【无线射频天线】-天线测试那些事（下） –专访飞图科技总经理任祥顺

----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----天线测试那些事（下）–专访飞图科技总经理任祥顺

平均增益，最大增益，极化效率是怎么回事？

左右旋重量，轴比，相角是什么东西？

测试距离与精度究竟是什么关系？

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当怎么选？

带着这些天线研发小伙伴的疑问，我们支配了一次技术专访，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。以下为依据录音整理的文字记录。

（接上）

编：那好，那我们谈一些别的吧，现在做路由器都要测试吞吐量，也要模拟测试距离，这个有什么换算关系吗？

任：距离一倍6dB，就这么简洁。

编：详细说说？

任：比如你现在测试一个吞吐量，或者测试一个EIRP，空间距离3m测了一个值，那么测试距离拉远到6m会测到另一个值，这两个值的强度差会有6dB。到12m会再加上6dB。换算回吞吐量就是每加6dB衰减，模拟测试距离加倍。EIRP测试就是测试距离加倍，空中损耗加大6dB，从频谱仪看到的会小6dB补偿回去EIRP不变。这只是理论上啊，实际上还要受到四周环境影响，外太空里面是这个样子的。

编：距离一倍不是3dB吗？怎么是6dB呢？

任：去上网查一下弗里斯传输公式就行啦。详细到距离和强度的关系可以这么想啊，有一个水库往外放鱼，射线状的放鱼，你用一个网去捞鱼，捞到不少，那么你现在加倍距离，就需要四倍大小的网去捞鱼才能捞的一样多对吧。这个四倍的大小就是6dB。这个和那个球面积分，还有闭合球形空间积分一样道理。

编：那吞吐量和TRPTIS有什么关系？

任：有肯定的关系，我也不是WiFi开发的专家，我只是知道什么说什么啊，吞吐量这个东西，假如不断地加衰减可以看到从0衰减始终加到肯定程度才会有下降的趋势，然后直到完全断掉，相当于放到很远处联系不到了。在距离近的时候是感受不到的，以前试过把路由器天线拔掉靠近了也能连上WiFi，很奇妙，我也不明白从哪放射出来的。搞好TRPTIS对有肯定距离的条件下的通讯有关心的。其实许多通讯系统都是这样，天线研发的好坏主要在信号差的时候才能看出来，叫什么来着，困难时刻显身手啊。以前华强北的老板把手机放进保险柜能打通电话就行，简洁粗暴但是很有效的。

编：我们谈了这么多天线的参数，那么想选择测试场地该怎么选呢？

任：这个要看我们的测试需求是什么，鱼与熊掌不能兼得，都是要看投入产出比的，比如搞有源测试的，弄多探头可以测试很快，就弄这个。比如搞小天线研发，做什么胶棒天线，导航天线什么的，弄个单探头测测就挺好，假如是做大的天线的，那就得考虑大的暗室，或者耗时的近场测试，或者干脆楼顶搞一个。假如是开发汽车天线的，就得考虑是弄个开车进去的，还是室外临时场地近场测试，这只是针对常用的民品天线的开发场地选择，假如频率扩展到C波段以上，就是8G以上的频率的话，毫米波通讯，品和汽车雷达等就又是五花八门了，由于那个远场测试距离公式的存在，对这种波长短的频段的测试，往往达不到抱负的测试距离，就要求用其他的技术手段适应新的要求了。

编：哪些技术手段呢？我没接触过这些。

任：比如平面近场，球面近场，紧缩场，PWC，透镜场什么的。

编：有什么区分吗？

任：近场就是占用场地小，静区好，可以室内测试。但是时间太长了，许多时候我们只关怀几个特别切面的信息比如水平切面的增益，增益指向角，波束宽度，副瓣什么的。但是为了得到这几个切面的信息就需要测量整个平面或者整个球面的数据。比如基站天线测试就关怀水平切面和垂直切面，放到多探头近场里必需得测试3D数据，但是远场只需要转两圈就行了。导致最终测试时间相差无几。

编：那另外几个是什么？

任：紧缩场就是用反射面将球面波转换成近似平面波，PWC就是用类似相控阵的方法用大面积的辐射单元放射平面波，透镜类似望远镜那种也是可以将球面波转换为平面波。

编：透镜是什么东西？

任：龙伯透镜听说过吧？就是类似这种东西，我们也做过相关的讨论，可能是我们的材料的缘由，不同频率的相位中心不一样，我们又搞不出对应的依据频率前后移动的馈源后来这个预研就失败了，其实这玩意还是挺好用的，省钱啊而且测试速度很快，但是就是由于这个相位中心问题导致没法扫频测试，等有空了连续搞吧。

编：PWC呢？

任：平面波转换，这个东西问题就是频带做宽不简单，配相不简单，假如每一个单元都搞移相器那成本受不了，到现在只见过RS推过一种，其他公司没见到过，我也很少参与展会，不知道最新的技术到什么地步了。

编：配相是什么？

任：配相很重要的啊，对于全部相控阵天线研发都需要的，简洁说就是要让相控阵的全部阵元的辐射特性都一模一样，有用远场配的，有用平面近场直接配的，还有测完近场反演口径场配的，各村都有各村的高招啊。

编：配的是相位吗？

任：幅度和相位，就相当于是阵列天线的阵元校准，比如我们一般用平面近场探头对准每一个阵元，然后掌握相控阵天线打开这个阵元的放射或者接收，去用网分测试幅度和相位，弄完一张表输回天线就行，有的还需要再来一遍看看是否校准后对不对。把这个搞定了后，相控阵的其他的掌握就是纯软件问题了。要不然有可能都是乱的。

编：那就是全部的阵列天线都得校准是吗？

任：那可不肯定。比如汽车雷达的天线，基本都是出了芯片后直接进PCB天线了，或者毫米波那种直接进天线模块了，里面的微带什么玩意的长度啊阻抗啊什么的都设计好了，只要SMT没问题就直接干了对吧。还有那些频扫天线看起来是阵列也不需要校准，还有那种最老的舰上的一个平放的圆筒没完没了的转圈，还有机场上面那种转圈的，那个也是阵列天线，但是是机扫，都不需要配相校准的。

编：那阵列天线分几种啊？

任：这东西许多分法，从我角度看就是相扫，频扫和机扫，有的是结合，比如最新的那个Starlink的地面站就是相扫和机扫的结合。

编：我们常常听到相控阵，这个机扫也能理解，频扫是什么东西？

任：这个我见的也不多，但是的确测过。我也不知道天线背后的设计原理，反正就是设计出来后，一个无源的天线，一根棍子一样，随着频率的变化，主瓣的指向也在变化，比如啊，我瞎说一个频率，X波段的，10-11G，10G这个频点水平面波束指向左边40度，到了10.5G就是指向0度，到了11G就变成了向右边指40度。你看增益指向角与频率的变化图可以看到是一个斜线。详细有什么用处靠想象吧。

编：那这些场地要怎么选呢？

任：假如是高增益天线，很窄波束的，平面近场是首选，由于速度可以忍受同时精度很高。但是平面近场做低增益天线就不太适合。一般选择场地要依据待测天线大小，测试频率，测试要求去打算究竟选用什么样的测试场地。

编：那这些近场转换远场是怎么算的呢？

任：这个有点简单，像平面近场是截取一个平面上的有限的数据进行平面波谱绽开，还要加上探头补偿最终在远场重新FFT。假如是球面近场，就是采样一个封闭球面的矢量数据绽开然后去映射，什么汉开尔函数，勒让德变换一系列乱七八糟的再合成FFT。这个网上许多的论文谈这个什么快速算法的，有肯定的微波理论基础的人都能自己搞的。

编：回到我们刚才那个场地，紧缩场有什么特点？

任：我特殊喜爱用紧缩场，测试速度快啊。

编：除了测试速度快呢？

任：似乎也就这个，但是对我来说，搞一个紧缩场的场地，只要通过静区验收，剩下的都是远场那套东西，现成的往上一怼就能干活了。很省事。当然紧缩场越往高频越好弄。越往低频越不好弄。我们最低的紧缩场只能到3G，再往低处相位很难搞了，并且尖刺也不好做，卷边的更别想。

编：怎么验证这个紧缩场的静区？

任：我们的做法是面对紧缩场搞一个扫描架，然后XYZ的三维扫描，抱负的测试场的场地是这样的，假定把暗室纵轴定义为Z，那么静区内应当任意Z处的XY平面内幅度相等相位相等。任意X处的YZ平面或者任意Y处的XZ平面幅度相等相位按频率正弦波分布。这是抱负场地，但是实际上馈源能做到相位中心稳定但是幅度肯定不稳定。最终XY平面内会有幅度的变化，我们叫幅度锥削。这个当然越小越好。

编：您始终在说相位，这个有什么用？

任：嗨，不瞒你说，我上手矢量网络分析仪后三年才知道里面能测相位和时延，嘿嘿。

编：妥妥的黑历史。

任：是啊，最开头就是测幅度搞增益，哪里知道还能测相位这么个玩意，不过这都是个学习的过程，领导和客户交给我们的任务有时候是有挑战性的，就需要我们在这个过程中不断的去学习，都是从小鸟长到老鸟的，假如