波束赋形在智能天线测试中的有效应用

波束赋形在智能天线测试中的有效应用

闫云涛 ,丁若梁 ,陈金龙

西安电子工程研究所，陕西 西安 710100

摘要：在移动通信技术不断发展的大环境下智能天线获得了迅速发展。结合目前的智能电线应用做分析发现其结构存在着复杂性，而且相关指标比较多，因此难以保证天线的一致性。就天线的方向测试图而言，其具有多种波束，比如单元波束、广播波束等。受到测试效率的限制，在合成波束测试的时候仅仅是测试几个典型波束，所以测试工作的全面性不够，这难以实现对智能天线的准确评价。就现阶段的分析来看，智能天线测试对其应用有着突出的价值，所以分析讨论智能天线测试的方法等有积极意义。文章对智能天线测试中的波束赋形应用进行分析，旨在指导实践。

关键词：波束赋形；智能天线；测试

智能天线测试的主要目的是了解智能天线的具体性能以及参数，从而对天线的使用进行规划和调整。基于智能天线安全、稳定使用的要求，需要对智能天线的具体情况进行掌握，而掌握相关参数或者是性能指标必须要开展测试工作。智能电线的结构复杂、相关指标也比较的多，所以测试工作的困难度是比较大的。就现阶段的智能天线测试来看，波束赋形在测试工作中的具体利用能够为实践提供参考与指导，以此深度讨论波束赋形的应用有突出现实价值。

一、智能天线概述

在移动通信不断进步的大环境下，用户数据需求不断增长，且呈现出了爆发式性特征，在这样的环境下，能够传输大量数据的天线有了用武之地，比如在视频直播、虚拟现实游戏实现的过程中都需要可以传输大量数据信息的天线[1]。大量数据传输对通信的可靠性以及延时性提出了苛刻的条件，而大数据传输又是社会发展的大趋势，所以开发能够实现通信要求的天线便成为了当下需要迫切解决的问题。

在强烈的社会需求刺激和科技创新大环境下，5G技术蓬勃发展，并在社会实践中获得了广泛的应用，其在解决通信问题方面表现出了突出价值[2]。就5G技术的具体使用来看，大规模天线阵列是其关键技术，其应用不仅可以大幅度的提升网络的容量以及用户的体验，也能够对通信行业的持续发展产生显著的影响。现阶段，社会实践中的网络应用主要利用的是4488、4448、FA/D 等多端口天线，其有天线阵列、移相器、馈电网络等组成。就天线阵列而言，其是由4列双极化天线所构成的，每两组±45°交叉极化天线构成1 列，每组由9 到11 个天线振子构成，整付天线约有80个天线振子。在使用的时候，基于具体的需要，每组振子分配指定的幅度、相位权值，4组同极化振子赋形成最终的业务波束，通过调整幅度、相位权值等方法可以将业务波束指向进行改变。

二、波束赋形的原理

要在智能天线的检测工作中有效利用波束赋形，需要对波束赋形的具体原理进行掌握。就目前的研究来看，在只有单个天线阵子存在的时候，以同极化方向从各个角度对电场的振幅进行观测可以发现，信号存在着各方向同性衰减的特征，其不存在方向的选择性。在增加了一个同极化方向的阵子，且让两个阵子处在同一位置的时候，即使两个天线所发射的信号存在着一定的差异，但是从不同的角度进行观测，两列波的相差并不会因为观测角度的变化而发生变化，这个时候的信号，其依然不具备方向的选择性[3]。不过在增加一个同极化方向阵子并让阵子之间保持一定的距离，那么两列波束之间会出现干涉的情况，即有些地方的振幅会变强，而有的地方的振幅会减弱。假设观测点距离天线阵子比较的远，那可以认为两列波束到达观测点的角度是相同的，而这个时候两列波束的相位差会随着观测角度的变化而发生变化，且总的场强会呈现出方向性。

在多端口的智能天线中，每一个业务端口都是由4列天线阵子组成的，且振子间存在约1/2 波长的距离，每列振子形成前后功率比约20dB，半功率波束宽度约100°的定向波束。通过对每列振子赋予不同的幅度、相位，使四列波束相互干涉，这样便可以形成我们所需要的业务波束和广播波束[4]。为了实现波束赋形仿真，需要对单元之间的距离进行测量。现阶段，不同的厂家所生产的智能天线，其间距存在着微小的差异，一般会在75mm 左右。因为天线已经封装，无法准确对单元间距进行测量，所以在精确测量单元波束之后波束赋形仿真会存在比较大的不确定性，这样的结果难以满足行业标准，所以该方法在实践中会受到限制。

三、智能天线测试中波束赋形的应用

通过波束赋形的方法可以对智能天线的性能等进行测试，这样可以获得更加准确的智能天线数据或者是评价指标，这对于合理规划和使用智能天线有积极意义。就波束赋形的具体使用来看，为了在实践中提高测试的效率，可以采用远场测试系统，在利用该系统测试的时候，每个单元的相位中心与转台旋转中心保持不重合的状态，单元阵列与旋转中心要确定d/2 或3d/2的距离，而这个距离会对波束宽度，副瓣位置等测试精度产生影响，因此单元波束指标不属于关键性能指标，测试时不会太关注[5]。就具体的测试工作来看，四列单元波束在同一角度、不同的旋转半径上同时接收信号，所以每单元端口接收的信号已包含收发距离造成的相位差，通过功分板以不同的幅度和相位进行叠加。本方法以仿真来代替功分板的幅度、相位叠加，因而不需要考虑单元间距。

结束语：

综上所述，智能天线测试是一项非常重要的工作，掌握智能天线测试的方法并在实践中强调方法的利用，这对于智能天线检测结果的准确度提升有积极意义。文章阐述了智能天线，并分析了波束赋形的具体原理，同时基于远场测试系统对智能天线测试中的波束赋形进行总结，最终的目的是要指导现阶段的实践工作，从而使工作的效率、质量获得显著性提升。

参考文献：

[1]孙学耕,郑新旺.LTE智能天线广播波束权值研究与应用场景探讨[J].福建技术师范学院学报,2022,40(02):141-145.

[2]刘二佳.车载智能天线的电磁兼容性测试实例[J].安全与电磁兼容,2022(01):85-88.

[3]胡洋,喻春,周进.波束赋形在智能天线测试中的应用[J].电子技术与软件工程,2022(01):36-40.

[4]王月,黄玉玲.无人机测控通信系统中智能天线技术分析[J].中国新通信,2021,23(19):7-8.

[5]杨贺,孙杰.基于软件无线电架构的智能天线幅相校准[J].电讯技术,2021,61(09):1165-1169.