DB35∕T 1978-2021 无线局域网天线测量方法(福建省).pdf

ICS33.100CCSL06.935建省地方标准DB35/T1978一2021无线局域网天线测量方法Wi r e l e s sLANa f l t e n n am e a s u r e m e n tm e t h o d一06一21发布2021一09一21实施福建省市场监督管理局发布.9口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口DB35/T1978一2021目前言.H1范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14缩略语.25测量条件.26测量方法和步骤.3附录A（资料性）主要天线规格.6附录B（资料性）天线参数.10附录C（资料性）全电波暗室.13参考文献.16DB35/T1978一2021士一口一Rl J本文件按照GB/T1.1一2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由福建省工业和信息化厅提出并归口。本文件起草单位：福建省汇创新高电子科技有限公司、国家电子信息产品质量监督检验中心、福州大学物理与信息工程学院、厦门大学信息学院、阳光学院、福建省产品质量检验研究院、福建工贸学校、漳平市市场监督管理局、锐捷网络股份有限公司、福建省汇令工程检测有限公司、福州华亨通讯信息有限公司、福州和利源电子科技有限公司、安科讯（福建）科技有限公司、福州捷雷电子科技有限公司。本文件主要起草人：陈奋忠、林益富、袁家德、俞彬、欧义圣、赵铁松、陈炜玲、程恩、卢灯、黄赞、林意、刘杰、林秋香、田志胜、陈琼、夏芝巡、林立键、赖仲明、黄涛、吴王震、林水香、吴永森、陈剑辉。DB35/T1978一2021无线局域网天线测量方法范围本文件规定了无线局域网天线的测量条件、测量方法和步骤。本文件适用于通信系统中无线局域网基站及终端设备天线的测量，其他无线通信天线的测量方法参照执行。注：无线局域网天线的一些主要范围参见附录A。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T9410一2008移动通信天线通用技术规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。无线局域网天线w1r e1e s sLANa n t e n n a应用在无线局域网，能有效辐射或接收电磁波，将传输线与空间或其他媒介祸合起来的一种装置。注：无线局域网天线包括直到传输线端口为止的所有匹配、平衡、移相或其他祸合装置。来源：GB/Tg引；己008,3.1，有修改3.2天线增益a n t e n n ag a i:天线在某一规定方向上的辐射功卒通一景密度与参考天线在相同输入功率时最大辐射通量密度的 比注：天线增益常用符号G表示，单位d Bi。通常天线J曾了舟均指最大辐射方向的增益。来源：GB/T9410一2008,3.14，有修改3.3方向l生图r a d1a t1o np a t t e r n表征天线辐射特性（场强、功率、相位、极化等）与空间角度夭系的图形。注：通常方向性图是指天线的增益方向性图，具体方向性图的进一步解释参见附录BC3.4波瓣宽度b e a mw1d t h天线方向性图中低于主瓣峰值增益指定程度的最近的两点所形成的夹角宽度。注：业内常用波瓣宽度有两种，一种是天线方向性图中低于主瓣峰值增益3d B最近的两点所形成的夹角宽度，称为3d B波瓣宽度；另一种为天线方向性图中低于主瓣峰值增益10d B最近的两点所形成的夹角宽度，称为10d B波瓣宽度。DB35/T1978一20213.5天线极化p o1arZa t1o n描述天线辐射电磁波中电场矢量在空间指向的参量。注：由于电场与磁场有恒定关系，故一般都以电场矢量的空间指向作为天线辐射电磁波的极化方向。而空间 电磁波具有线极化、圆极化和椭圆极化三种方式，对应的天线分为线极化、圆极化和椭圆极化三种大线。以地平面作参考面，线极化大线分为水平极化大线、垂直极化天线，圆极化大线分为左旋圆极化大线、右旋圆极化大线。3.6输入阻抗1n p u t1m p e d a n c e天线输入端口处电压与电流的比值。3.7阻抗匹配i m p e d a n c em a t c h i n g天线的阻抗匹配与发射机输出阻抗形成共扼匹配的状态。注：业内天线阻抗默认匹配到50几，与馈线特性阻抗相同。3.8天线效率a n t e n n ae f f e C1e n t y天线辐射出去的功率与输入到天线的功率的比值。注：天线效率表征天线有效转换导行波为空间波的能力。3.9最小测试距离m i n i m u mt e s td i s t a n c e在未使用近远场转换情况下，为获得天线远场测试指标所需要的最小距离。注：最小测试距离常用Rm i,1来表示，业内一般认定当测试天线与待测天线之间的距离大于等于10倍测试频段对应的波长时候，可以认为符合远场测试条件，此时对应的距离认为是最小测试距离。4缩略语下列缩略语适用于本文件。VSWR：电压驻波比（V。1t a g eVt a n d i n gWa v eRa t i o)注：电压驻波比是反映传艺线工作次态的特征参量。把天线作为无损耗传输线的负载时，沿传输线产生的电压驻波上，最大值与最小值的比值。5测量条件5.1测量场地用于无线局域网天线测量的全电波暗室示意图见图1，全吼波谙室的性能指标参见附录C。DB35/T1978一2021一孺司画Th e t a角卜一一一一冰一一一一州图1全电波暗室天线测量原理图5.1.2在满足最小测试距离硫n多10入（波长）条件下，符合电磁波在自由空间中的远场传播规律。5.2测量设备5.2.1全电波暗室测量系统的测量误差应小于待测天线性能参数允许的误差。5.2.2测量用的各种仪器仪表应按有关规定计量检定合格并在有效期内。5.3测量环境除另有规定外，测量应在正常大气条件下进行，测量环境条件：环境温度：巧一35；相对湿度：45一90%;电源电压：AC220V(1士5%);电源频率：50Hz(1士5%）。6测量方法和步骤6.1增益6.1.1测试框图DB35/T1978一2021发射天线（辅助大线）矛抽则天线信号源刊络分析仪图2增益测试框图6.1.2按照图2搭好测试拓扑，其中，标准偶极子天线为发射天线，加入标称信号源功率；用标准偶极子天线为接收天线，发射天线与接收天线的测量距离满足Rm i l l多10入条件下，用网络分析仪测量接收功率几。6.1.3按照天线产品技术说明书的安装要求，在全电波暗室转台上（接收天线位置）架设好待测天线，发射天线（源天线）不变，用网络分析仪测量待测功率几。6.1.4相同输入功率，待测天线与标准天线在空间 同一位置接收的功率密度比，即为待测天线的增益，具体计算方法按照公式（1）计算。G=10 x19（几Pl)+2.15 （1 )式中：6二一表示天线增益，单位为分贝（d B);乃一一待测功率；PI一一接收功率；2巧一一标准偶极子天线相对于理想点源辐射单元的增益系数。6.2方向性图6.2.1按照天线产品技未动明书的安装要求，在全电波暗室转台上（接收天线位置）架设好待测天线，发射天线与接收天线的测一髦距离汽足Rm i l l)10入条件下，保持固定不动。6.2.2加入标称信号源功率将待测天找作为发射天线，在水平面用场强仪测量连续不同方位角上各点的场强值。6.2.3待测天线作接收天线，发射天线加八标亦信周源功率，在水平面用场强仪测量连续不同方位角上各点的场强值。6.2.46.2.5画出电场强度E随空间角坐标（夕，笋）的分布图即厂线的水平方向性图。在垂直面上测量的即为天线的垂直方向性图。6.3波瓣宽度6.36.3.2重复6.2.1、6.2.2、6.2.3、6.2.4步骤。在方向性图上，计算出低于峰值3d B处的夹角即为波瓣宽度。6.4天线极化6.46.4.26.4.3重复6.2.1、6.2.2、6.2.3步骤。选取己知的线极化天线为发射天线，对待测天线作方向性图测量。所得到的电场E空间矢量，即为天线极化参数。DB35/T1978一20216.4.4通过多角度连续正交测量，可以得到天线的交叉极化参数。6.5输入阻抗6.5.1按照天线产品技术说明书的安装要求，在全电波暗室转台上（接收天线位置）架设好待测天线，保持固定不动。6.5.2正确设置网络分析仪测量参数，对待测天线进行输入阻抗的测量。6.6电压驻波比6.6.1重复6.5.1步骤。6.6.2正确设置网络分析仪测量参数，对待测天线进行反射系数F测量。6.6.3正确设置网络分析仪测量参数，对待测天线进行驻波比（VSWR）测量，驻波比和反射系数的关系如公式（2）所示。V=(1+r)/(1一r）（2)式中：V一一电压驻波比（VSWR);F一一反射系数。6.7天线带宽6.76.7.2重复6.5.1、6.6.2步骤。在网络分析仪频谱上，满足VSWR蒸2.0的相应频率范围，即为天线的频率带宽。6.8天线效率6.86.8.2重复6.5.1步骤。正确设置网络分析仪测量参数，输出端输出天线中心频率信号到待测天线，记录网络分析仪的输出功率几（d Bm)6.8.3将发射端的标准偶极子天线作为接收天线，接收待测天线的空间 电磁波信号，输入到网络分析仪的输入端，记录输办 - -r l率乃（d Bm)待测天线的发舫与接收功率损耗为（只一）d Bm。天线效率由公式（3）推导价出456.86.8刀00l x（几一即x100（3 )式中：刀一一天线效率；月一一输入功率；月一一输出功率。DB35/T1978一2021附录A（资料l生）主要天线规格主要天线规格见表A.1。表A.1主要天线规格图片频率（MHz)波瓣宽度驻波比增益(d Bi)参考尺寸(m m)2400?2500E:30/H:360廷 2中95*130字寸5150?5850E:30/H:30毛 212中115*230潜、日5150?5850E:10/H:60毛 215450*150*40户一！一5150?5850E:30/H：只O毛 212200*120*20DB35/T1978一2021主要天线规格（续）图片表A频率（MHZ)波瓣宽度驻波比增益(d Bi)参考尺寸2400?2500蒸 26/5155*155*50&5150?5850&E:60/H:120120/H:1202400?2500蒸 27/7140*100*40&5150?5850&E60/H:75:30/H:602400?2500双之&5150?5850&E:60/H:120120/H:120蒸 26/5中145*30丰一一一门门产ngd2400?2SOC蒸 29/1 1.5200*150*25&5150?5850&E60/H:几J/H:2400?2500E:50/H:360蒸 228.5*43口DB35/T1978一2021表A频率（MHZ)主要天线规格（续）图片波瓣宽度驻波比参考尺寸(m m)2400?2500E:90/H:360毛 230*42.52400?2500E:80/H:360廷 237.5*275150?5850E:75/H:360廷 224.5*12.55150?5850E:80/H:360廷 254*53*15l卜_2400?2j OO&5150?585075/H:55/H:360毛 251*21杏砚3602400?2500E:10/H:360毛 2增益(d Bi)122.52.53/5耳嗯中19.7*354表A.1主要天线规格（续）图片频率（MHz)波瓣宽度驻波比2400?2500E:30&10/H:360毛 2&5150?58502400?2500E:20/H:360蒸 22400?2500E:20/H:360蒸 2DB35/T1978一2021增益参考尺寸(d Bi)(m m)3/5中19.7*3543.5中13*1933.5中13.5*195DB35/T1978一2021附录B（资料，l生）天线参数B.1方向图和方向性系数任何天线的辐射场都具有方向性。方向性就是在相同距离条件下，天线辐射场的值与空间方向（子午角夕、方位角笋）的关系，如图B.1所示。设天线辐射的电场强度E（几已笋），则电场强度按照公式（B.1 )计算。E(r,O，甲）=Xf(O，甲） （B.1 )式中：一一空间位置到天线几何中心的距离；夕一一子午角；势一 一方位角；子一一时变电流；E（二，夕，初一 一天线辐射的电场强度；f（夕，初一一场强方向函数。为方便比较不同天线的方向性，常采用归一化方向函数，F(O，甲）f(0，甲）爪a x(B，甲）用F沪夕初表示，计算如公式（B.2）所示。 （B.2 )式中：夕一一子午角；势一一方位角；F沪，初一一归一化方向函数，最大值为1;f（夕，初一一场强方向函数；疏二（夕，动一一方向函数最大值。甲图B.1空间方位图天线的方向性系数按照公式（B.3）计算。D一万9FZ( 0,)s i n“小念 （B .3)式中：D一一天线的方向性系数；DB35/T1978一2021F(，动一一归一化方向函数；夕一 一子午角；沪一一方位角。显然，方向性系数与天线辐射功率在空间中的分布有关，要增大天线的方向性系数，就要求主瓣要窄，且副瓣电平要小。日2天线效率由于天线存在导体损耗、介质损耗、表面波损耗等，因此天线实际辐射功率比天线输入功率小。天线效率体现了天线将输入功率转换为辐射功率的有效程度，按照公式（B.4）计算。Pr/n月、刀A一 （B.4)Pi n式中：刀、天线效率；月一一辐射到自由空间的功率；月11一 一输入天线的功率。B.3天线增益天线增益是表征将天线输入功率按特定方向辐射的能力，为在同一距离及相同输入功率条件下，天线辐射最强方向上的功率密度与无方向性天线的辐射功率密度的 比值。天线增益口也可以用方向性系数和天线效率的乘积来表示，如公式（B.5）所示。刃Ax D （B.5 )式中：召一一天线增益；刀、一一天线效率；D一 一天线的方向性系数。B.4天线极化天线极化是描述人线在某户 向上的辐射电场矢量的空间指向，即时变电场矢量端点随时间运动的轨迹。天线极化按运动轨迹的不同可以分为线极化、椭圆极化和圆极化，如图B.2所示，其中，椭圆极化和圆极化按其不同的旋转方向还可以分为万赞汲化和右旋极化。个：少个匕FI确止，二协卜Z尸竺X下以a）线极化b）椭圆极化c）圆极化图日2天线的极化椭圆极化波有两种特殊情况，一种是电场只有x分量或y分量，此时轨迹为直线，称为线极化波，如图B.2(a)；沿z轴正方向行进的平面波，其电场的x分量和y分量在Z点处合成，其电场矢量随时间变化可描绘运动轨迹，轨迹一般为椭圆形，称为椭圆极化波，如图B.2(b)；另一种是电场x分量和y分量相DB35/T1978一2021等，此时轨迹为圆形，称为圆极化波，如图B.2(C）。轴比用来表示天线的极化程度，定义为极化椭圆的长轴与短轴之比。显然，线极化波的轴比为无穷大，圆极化波的轴比为1。B.5输入阻抗天线一般通过馈线和发射机或接收机相连，天线和馈线连接处为输入端，天线输入端的阻抗值定义为天线的输入阻抗。天线作为发射机或接收机的负载，需要考虑天线和馈线间的阻抗匹配问题。若天线输入阻抗没有做好匹配的话，天线与传输线之间将因为失配造成反射损耗，导致天线实际增益下降，甚至引起发射机自激的不良后果。在实际工程应用中，一般将标准阻抗定为50贝。因此，在设计天线中，要将输入阻抗尽可能地匹配到50贝，保证在其工作频带内的驻波比尽可能小。B.6反射系数与驻波比在微波频率上，天线的阻抗不是单值，直接确定或测量阻抗值比较困难，因此通过测量反射系数或驻波比，来计算输入阻抗。假设天线的输入阻抗为孟，传输线的特性阻抗为汤，则反射系数r和输入阻抗的关系如公式（B.6）所示。r=(Z：一Z。）/(Z:+Z。） （B.6)式中：r一 一反射系数；及一一天线输入阻抗；汤一一特性阻抗。工程中常采用“回波损耗”描述参数，即反射系数对数，记作几。反射系数对数与反射系数之间的转换通过公式（B.7）来完成。RL一20 xl s l r一20 x19( z：一Z。）/（几Z。） （B.7 )式中：几一一回波损耗，单位为分贝（d B);r一 一反射系数；汤一一天线输入阻抗，汤一一特性阻抗。DB35/T1978一2021附录C（资料性）全电波暗室结构外形由屏蔽主体、吸波材料、天线、转台、控制系统及辅助设施组成，如图C.1所示。,_、一刁L州口口图C.1全电波暗室外形图C.2主要参数频率范围800MHZ一18000MHZ。多路径损耗士0.25d B以内。屏蔽效能指标参数如表C.l所示。表G.1电波暗室的屏蔽效指标参数频率14k Hz200k Hz50MHz?1GHz1GHz?10GHz18GHz一20GHz屏蔽效能)70d B)90d B)100d B)100d B妻30d BNSA65一6通讯装备的射频屏蔽室参考BSEN50147一1、GB/T12190一2006的参数。静区反射电平指标参数如表C.2所示。DB35/T1978一2021表C.2静区反射电平指标参数频率400MHz800MHz900MHz800MHz2400MHz3000MHz10000MHz反射电平蕊一30 d B蒸一35d B蒸一36 d B蒸一43d B蕊一45d B蕊一48 d B蒸一50 d BC.3吸波材料电波暗室在其静区内主要是辐射源的直达波，可以忽略暗室六面产生的反射波，从而使暗室达到模拟自由空间的目的。吸波材料的作用是降低电磁辐射源在暗室中各个面上的反射率，使各个面上的反射波功率小到在暗室静区范围内不影响试验所要求的精度。因此，吸波材料是保证电波暗室技术性能的主要材料，其电性能对暗室的静区特性起着决定性作用，物理性能也直接影响着暗室的结构和安全使用，其外观大致如图C.2所示。2聚氨酉旨吸波材料C.4屏蔽结构屏蔽结构如图C.3所示。图C学电衬二层板厚15m m)石一屏蔽钢板一MS螺栓图C.3屏蔽钢板拼接示意C.5辅助设施卤素灯照明、监控系统、接地系统。DB35/T1978一2021C.6测试系统图像处理、参数配置、设备驱动控制、报表输出，其中，测试出的天线三维方向图形态与图C.4类似，二维方向图与图C.5类似。图C.4三维天线方向图厂产一厂一入、_了_,_/,Z产一、1!f了二了-11！、1.1:！心：/一一一rr、。尹声厂/l！、i、一、一_,/图C.5二维天线方向 图DB35/T1978一2021参考文献GB/T12190一2006电磁屏蔽室屏蔽能效的测量方法BSEN50147一1暗室屏蔽衰减测量标准（An e c h o i cCh a m b e r SPa r t l:Sh i e l dAt t e n u a t i o n习习jlg曰Me a s u r e m e n t)