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[转载]天线测试常见问题汇总和解答

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0楼发表于: 2022-11-07 00:03:39

平均增益，最大增益，极化效率是怎么回事？

左右旋分量，轴比，相角是什么东西？

测试距离与精度到底是什么关系？

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该怎么选？

带着这些天线研发小伙伴的疑问，我们安排了一次技术专访，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。以下为根据录音整理的文字记录。

编：感谢任总抽时间接受我们的专访分享技术上的经验。
任：哪里，跟大家共同探讨一起学习，有这个机会跟大家分享我也很高兴。

编：可以讲一下天线的平均增益，最大增益，极化效率，方向性还有效率都是什么关系吗？
任：类似的文章有很多，我就不重复那些定义性的说法了。这里面有一个提法要注意，就是平均增益，这是一个比较新的概念，对车联网天线和穿戴式设备的天线的评估用处比较广。

编：那什么是平均增益？
任：平均增益不是在数学上简单的取平均，而是在天线的三维或者二维辐射方向图上截取某一段或者某一块进行计算得出的增益值的平均。举个例子，比如汽车车顶的导航天线，理想的方向图是主瓣朝向天顶，如果我们设计一款天线，效率很高但是主瓣朝向地面肯定是不行的，所以早期我们引入上半球效率和下半球效率去评估，相当于把一个方向图腰斩一分为二，如果上半球增益大那自然上半球效率就高。但是后来又出现了新的要求，比如一些定位用的导航天线的最低仰角（海平面仰角）是10度或者20度，所以我们又需要评估从天顶到海平面仰角20度的这个小半球里面的所有地方的增益的平均值。另外有些地面通讯系统装在车上，我们要求方向图最好是像“柿饼子”，而不是导航天线那种“大馒头”，柿饼子方向图的好处是在地面通讯距离基站远，那么仰角就低，正好增益大，当通讯方向来自于天顶附近，增益就很低了但是不怕，因为这时候已经到基站脚下，有根铁丝都能打电话了对吧。所以对这种方向图，我们要评估海平面到仰角30度左右的平均增益。还 ..

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1楼发表于: 2022-11-07 00:04:04

天线测量的对象是天线，但是天线周围分布的电磁场随着距离天线的远近不同而呈现出不同的特征。天线场区可以分为开放区和封闭区。在封闭区天线所呈现的是电路特性，在开放区呈现的是空间场特性。

1.感应场

这个区域仅为天线处于0＜r＜λ/(2π)，λ为波长，此区域电场能量和磁场能量交替储存在天线周边，没有辐射电磁波。

2.辐射近场

此区域范围为λ/(2π)＜r＜2D^2/λ，又称菲涅尔区，式中D是天线的最大口径。场的相对角分布和场的振幅都随距离的改变而改变。在靠近天线远场辐射区时，天线方向图的主瓣与副瓣才形成，但零点电平和副瓣电平均较高

3.辐射远场

在距离天线r＞2D^2/λ，或者r＞10λ，在这个区域，场的相对角分布与距离无关，场的大小与距离成反比，方向图中的主瓣、副瓣和零点已经全部形成。

天线一般有三种测量方法，一是直接进行远场测量，二是通过近场扫描再推导出远场，三是紧缩场测量。

远场测量分为室内远场和室外远场。室外远场需要在合适的外部环境和天气下进行，同时对安全和电磁环境有较高要求。当室内的测试距离满足远场条件时，测试可以在室内进行
近场测量：就是用电特性已知的探头，按照奈奎斯特采样定理进行抽样扫描天线近区的某一平面上幅度和相位分布、然后经过快速傅里叶变换来确定天线的远场特性
紧缩场测量：借助反射镜、透射镜、PWC等技术，产生一个均匀照射在待测天线上的平面波，这样就在有限的空间中获得了天线远场的测量手段。

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2楼发表于: 2022-11-07 00:04:28

常见的手机天线测试方法
手机的射频器件中，手机天线是无源器件，手机天线作为手机上面唯一的一个“量身定做”的器件，它的特殊性和重要性必然要求其研发过程对天线性能的测试要求非常严格，这样才能确保手机的正常使用。现在就简单的介绍一下手机天线的研发过程中的几种常见的手机天线测试方法：
1、微波暗室（Anechonic chamber）

波暗室又叫无反射室、吸波暗室简称暗室。微波暗室由电磁屏蔽室、滤波与隔离、接地装置、通风波导、室内配电系统、监控系统、吸波材料等部分组成。它是以吸波材料作为衬面的屏蔽房间，它可以吸收射到六个壁上的大部分电磁能量较好的模拟空间自由条件。暗室是天线设计公司都需要建造的测试设备，因为对于手机天线的测试比较精确而且比较系统，其测试指标可以用来衡量一个手机天线的性能的好与坏。主要是天线公司使用，但其造价昂贵。

2、TEM CELL测试

用TEM CELL测试天线有源指标，因为微波暗室和天线测试系统造价比较昂贵，一般要百万以上，一般的手机设计和研发公司没有这种设备，而用TEM CELL（也较三角锥）来代替测试。和微波暗室的测试目的一样，TEM CELL也是一个模拟理想空间的天线测试环境，金属箱能够提供足够的屏蔽功能来消除外部干扰对天线的影响，而内部的吸波材料也能吸收入射波，减小反射波。TEM CELL不能对天线进行无源测试，只能对有源指标进行测试。由于空间限制，TEM CELL的吸波材料比较薄，而对于劈状吸波材料，是通过劈尖间的多次反射增加对入射波进行吸收，因此微波暗室里的吸波材料都比较厚，而TEM CELL的吸波材料都不购厚，因此对入射波的吸收都不是很充分，因此会导致测试的结果不精确。

另外，TEM CELL的高度也不够，这也是TEM CELL不能进行定量测试的一个原因。根据天线辐射的远场测试分析，对于EGSM/DCS频段的手机天线，被测手机与天线的距离至少大于1米；因此，我们可以看几乎所有的2D暗室都是远大于这个距离。而TEM CELL比这个距离小一些，所以这也是TEM CELL相对于微波暗室来讲测量不准的一个原因。

所以，TEM CELL只能对天线做定性的分析而不能做定量的分析。在实验室可以定性分析几种样机的差异，比较其性能的优劣，但不能作为准确的标准值来衡量天线的性能，只能通过与其他的“金鸡”（Golden sample ) 对比，大致来判断手机天线的性能。TEM CELL一般只找最佳方值，使测试结果对手机摆放的位置比较敏感。

另外，还有一种测试工具较屏蔽箱，有的设计公司用来对手机天线进行有源测试，这种方法很不可行。一方面由于测试距离太近，另一方面由于没有足够的吸波材料，外部干扰对天线的测试影响比较大，这样导致测试结果对位置比较敏感，稍微改变一下位置测试结果就有比较大的改变，因此这种测试方法对手机天线的性能没有多少的参考意义。

3、用耦合测试板测试天线性能

在生产过程中为了保证产品的生产品质，往往要进行天线的耦合测试。要用到的测试装置是：耦合测试夹具与综合测试仪相连，手机固定在夹具上。在生产前期根据几只样机的测试结果，给出一个合理的耦合补偿值，确定一个功率标准，然后对手机的最大功率进行测试，高于这个功率标准表示产品符合生产要求，低于这个要求说明天线与相关器件有问题。通过天线耦合测试可以发现以下问题：

（1）天线匹配电路虚焊和缺件等。

（2）天线周围电子/结构件有问题。

（3）天线没有装配好。

（4）天线本身品质有问题。

需要指出的是天线耦合测试是产品的一致性测试，并不是对产品性能进行测试。前面所提到的天线指标都是针对远场进行的测试，天线耦合测试是针对近场进行的测试，被测手机的天线与耦合夹具天线相距非常近。近场是天线本身客观存在的，一但整个手机的结构和天线确定，近场也就可以确定，因此可以根据测试结果是否在一定范围内，判断天线部分是否有问题。天线耦合测试只针对天线的最大功率进行测试，不进行其他项目的测试，即使测试了，也没有意义。

用天线耦合测试来认证天线的性能，根据不同手机的测试结果来进行性能判断，这是非常错误的。目前，我还是碰到很多国内的手机公司，是通过耦合测试来判断天线的性能，从而使得天线公司不得不通过将谐振频率调偏，来通过耦合测试的标准。

手机天线的设计来讲，天线的测试是一个非常重要的环节，没有准确的设计，天线设计的好与坏也有没有什么来衡量了，所以选择一个很好测试系统对手机天线的开发也是非常重要的。

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