时域法消除移动通信基站天线测试场地反射研究

2013-12-17安志怀王杏林李胜利

电子科技 2013年5期

安志怀，王杏林，李胜利

(1.中国电子科技集团公司电子科学研究院，北京 100041;2.中国电子科技集团公司第54研究所对抗事业部，河北石家庄 050081)

移动通信基站的天线系统测试简图如图1所示，通过转台和天线系统的转动完成天线系统的测试。为了客观反映天线系统的指标，测试中希望只有直射波能到达被测天线。实际中由于移动通信基站天线的波束较宽，测试场地面、建筑物、测试转台的反射都会产生反射信号，对天线测试产生较为严重的影响，影响了基站天线主要技术指标的测量精度［1］。

完全消除反射波并不现实，也没有必要［2］。当反射波的能量与直射波相比小于一定量值以后，可以认为反射波的影响微小，忽略不计。不同用途的天线对抑制反射波的要求不同，对于移动通信基站天线而言，反射波能量比入射波应低35 dB甚至40 dB，因此必须考虑反射波的影响［3－4］。

图1 天线测试系统的简图

论文分析了典型测试环境下反射波的产生因素，建立了计算反射波与直射波时延差的计算模型，通过实际测试验证了计算模型，结合天线指标要求给出了采用时域法消除反射波的抑制方法，测试结果表明，该方法能够有效提高基站天线测试的精度。

1 测试场地的反射波

为消除反射波对测量精度的影响，首先应分析、判断、试验、验证反射能量的大小、反射波与直射波到达被测天线的时差［5］。

基站天线测试中，发射天线与被测天线高度基本相同，所以地面反射区域基本位于发与收天线之间的中间区域。图2给出了收发天线转台附近反射波产生的示意图［6］。

图2 发收天线之间转台附近反射波示意图

被测天线MN以其中心O为轴在垂直平面内旋转，图中MN为垂直状态，B1B2为水平状态。当天线处于水平状态时，端点B2距发射天线A最远，因此时域门上限应以AB2距离进行计算，所有超过AB2距离的反射波均应被拒绝接收。当天线旋转至M1N1位置时，反射体P(x1，y1)的反射波只需到达N1点就能被天线接收，这时反射波路径为AP+PN1。

为使此反射波能被时域门所限制，则应使

根据三角关系有

L一般约为100R，代入式(2)有

式(3)即为满足时域门消除要求的反射体空间位置约束。

对于转台而言，x1=0，代入上式计算出

如果P(x1，y1)位于转台附近，假设x1=－R，代入式(4)，计算出

以此类推，x1，y1有如表1所示的对应关系。

表1 x1，y1对应关系

一般地，当x1=－nR时

式(6)是关于被测天线前方建筑物到被测旋转中心距离的最小要求。如果达不到这一要求，则应增加吸波材料对这些反射体予以覆盖以减小该反射波的影响。

下面分析当反射波与直射波时Δt间差为时，反射体距天线旋转中心的距离。假设反射体所在位置为(－R，－2R)附近，如果反射波到达了天线的端点N，应有

式中，ΔL为反射波与直射波的路程差;Δt为反射波与直射波的时差;c为光速。即

假设L=100R ，则有

由于x21+y21≪992R2，所以假设R=1 m，则有

对于O点，应有

对M点而言，应有

式(9)、式(11)和式(13)即为不同反射点的时延差要求。

通过以上分析可知，反射波与直射波的时差和反射点位置、天线长度等因素有关。在应用时域法时应给予综合考虑。

2 对测试场地周围反射情况实地验证

图3是实际测到的某一场地的反射情况，测试全向天线为路灯美化天线，测试频点为1 800 MHz，天线架设方式为垂直架设。

图3 某一测试场地的反射情况

经多次试验，移动通信基站天线测试场地距直射波最近的反射波与直射波时差约为8 ns，由上述分析可知，当天线长度2R=2 m反射波与直射波时差为8 ns时，主反射区距天线旋转中心约为3 m左若设置时间选通门为8 ns，则距离天线中心3 m远以外的反射均被时间门拒之门外。但＜3 m的反射信号将被作为直射波信号被接收影响测量精度，因此对于这些反射区域应采取其他有效措施，减弱反射信号强度。

从图3中还可以看到有几个反射较强的区域［7］。

Marker1处较强的尖峰信号为直射波信号。

Marker2处为反射信号，比直射波能量小28.3 dB，与直射波的时延差为8.1 ns。

Marker3处反射信号比直射波能量小29.6 dB，与直射波的时延差为14.2 ns。

Marker4处反射信号比直射波能量小33.3 dB，与直射波的时延差为21.8 ns。

Marker8、Marker9处反射信号比直射波能量的差值均＞40 dB。

反射能量与直射能量之差在40 dB之内的都应被时间门所限制。从图中可以看出，Marker2Marker7的反射波都应被限制，Marker8、Marker9处反射波不作考虑。Marker2距直射波最近，为8.1 ns，所以时域门上限应为8.1/2≈4 ns，换算为距离则是1.2 m以外的反射波均应被拒之门外。

图4是加8 ns时域门后的反射信号消除效果图。Morker1Morker7的反射信号均低于直射波能量53.4 dB，满足测试条件需求。