移动通信基站天线增益测量的不确定度评定

王兰贵 李勇 于卫东 王世琦 赵腾飞

摘要：简述了移动通信基站天线增益测量的原理和经典的测量方法———比较法。针对该测量方法、测试系统和测试环境的特点，系统地总结了移动通信基站天线增益测量过程中存在的各种误差修正项和不确定度，同时给出了各项不确定度的评定方法。分析计算得出基站天线增益测量过程中存在的各项标准不确定度、合成标准不确定度和扩展不确定度。给出了工程测试实例，验证了该天线增益测量的不确定度评定的可行性和有效性。

关键词：移动通信基站天线；增益测量；标准不确定度；合成不确定度；扩展不确定度

中图分类号：TN820文献标志码：A文章编号：1008-1739（2022）07-58-4

0引言

天线用于发射或接收电磁波是测量场强的主要设备之一，而场强又是无线电计量的主要参数之一。天线增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想点源在空间同一点处辐射强度之比，用来衡量天线辐射能量的集中程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄、副瓣越小、增益越高。对天线增益测量的不确定度分析具有一定的代表性，因此，有必要对天线增益测量不确定度进行分析和评定。

1测量原理

增益测量原理如图1所示。测试信号由矢量网络分析仪输出，经功率放大器和射频电缆连接到发射天线，经过远场测试距离被测天线或标准增益天线接收信号由射频电缆连接到矢量网络分析仪，经计算机控制进行自动化测试。

在满足远场测试条件下，对移动通信基站天线的增益通常采用经典的比较法进行测量[1-4]。

不确定度主要有2类，如下：

（1）A类不确定度

A类不确定度[5-6]评定是对在规定测量条件下测得的量值，用统计分析的方法进行的测量不确定度分量的评定。它是由一组观测得到的频率分布导出的概率密度函数得到重复测量引入的不确定度，采用A类不确定度评定。

（2）B类不确定度

B类不确定度评定是用不同于A类不确定度评定的方法对测量不确定度分量进行的评定。它是由一个假定的概率密度函数得到，此函数基于对一个事件发生的信任程度。以下7种原因引入的不确定度，采用B类不确定度评定：

①矢量网络分析仪示值误差和功率准确度引入的不确定度；

②功率放大器输出示值误差和输出功率增益稳定度引入的不确定度；

③有限测试距离引入的不确定度；

④阻抗失配引入的不确定度；

⑤极化失配引入的不确定度；

⑥发射天线与被测天线对不准引入的不确定度；

⑦标准天线增益的精确度。

3标准不确定度评定

（1）由重复测量引入的不确定度评估采用统计方法计算标准不确定度，测试频点为1 830 MHz，测量示值如表1所示。

由标准天线校准证书查得对应频率处增益，不确定度为0.09 dB。即8=0.09 dB

4合成标准不确定度的评定

5扩展不确定度的评定

对于检测实验室，取置信概率=95.45%，查正态分布的置信因子得：=2，扩展不确定度为：=·=2×0.068=0.136，转换成分贝数为0.55 dB；即增益测量的扩展不确定度为：= 0.55 dB（=2）。

6结束语

本文针对移动通信基站天线增益测量的不确定度问题，结合测量实例，对采用比较法测量基站天线增益的诸项误差来源进行了分析，给出了天线增益测量结果的不确定度评定方法，评估了增益测量的各种不确定度。分析结果表明：该不确定度评定方法严谨，考虑全面，分析详实，评估结果准确度高，具有较好的参考价值，也能对广大工程技术人员的测量工作有所帮助。

此测量方法可以推广到移动通信基站天线其他电性能参数（如半功率波束宽度、前后比和交叉极化比等）测量的不确定度评定中，具有广泛的推广价值。

参考文献

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