球面近場天線測量系統(tǒng)校準中的一類不確定度分析

喻春

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展的逐漸壯大，我國加強無線通信系統(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，對其性能的要求較高，對天線的性能測試顯得尤為重要。在球面天線測量系統(tǒng)中校準是一項比較重要的問題。在我國常見的校準問題中，球面近場天線測量系統(tǒng)在進行多探頭測量時，常因為天線角度的偏差而導致不確定度。本文中以當前最常用的近場天線測量法根據(jù)NIM所提供的數(shù)據(jù)和信息來進行討論，并對其存在的問題尋找解決方法，并分析影響因素的處理方法，希望對我國球面近場天線的校準有一定的幫助。

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

一、校準方法和不確定度的分析

根據(jù)天線球面近場掃描法來進行對球面近場天線測量校準分析，天線球面近場掃描法是我國當前適應范圍很廣的一種現(xiàn)代天線測量技術(shù)。由于其測量的準確性和可靠性，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間，有效的降低了測量時間，節(jié)省了較多的時間。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，因為我國是移動通信天線產(chǎn)量占全世界最大的份額，因此我國需要進一步的提升移動通信天線的質(zhì)量，以占領(lǐng)高端市場。所以，準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，并且相對其他測量技術(shù)來說具有更好的測試精準度，保密性良好，可全天工作等一系列的優(yōu)點。天線近場測量的這些優(yōu)點，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)校準中的一類不確定度的問題，對于解決這個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)。因為近場測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、保密性強等。但其存在的不足之處也較多，其中因為近場天線測量所存在的高精密度所造成設(shè)備造價成本高且耗時較長，是當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)展和實際應用。

球面近場天線測量系統(tǒng)的校準問題會對國內(nèi)天線的正常工作產(chǎn)生或多或少的影響。因此，對不確定度進行分析和探究，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，測試天線的應用尺寸長達4.1米左右，其符合國內(nèi)大部分移動通信行業(yè)的天線測試和應用需求。

二、球面近場天線測量系統(tǒng)校準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，我國對天線測量工作提出了重大的挑戰(zhàn)。如何提高測量精準度、避免不確定度的因素等都是很重要的問題，傳統(tǒng)的遠場測試系統(tǒng)速度相對來說很慢，難以適用當前時代的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

球面近場-遠場變換理論在不確定度評定的過程中相對復雜，很難采用偏微分的方法來明確不確定度解析式。因此，建立不確定度評定模型來幫助測量不確定度是一個不錯的方式，基準天線增益的校準不確定度，由基準天線的校準報告提出，其中包含了被測天線和基準天線架設(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，對于公式等問題處理需要更加嚴謹?shù)挠嬎愫瓦\行，相對來說。外界因素的解決就相對簡單的多，比如人為技術(shù)因素，可以通過后期的培訓和練習準確的避免該問題等。

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

球面近場天線測量系統(tǒng)多探頭校準中存在一類不確定度分量，即校準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，導致不確定度等一系列問題，我國可以根據(jù)對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)量和松緊問題都會一定程度上對測量產(chǎn)生影響。所以對該問題進行解決，如對探頭間增加較少干擾性的裝置等較小干擾對天線測量產(chǎn)生的影響。

技術(shù)人員的操作問題和培訓問題：我國是移動通信大國，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)進行分類，然后針對性的培養(yǎng);培訓的內(nèi)容為操作技術(shù)培訓，專業(yè)素養(yǎng)培訓等問題，以保證日后技術(shù)人員在進行工作的時候不會產(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。

對不確定因素和已知因素進行總結(jié)分析：對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，可以根據(jù)已知因素來避免出現(xiàn)其中的問題，對于未知因素也需要進行分析和尋找，根據(jù)這兩種因素來幫助工作中的工作進程，有效的避免了其中會存在的問題;有利于近場天線的測量工作，對各個地區(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)驗進行分析整理，提高對影響因素的認知，避免出現(xiàn)細小的差錯。

四、結(jié)束語

我國是移動通信大國，也是移動天線出口大國，基于這些因素我國就必須對現(xiàn)有的工作進行整合，根據(jù)優(yōu)劣勢進行自身發(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，促進我國出口數(shù)量等。此外，我國對天線的質(zhì)量加強方面也更應該注意。高質(zhì)量的天線是競爭的資本，明確天線的質(zhì)量，對于天線的測量精準度，對不確定度的準確分析都有利于我國在天線高質(zhì)量方面上的發(fā)展，推動我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，提高人民的生活質(zhì)量。

參考文獻：

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[3] 孟東林，吳釩，王維龍.NIM球面近場法天線校準裝置的測量不確定度評定[J].計量學報，2017（38）：762.

（作者單位：重慶信息通信研究院）