良好，可全天工作等一系列的優(yōu)點(diǎn)。天線近場測量的這些優(yōu)點(diǎn)，一定程度上使其在我國天線近場測量方面上站住了腳。隨著使用頻率的增加，對(duì)該技術(shù)的完善工作也越來越被重視，很大程度上避免了球面近場天線測量系統(tǒng)校準(zhǔn)中的一類不確定度的問題，對(duì)于解決這個(gè)問題來說有著很大的幫助。

近場天線測量也存在著大大小小的問題，技術(shù)的優(yōu)勢顯著但問題較多復(fù)雜，天線近場測量指的是測量探頭在天線輻射近場區(qū)域內(nèi)。因?yàn)榻鼒鰷y量所需要的測量距離較小，受到外界影響的干擾也小，精密度高、保密性強(qiáng)等。但其存在的不足之處也較多，其中因?yàn)榻鼒鎏炀€測量所存在的高精密度所造成設(shè)備造價(jià)成本高且耗時(shí)較長，是當(dāng)前近場測量所存在的較大問題，影響了近場測量的技術(shù)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用。

球面近場天線測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)問題會(huì)對(duì)國內(nèi)天線的正常工作產(chǎn)生或多或少的影響。因此，對(duì)不確定度進(jìn)行分析和探究，加以解決并避免該問題就顯得很重要了。例如我國常見的SG128球面近場天線測試系統(tǒng)的應(yīng)用，在建設(shè)期間，該系統(tǒng)的頻率覆蓋范圍在0.4GHz～6GHz之間，測試天線的應(yīng)用尺寸長達(dá)4.1米左右，其符合國內(nèi)大部分移動(dòng)通信行業(yè)的天線測試和應(yīng)用需求。

二、球面近場天線測量系統(tǒng)校準(zhǔn)中的一類不確定度分析

眾所周知，我國是天線出口大國，占全世界一半以上的巨大比例，而目前在無線通訊中天線部署的數(shù)量越來越多，使天線在無線通信中的作用更加的明顯。因此，我國對(duì)天線測量工作提出了重大的挑戰(zhàn)。如何提高測量精準(zhǔn)度、避免不確定度的因素等都是很重要的問題，傳統(tǒng)的遠(yuǎn)場測試系統(tǒng)速度相對(duì)來說很慢，難以適用當(dāng)前時(shí)代的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

球面近場-遠(yuǎn)場變換理論在不確定度評(píng)定的過程中相對(duì)復(fù)雜，很難采用偏微分的方法來明確不確定度解析式。因此，建立不確定度評(píng)定模型來幫助測量不確定度是一個(gè)不錯(cuò)的方式，基準(zhǔn)天線增益的校準(zhǔn)不確定度，由基準(zhǔn)天線的校準(zhǔn)報(bào)告提出，其中包含了被測天線和基準(zhǔn)天線架設(shè)的人為因素，其中存在的問題在一定程度上影響了不確定度的測量和分析。對(duì)于不確定度的影響主要表現(xiàn)為天線架設(shè)的一致性，測試系統(tǒng)探頭間存在的相互干擾問題，連接電纜頭的質(zhì)量和存在的松緊問題等。

球面近場天線的測量系統(tǒng)校準(zhǔn)中的不確定度的影響因素有很多種，其中存在著公式和不確度表的問題，也存在著人為的因素和技術(shù)以及系統(tǒng)中的問題，對(duì)于公式等問題處理需要更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算和運(yùn)行，相對(duì)來說。外界因素的解決就相對(duì)簡單的多，比如人為技術(shù)因素，可以通過后期的培訓(xùn)和練習(xí)準(zhǔn)確的避免該問題等。

空間角度誤差引入的不確定度分析：在對(duì)球面多探頭一致性檢測和校準(zhǔn)的過程中，為了得到更好的測量結(jié)果需要保證天線和探頭天線對(duì)準(zhǔn)，在實(shí)際操作的過程中，由于轉(zhuǎn)臺(tái)的進(jìn)步精度等問題，對(duì)準(zhǔn)誤差等各項(xiàng)系統(tǒng)及操作誤差的行為存在。天線的對(duì)準(zhǔn)方向和實(shí)際預(yù)想方向始終存在一定的誤差。

球面近場天線測量系統(tǒng)多探頭校準(zhǔn)中存在一類不確定度分量，即校準(zhǔn)所需要的天線角度偏差引起的探頭幅度相位一致性的不確定性。分析表明，在角度誤差小的時(shí)候，增益相位誤差和角度誤差存在一定的關(guān)系，頻率越高，增益和相位誤差也就更大，所以可以根據(jù)該情況建立模型，分析不確定度的特點(diǎn)和特征。

三、避免問題和外界因素的建議

在近場天線測量等問題中還存在著外界因素，導(dǎo)致不確定度等一系列問題，我國可以根據(jù)對(duì)這些問題加以解決來避免該問題的發(fā)展。

設(shè)備中存在的問題：測試系統(tǒng)中探頭間存在著互相干擾的問題，并且連接電纜頭的質(zhì)量和松緊問題都會(huì)一定程度上對(duì)測量產(chǎn)生影響。所以對(duì)該問題進(jìn)行解決，如對(duì)探頭間增加較少干擾性的裝置等較小干擾對(duì)天線測量產(chǎn)生的影響。

技術(shù)人員的操作問題和培訓(xùn)問題：我國是移動(dòng)通信大國，這一因素決定了我國在天線測量和天線質(zhì)量上一定要高。所以技術(shù)人員的問題也是當(dāng)前需要注意的，首先國家可以以企業(yè)為單位，根據(jù)技術(shù)人員的年齡和素質(zhì)進(jìn)行分類，然后針對(duì)性的培養(yǎng);培訓(xùn)的內(nèi)容為操作技術(shù)培訓(xùn)，專業(yè)素養(yǎng)培訓(xùn)等問題，以保證日后技術(shù)人員在進(jìn)行工作的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生一系列的問題，有效的避免了測量系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題。

對(duì)不確定因素和已知因素進(jìn)行總結(jié)分析：對(duì)于存在的不確定因素和已知因素的整合分析以及總結(jié)是很重要的一項(xiàng)，可以根據(jù)已知因素來避免出現(xiàn)其中的問題，對(duì)于未知因素也需要進(jìn)行分析和尋找，根據(jù)這兩種因素來幫助工作中的工作進(jìn)程，有效的避免了其中會(huì)存在的問題;有利于近場天線的測量工作，對(duì)各個(gè)地區(qū)因差異造成的影響或者其他地區(qū)存在的成功方案和失敗經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析整理，提高對(duì)影響因素的認(rèn)知，避免出現(xiàn)細(xì)小的差錯(cuò)。

四、結(jié)束語

我國是移動(dòng)通信大國，也是移動(dòng)天線出口大國，基于這些因素我國就必須對(duì)現(xiàn)有的工作進(jìn)行整合，根據(jù)優(yōu)劣勢進(jìn)行自身發(fā)展，發(fā)揮優(yōu)勢避免劣勢可以有效的提高我國天線的質(zhì)量，促進(jìn)我國出口數(shù)量等。此外，我國對(duì)天線的質(zhì)量加強(qiáng)方面也更應(yīng)該注意。高質(zhì)量的天線是競爭的資本，明確天線的質(zhì)量，對(duì)于天線的測量精準(zhǔn)度，對(duì)不確定度的準(zhǔn)確分析都有利于我國在天線高質(zhì)量方面上的發(fā)展，推動(dòng)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高人民的生活質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：重慶信息通信研究院）