【无线射频天线】-天线测试那些事（中） –专访飞图科技总经理任祥顺

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平均增益，最大增益，极化效率是怎么回事？

左右旋重量，轴比，相角是什么东西？

测试距离与精度究竟是什么关系？

吞吐量和TRPTIS和测试距离，通路损耗，有什么对应关系？

多探头，单探头，平面近场，球面近场和紧缩场应当怎么选？

带着这些天线研发小伙伴的疑问，我们支配了一次技术专访，专访的对象是天津飞图科技总经理任祥顺。任总从事射频自动化工作已超过20年，是国内首屈一指的天线测试专家之一。以下为依据录音整理的文字记录。

（接上）

编：那左右旋重量的差是轴比，两个重量的和是增益对吗？

任：对了一半，左右旋重量的差叫做圆极化交叉极化比，这个差越大说明圆极化越纯，轴比越小，轴比与左右旋重量之间的转换不是简洁的加减。但是左右旋重量的和就是增益，这个是对的，同样水平极化和垂直极化重量的和也是增益。

编：假如我做了一个天线，不是圆极化，也不是线极化的，拿出去用有很大问题吗？

任：问题不大但是不建议这样用，用圆极化在线极化场合去用，损失3dB系统增益。线极化的去在卫星通讯的圆极化场合去用，也损失3dB增益，还好。但是遇到靠近极限的场合就需要斤斤计较了，比如接收机部门是在难以提高灵敏度，放射机部门再提高放射功率杂散就超标了，这时候，压力就可能到天馈系统上了。这时候不单要看极化，还要去看相角等特性最终整个通讯系统才能完好运行。

编：什么是相角？这个词第一次听到。

任：相角是椭圆极化波的长轴与地面的夹角，取值范围是0-180度，在不纯圆极化通讯系统里面，相角是一个重要的参量。比如基站天线里面，相角固定在+/-45度。GEO卫星放电视信号那种，线极化的相角固定在0/90度。全部的系统设计，都是依据实际的应用场景，用工程语言翻译出来的。就像为什么导航天线要用圆极化，左旋右旋的搞死人，频带还特殊窄，这是由导航的应用场景打算的，你雇几个外星人过来搞系统规划也得这么搞对吧。我说咱谈点别的吧，净折腾极化了。

编：那换一个话题，怎么推断一个天线是一个定向天线？

任：这个牵扯到一个概念叫方向性系数，或者简称方向性。简洁可以理解成那个豪猪的最大的刺与平均刺长度的差。这个方向性系数无法直接测量出来，只能先测试一个完整的3D数据，计算出球面积分后的平均增益，或者叫效率，与最大的那个值去比。在dB域里就是相减，在功率域里就是除法，我们一般工程上就简洁加加减减省事了，比如一个天线效率是50%，就是-3dB，增益是3dB，那么方向性系数就是6dB了，算法很简洁。这个推断定向天线也没个标准，有的客户把超过5dB称作定向天线，有的是8，都不肯定。关键还是看方向图。

编：相位中心什么指标？该怎么去测试？

任：这玩意很重要，但是用处不广，我所知道的用处有两个方向，一个是高精度导航天线的指标测试，一个是球面近场和柱面近场的原始数据的计算补偿，都比较麻烦。都是实测出来的。客户一般能接触到的是第一种状况，其次种状况在我们的球面和柱面近场的原始数据处理中已经修正了。描述一个高精度导航天线的指标有两个，一个是相位中心稳定度，一个是相位中心偏移量。许多时候我们拿到一只导航天线后，可以在侧面看到一个贴纸，上面标记好L1和L2频点相对于天线基座的高度，这就是当时研发测试出来的相位中心高度，或者说相位中心（相对于天线基座的）偏移量。实际上，相位中心偏移量，也叫PCO是XYZ三个数字的，只是许多天线是轴对称的，都忽视掉XY的偏移量了。PCV也叫相位中心稳定度是真正推断一个天线是否是零相位天线的指标，只要把这个指标做好，做高精度导航天线才有保证，至于PCO放在哪里都不太重要，接收机软件调整就足够了。

编：这个太专业了，我说点自己感爱好的，深圳这边的终端天线测试，比如测试手机和路由器的，用的近场测试，这种方式跟远场差距有多大呢？该怎样去评估这个测试距离带来的差距呢？

任：这个别争论，属于哲学范畴。真正满意远场测试标准的只有2d^2/L，不满意这个的就叫近场，搞个专家评审这是个硬条件，满意这个测试距离的就是远场。但是终端的有源测试没有相位概念，只有幅度，所以没有方法进行矢量积分形成远场方向图，所以，这些有源终端的测试方向图测出来是什么就是什么。但是，这个很重要噢，由于有源终端更多的关怀的是TRPTIS，这个类似效率那个测试，在TRPTIS测试中，用多大的一个封闭采样积分下来结果是不变的。所以，在这些有源终端的测试中，包括5G基站天线的有源总辐射功率测试中，测试距离对TRP这个参数不敏感。但是对真正的矢量信号近场测试来说，测试距离要求与天线间隔三倍波长外越近越好。由于距离越远扫描面积越大，时间上不合适的。

编：那现在这么多球面近场多探头测试数据就不精确     了吗？

任：我可没说不精确     啊。但是我认为这个从肯定意义上是不如单探头精确     的，由于多探头的设计引入了额外的探头差异造成的测试误差。这个先天上就比单探头系统有缺陷。但是瑕不掩瑜，多探头测试系统带来的快速测试时间的巨大好处使得大家都认可这种测试方式。并且，使用球面近场多探头的客户绝大多数都是设计有源终端天线的，主要参数就是效率和TRPTIS，刚才说过，封闭采样积分结果对距离不敏感。所以虽然近，但是结果也差不多，测试速度飞速飞速，还是挺好用的。

编：那多探头技术用在无源天线上可以提高速度并保证精确     度吗？

任：当然可以提高速度，比如许多基站天线厂家都使用多探头测试场作为室内远场测试的重要补充。但是我个人观点，多探头的精确     度是不如传统远场的，虽然我们自己也有传统远场和多探头测试系统在销售，也比较过市场上类似的测试场地，从重复性和肯定精确     性两方面分析来说，重复性都很好，甚至多探头的连续测试重复性超过传统单探头，但是肯定精确     性，主要考察波束宽度，零点深度前后比等，还是单探头更胜一筹。这个要提一下，一般的平面近场测试也有单探头和多探头。大部分见到的都是单探头的，多探头的系统只见过照片没见过实物，所以用一般的单探头平面近场或者球面近场去做测试是没有多探头本身的这些问题的。

编：我以前做过产品，最终都是看TRPTIS推断好坏的，为什么还要始终谈无源天线测试？

任：由于无源天线测试是有源的基础啊，理论上有源输出功率加上天线的效率dB值就是最终的TRP值，或者有源功率加上某方向上的增益等于这个方向上的EIRP值。但是一个产品研发不得从驻波调试开头，然后效率差不离了再弄有源吗，都把这些基础给拿掉不会省时间的。

编：您觉得做有源测试难还是无源测试难？

任：我觉得都不简洁，详细一点说就是有源测试很烦，无源测试很难。有源测试是不难的，烦在特殊依靠有源测试仪器与待测机的协作上，我们当年从GSMOTA开头，CDMA，WCDMA，TDSCDMA，LTE，5G，WiFiabgnacax6E，蓝牙2345到现在BLE，又冒出NBIoT，EMTC，CAT1吞吐量这么一大堆东西，乘以每个制式的不同频段，乘以不同的仪器，比如CMW，5515C，8821等等，乘以3D、2D，传导模式，乘以1/12/24/32/64/72探头系统，乘以单极化旋转和双极化切换的使用场景。你算算工作量有多大，还要应付时不时冒出来的一些特别待测机的特别芯片测试策略，应付不同仪器版本迭代问题，应付各种冒出来的稀奇奇怪的问题，想想都头痛，我很庆幸我们这么多年能跟上行业进展没掉队，太费劲了。另外，从难度上来说，我觉得无源更难一些，由于无源测试有许多的方向图比较和判定标准，比如很简洁啊，我用增益，波束宽度，副瓣电平，第一零点这四个值一卡，不同测试系统测试场之间的差异就都消失了，这里面假如要找缘由就要去看许多因素，比如射频线缆阻抗匹配，探头补偿，转台精度回差加反馈，吸波材料布置，场地静区设计，系统动态范围，放大器线性度等等乱七八糟的，搞归零酸爽的很啊。要是碰上相控阵客户更要了亲命了，单是波位切换就要配置一大堆东西，还要弄时序掌握一堆设置，内环外环搞循环，好不简单调试通过满心高兴看着客户验收，最终客户来一句说你们这个测的还行，但是弄1000个波位怎么需要用一个半小时？我以前在NSI系统上测试只要一个小时，得，接着给人优化吧，真要测试无源测好是很难的，不比有源简洁。

编：对，以前做产品弄一