CN111371515A - 一种基站天线间隔离度的等效测试方法 - Google Patents

一种基站天线间隔离度的等效测试方法 Download PDF

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张新辉
赵华鹏
胡俊
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Abstract

本发明公开了一种基站天线间隔离度的等效测试方法，属于移动通信和电磁兼容测试技术领域。本发明所述方法基于弗里斯传输公式，通过将两个基站天线之间的实际安装距离缩小一定的倍数，可以测量缩小距离之后的两个天线之间的隔离度去得到原来距离下的两个天线之间的隔离度。本发明所述方法实际操作方便简单，误差小，可以在较小的空间内完成测试，节省了基站天线之间隔离度的测试的人力及物力成本。

Description

一种基站天线间隔离度的等效测试方法
技术领域
本发明属于移动通信和电磁兼容测试技术领域，具体涉及一种基站天线间隔离度的等效测试方法。
背景技术
随着移动通信技术的发展和5G的商用，如说明书附图图1所示，越来越多的基站天线被安装在建筑物的顶部接收和发射信号，天线空间上的紧凑分布可能会造成天线间的相互干扰问题。天线的隔离度是描述两个天线之间耦合强弱的重要参数，它的值越大，表明两个天线之间的耦合越弱。
利用矢量网络分析仪可以测量两个基站天线的隔离度，然而实际中的测试可能面临着以下问题：首先，基站天线为了保证通信的覆盖范围和通信质量，一般都安装在建筑物的顶部，两个基站天线之间的距离可能会比较远，为此需要用很长的同轴线把两个基站天线连接进行测试，同轴线的损耗是和长度呈线性关系的，这将可能导致我们的测量误差过大。其次，真实的测试环境下，两个天线的周围可能分布着其它的正在工作的天线，这些天线将会产生电磁干扰进而影响我们的测试结果，此时无法保证两个天线间隔离度的测试的正确性。最后，真实的测试环境需要携带矢量网络分析仪和供电电源至建筑物的顶部，这可能会耗费大量的人力及物力成本。
微波暗室可以屏蔽外部信号的干扰。同时，微波暗室的四周都安装有吸波材料，这可以减小电磁波的多径效应。尽管微波暗室内测量天线间的隔离度忽略了基站天线实际工作环境中的多径效应，但微波暗室内的测试结果可以作为一个理想的参考值，这可以去评估和指导实际中基站天线的安装。然而，两个基站天线之间的距离可能会比较大且基站天线都固定在一个具有一定高度的支架上，若要在微波暗室内测试则需要一个空间比较大的暗室，这对我们的暗室测试环境提出了要求。
综上所述，现有的方法测量基站天线间的隔离度面临着较大的挑战。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基站天线间隔离度的等效测试方法。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：
一种基站天线间隔离度的等效测试方法，包括以下步骤：
步骤1.测量真实环境下安装的两个基站天线的水平距离L和两个基站天线的高度H1、H2，记录两个基站天线的相对安装方向；
步骤2.将待测量隔离度的两个基站天线之间的水平距离L缩小N倍，N为正整数，，待测量隔离度的两个基站天线之间的高度差ΔH＝H2-H1也缩小N倍，此时的直线距离r/N仍需要使接收天线处于发射天线的远场区，
Figure BDA0002408677970000021
步骤3.将两个基站天线安装在测试支架上,并且保证两个基站天线的相对安装方向不变；微波暗室地面上安装有一定高度的吸波材料,为减小地面反射对测试的影响，测试支架具有一定高度，一般为1米；
步骤4.用已校准矢量网络分析仪分别测量同轴线A和同轴线B的衰减，分别记为LA和LB；
步骤5.同轴线A和同轴线B分别连接两个基站天线，另一端分别接入矢量网络分析仪的两个端口，读取矢量网络分析仪的隔离度数据，记为C'；
步骤6.根据下式，真实环境下安装的两个基站天线之间的隔离度为：
C＝C′+20log(N)-LA-LB。
本发明的有益效果是：
本发明所述方法基于弗里斯传输公式，通过将两个基站天线之间的实际安装距离缩小一定的倍数，可以测量缩小距离之后的两个天线之间的隔离度去得到原来距离下的两个天线之间的隔离度。本发明所述方法实际操作方便简单，误差小，可以在较小的空间内完成测试，节省了基站天线之间隔离度的测试的人力及物力成本。本发明所述测试方法可以提供一个天线隔离度的参考值作为基站天线安装的指导。
附图说明
图1为建筑物上基站天线之间耦合路径示意图；
图2为真实环境下两个基站天线的安装示意图；
图3为本发明所述方法的测试示意图；
图4为实施例所述基站天线的结构示意图；
图5为实施例所述方法的测试示意图；
图6为改变水平距离时，FEKO计算的隔离度和实施例所述方法计算的隔离度的对比示意图；
图7为改变垂直距离时，FEKO计算的隔离度和实施例所述方法计算的隔离度的对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
工程中常用接收功率和输入功率的比值表示天线间的隔离度，表达式如下：
Figure BDA0002408677970000031
其中，PR为接收天线的接收功率，单位为mW，PT为发射天线的输入功率，单位为mW。
当接收天线处于发射天线的远场时，那么接收天线的接收功率可以由弗里斯传输公式计算得到：
Figure BDA0002408677970000032
其中，PR为接收天线的接收功率，PT为发射天线的输入功率，λ为发射天线的工作波长，r为两个天线之间的直线距离，GT为发射天线的增益，GR为接收天线的增益，α为发射天线和接收天线之间极化不匹配引起的极化损耗系数，βT为馈电网络和发射天线不匹配引起的损耗系数，βR为馈电网络和接收天线不匹配引起的损耗系数。
由天线间隔离度的定义可以得到：
Figure BDA0002408677970000033
其中，LL为一个固定的常数，LL可以表示为：
Figure BDA0002408677970000034
将发射天线和接收天线的距离缩小N倍，但仍需保证距离缩小N倍后接收天线仍处于发射天线的远场，则可以得到缩小距离后两个天线之间的隔离度如下：
C′＝20log(r)-20log(N)-LL
那么原来距离下两个天线之间的隔离度C可以由缩小N倍后两个天线之间的隔离度C′来表示：
C＝C′+20log(N)。
本实施例提供一种基站天线间隔离度的等效测试方法，两个基站天线都是贴片天线，两种贴片天线的结构示意图如图4所示，贴片天线均选用厚度为1.6mm的FR4板材，两个天线的工作频率均为5.8GHz，发射天线和接收天线架设的高度差为0，发射天线和接收天线正对放置且两个天线的几何中心对准，如图5所示，首先改变接收天线和发射天线的水平距离L从1m变化到7m，其次L固定在5m，沿着图示方向改变垂直距离D从0m到6m。包括以下步骤：
步骤1.真实环境下两个基站天线的安装示意图，测量真实环境下安装的两个基站天线的水平距离L和两个基站天线的高度H1、H2，记录两个基站天线的相对安装方向；
步骤2.本实施例所述方法的测试示意图如图3所示，将待测量隔离度的两个基站天线之间的水平距离L缩小N倍，N＝10，待测量两个基站天线之间的高度差ΔH＝H2-H1也缩小N倍，此时缩小后的直线距离r/N仍满足使接收天线处于发射天线的远场区，
Figure BDA0002408677970000041
步骤3.将两个基站天线安装在测试支架上，并且保证相对安装方向不变；微波暗室地面上安装有一定高度的吸波材料,为减小地面反射对测试的影响，测试支架具有一定高度，一般为1米；
步骤4.用已校准矢量网络分析仪分别测量同轴线A和同轴线B的衰减，分别记为LA和LB；
步骤5.同轴线A和同轴线B分别连接两个基站天线，另一端分别接入矢量网络分析仪的两个端口，读取矢量网络分析仪的隔离度数据，记为C'；
步骤6.根据下式，真实环境下安装的两个基站天线之间的隔离度为：
C＝C′+20log(N)-LA-LB。
改变测试场景下的水平距离L'从0.1m变化到0.7m。其次测试场景下的水平距离固定在0.5m，沿着图示方向改变测试场景下的垂直距离D'从0m到0.6m，通过上述方法测量上述两个方向移动的隔离度值，得到安装场景下不同距离的隔离度数值。为了验证发明的有效性，上述的安装场景下不同距离的实验过程也在商业电磁仿真软件FEKO中进行建模计算。计算结果如图6和7所示，图中本实施例所述方法计算是通过实际测量缩小10倍后的隔离度计算所得，FEKO计算是指将原距离模型建立在软件中进行理论仿真，由图6和7的计算结果可以看出来，本发明所提及的方法计算结果和FEKO理论计算结果基本吻合，最大误差不超过2dB。
综上所述，上述具体的实施例仅为一种验证发明有效性的实验，实施例中的天线可以被其他类型的基站天线所代替，在不脱离本方法思想的前提下，本发明的实施例可以被其他实施例代替，不能以本实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (3)

1.一种基站天线间隔离度的等效测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.测量真实环境下安装的两个基站天线的水平距离L和两个基站天线的高度H1、H2，记录两个基站天线的相对安装方向；
步骤2.将待测量隔离度的两个基站天线之间的水平距离L缩小N倍，N为正整数，待测量的两个基站天线之间的高度差ΔH＝H2-H1也缩小N倍，此时的直线距离r/N仍使接收天线处于发射天线的远场区，
Figure FDA0002408677960000011
步骤3.将两个基站天线安装在测试支架上，并且保证两个基站天线的相对安装方向不变；
步骤4.用已校准矢量网络分析仪分别测量同轴线A和同轴线B的衰减，分别记为LA和LB；
步骤5.同轴线A和同轴线B分别连接两个基站天线，另一端分别接入矢量网络分析仪的两个端口，读取矢量网络分析仪的隔离度数据，记为C'；
步骤6.根据下式，真实环境下安装的两个基站天线之间的隔离度为：
C＝C′+20log(N)-LA-LB。
2.根据权利要求1所述的基站天线间隔离度的等效测试方法，其特征在于，测试支架的高度为1米。
3.根据权利要求1所述的基站天线间隔离度的等效测试方法，其特征在于，N＝10。
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