平均增益，最大增益，極化效率是怎么回事？

左右旋分量，軸比，相角是什么東西？

測(cè)試距離與精度到底是什么關(guān)系？

吞吐量和TRPTIS和測(cè)試距離，通路損耗，有什么對(duì)應(yīng)關(guān)系？

多探頭，單探頭，平面近場(chǎng)，球面近場(chǎng)和緊縮場(chǎng)應(yīng)該怎么選？

帶著這些天線研發(fā)小伙伴的疑問(wèn)，我們安排了一次技術(shù)專訪，專訪的對(duì)象是天津飛圖科技總經(jīng)理任祥順。任總從事射頻自動(dòng)化工作已超過(guò)20年，是國(guó)內(nèi)首屈一指的天線測(cè)試專家之一。以下為根據(jù)錄音整理的文字記錄。

編：那好，那我們談一些別的吧，現(xiàn)在做路由器都要測(cè)試吞吐量，也要模擬測(cè)試距離，這個(gè)有什么換算關(guān)系嗎？
任：距離一倍6dB，就這么簡(jiǎn)單。

編：具體說(shuō)說(shuō)？
任：比如你現(xiàn)在測(cè)試一個(gè)吞吐量，或者測(cè)試一個(gè)EIRP，空間距離3m測(cè)了一個(gè)值，那么測(cè)試距離拉遠(yuǎn)到6m會(huì)測(cè)到另一個(gè)值，這兩個(gè)值的強(qiáng)度差會(huì)有6dB。到12m會(huì)再加上6dB。換算回吞吐量就是每加6dB衰減，模擬測(cè)試距離加倍。EIRP測(cè)試就是測(cè)試距離加倍，空中損耗加大6dB，從頻譜儀看到的會(huì)小6dB補(bǔ)償回去EIRP不變。這只是理論上啊，實(shí)際上還要受到周圍環(huán)境影響，外太空里面是這個(gè)樣子的。

編：距離一倍不是3dB嗎？怎么是6dB呢？
任：去上網(wǎng)查一下弗里斯傳輸公式就行啦。具體到距離和強(qiáng)度的關(guān)系可以這么想啊，有一個(gè)水庫(kù)往外放魚，射線狀的放魚，你用一個(gè)網(wǎng)去撈魚，撈到不少，那么你現(xiàn)在加倍距離，就需要四倍大小的網(wǎng)去撈魚才能撈的一樣多對(duì)吧。這個(gè)四倍的大小就是6dB。這個(gè)和那個(gè)球面積分，還有閉合球形空間積分一樣道理。

編：那吞吐量和TRPTIS有什么關(guān)系？
任：有一定的關(guān)系，我也不是WiFi開發(fā)的專家，我只是知道什么說(shuō)什么啊，吞吐量這個(gè)東西，如果不斷地加衰減可以看到從0衰減一直加到一定程度才會(huì)有下降的趨勢(shì)，然后直到完全斷掉，相當(dāng)于放到很遠(yuǎn)處聯(lián)系不到了。在距離近的時(shí)候是感受不到的，以前試過(guò)把路由器天線拔掉靠近了也能連上WiFi，很神奇，我也不明白從哪發(fā)射出來(lái)的。搞好TRPTIS對(duì)有一定距離的條件下的通訊有幫助的。其實(shí)很多通訊系統(tǒng)都是這樣，天線研發(fā)的好壞主要在信號(hào)差的時(shí)候才能看出來(lái)，叫什么來(lái)著，困難時(shí)刻顯身手啊。以前華強(qiáng)北的老板把手機(jī)放進(jìn)保險(xiǎn)柜能打通電話就行，簡(jiǎn)單粗暴但是很有效的。

編：我們談了這么多天線的參數(shù)，那么想選擇測(cè)試場(chǎng)地該怎么選呢？
任：這個(gè)要看我們的測(cè)試需求是什么，魚與熊掌不能兼得，都是要看投入產(chǎn)出比的，比如搞有源測(cè)試的，弄多探頭可以測(cè)試很快，就弄這個(gè)。比如搞小天線研發(fā)，做什么膠棒天線，導(dǎo)航天線什么的，弄個(gè)單探頭測(cè)測(cè)就挺好，如果是做大的天線的，那就得考慮大的暗室，或者耗時(shí)的近場(chǎng)測(cè)試，或者干脆樓頂搞一個(gè)。如果是開發(fā)汽車天線的，就得考慮是弄個(gè)開車進(jìn)去的，還是室外臨時(shí)場(chǎng)地近場(chǎng)測(cè)試，這只是針對(duì)常用的民品天線的開發(fā)場(chǎng)地選擇，如果頻率擴(kuò)展到C波段以上，就是8G以上的頻率的話，毫米波通訊，軍品和汽車?yán)走_(dá)等就又是五花八門了，因?yàn)槟莻€(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試距離公式的存在，對(duì)這種波長(zhǎng)短的頻段的測(cè)試，往往達(dá)不到理想的測(cè)試距離，就要求用其他的技術(shù)手段適應(yīng)新的要求了。

編：哪些技術(shù)手段呢？我沒(méi)接觸過(guò)這些。
任：比如平面近場(chǎng)，球面近場(chǎng)，緊縮場(chǎng)，PWC，透鏡場(chǎng)什么的。

編：有什么區(qū)別嗎？
任：近場(chǎng)就是占用場(chǎng)地小，靜區(qū)好，可以室內(nèi)測(cè)試。但是時(shí)間太長(zhǎng)了，很多時(shí)候我們只關(guān)心幾個(gè)特殊切面的信息比如水平切面的增益，增益指向角，波束寬度，副瓣什么的。但是為了得到這幾個(gè)切面的信息就需要測(cè)量整個(gè)平面或者整個(gè)球面的數(shù)據(jù)。比如基站天線測(cè)試就關(guān)心水平切面和垂直切面，放到多探頭近場(chǎng)里必須得測(cè)試3D數(shù)據(jù)，但是遠(yuǎn)場(chǎng)只需要轉(zhuǎn)兩圈就行了。導(dǎo)致最終測(cè)試時(shí)間相差無(wú)幾。

編：那另外幾個(gè)是什么？
任：緊縮場(chǎng)就是用反射面將球面波轉(zhuǎn)換成近似平面波，PWC就是用類似相控陣的方法用大面積的輻射單元發(fā)射平面波，透鏡類似望遠(yuǎn)鏡那種也是可以將球面波轉(zhuǎn)換為平面波。

編：透鏡是什么東西？
任：龍伯透鏡聽說(shuō)過(guò)吧？就是類似這種東西，我們也做過(guò)相關(guān)的研究，可能是我們的材料的原因，不同頻率的相位中心不一樣，我們又搞不出對(duì)應(yīng)的根據(jù)頻率前后移動(dòng)的饋源后來(lái)這個(gè)預(yù)研就失敗了，其實(shí)這玩意還是挺好用的，省錢啊而且測(cè)試速度很快，但是就是因?yàn)檫@個(gè)相位中心問(wèn)題導(dǎo)致沒(méi)法掃頻測(cè)試，等有空了繼續(xù)搞吧。

編：PWC呢？
任：平面波轉(zhuǎn)換，這個(gè)東西問(wèn)題就是頻帶做寬不容易，配相不容易，如果每一個(gè)單元都搞移相器那成本受不了，到現(xiàn)在只見過(guò)RS推過(guò)一種，其他公司沒(méi)見到過(guò)，我也很少參加展會(huì)，不知道最新的技術(shù)到什么地步了。

編：配相是什么？
任：配相很重要的啊，對(duì)于所有相控陣天線研發(fā)都需要的，簡(jiǎn)單說(shuō)就是要讓相控陣的所有陣元的輻射特性都一模一樣，有用遠(yuǎn)場(chǎng)配的，有用平面近場(chǎng)直接配的，還有測(cè)完近場(chǎng)反演口徑場(chǎng)配的，各村都有各村的高招啊。

編：配的是相位嗎？
任：幅度和相位，就相當(dāng)于是陣列天線的陣元校準(zhǔn)，比如我們一般用平面近場(chǎng)探頭對(duì)準(zhǔn)每一個(gè)陣元，然后控制相控陣天線打開這個(gè)陣元的發(fā)射或者接收，去用網(wǎng)分測(cè)試幅度和相位，弄完一張表輸回天線就行，有的還需要再來(lái)一遍看看是否校準(zhǔn)后對(duì)不對(duì)。把這個(gè)搞定了后，相控陣的其他的控制就是純軟件問(wèn)題了。要不然有可能都是亂的。

編：那就是所有的陣列天線都得校準(zhǔn)是嗎？
任：那可不一定。比如汽車?yán)走_(dá)的天線，基本都是出了芯片后直接進(jìn)PCB天線了，或者毫米波那種直接進(jìn)天線模塊了，里面的微帶什么玩意的長(zhǎng)度啊阻抗啊什么的都設(shè)計(jì)好了，只要SMT沒(méi)問(wèn)題就直接干了對(duì)吧。還有那些頻掃天線看起來(lái)是陣列也不需要校準(zhǔn)，還有那種最老的軍艦上的一個(gè)平放的圓筒沒(méi)完沒(méi)了的轉(zhuǎn)圈，還有機(jī)場(chǎng)上面那種轉(zhuǎn)圈的，那個(gè)也是陣列天線，但是是機(jī)掃，都不需要配相校準(zhǔn)的。

編：那陣列天線分幾種啊？
任：這東西很多分法，從我角度看就是相掃，頻掃和機(jī)掃，有的是結(jié)合，比如最新的那個(gè)Starlink的地面站就是相掃和機(jī)掃的結(jié)合。

編：我們經(jīng)常聽到相控陣，這個(gè)機(jī)掃也能理解，頻掃是什么東西？
任：這個(gè)我見的也不多，但是確實(shí)測(cè)過(guò)。我也不知道天線背后的設(shè)計(jì)原理，反正就是設(shè)計(jì)出來(lái)后，一個(gè)無(wú)源的天線，一根棍子一樣，隨著頻率的變化，主瓣的指向也在變化，比如啊，我瞎說(shuō)一個(gè)頻率，X波段的，10-11G，10G這個(gè)頻點(diǎn)水平面波束指向左邊40度，到了10.5G就是指向0度，到了11G就變成了向右邊指40度。你看增益指向角與頻率的變化圖可以看到是一個(gè)斜線。具體有什么用處靠想象吧。

編：那這些場(chǎng)地要怎么選呢？
任：如果是高增益天線，很窄波束的，平面近場(chǎng)是首選，因?yàn)樗俣瓤梢匀淌芡瑫r(shí)精度很高。但是平面近場(chǎng)做低增益天線就不太適合。一般選擇場(chǎng)地要根據(jù)待測(cè)天線大小，測(cè)試頻率，測(cè)試要求去決定到底選用什么樣的測(cè)試場(chǎng)地。

編：那這些近場(chǎng)轉(zhuǎn)換遠(yuǎn)場(chǎng)是怎么算的呢？
任：這個(gè)有點(diǎn)復(fù)雜，像平面近場(chǎng)是截取一個(gè)平面上的有限的數(shù)據(jù)進(jìn)行平面波譜展開，還要加上探頭補(bǔ)償最后在遠(yuǎn)場(chǎng)重新FFT。如果是球面近場(chǎng)，就是采樣一個(gè)封閉球面的矢量數(shù)據(jù)展開然后去映射，什么漢開爾函數(shù)，勒讓德變換一系列亂七八糟的再合成FFT。這個(gè)網(wǎng)上很多的論文談這個(gè)什么快速算法的，有一定的微波理論基礎(chǔ)的人都能自己搞的。

編：回到我們剛才那個(gè)場(chǎng)地，緊縮場(chǎng)有什么特點(diǎn)？
任：我特別喜歡用緊縮場(chǎng)，測(cè)試速度快啊。

編：除了測(cè)試速度快呢？
任：好像也就這個(gè)，但是對(duì)我來(lái)說(shuō)，搞一個(gè)緊縮場(chǎng)的場(chǎng)地，只要通過(guò)靜區(qū)驗(yàn)收，剩下的都是遠(yuǎn)場(chǎng)那套東西，現(xiàn)成的往上一懟就能干活了。很省事。當(dāng)然緊縮場(chǎng)越往高頻越好弄。越往低頻越不好弄。我們最低的緊縮場(chǎng)只能到3G，再往低處相位很難搞了，并且尖刺也不好做，卷邊的更別想。

編：怎么驗(yàn)證這個(gè)緊縮場(chǎng)的靜區(qū)？
任：我們的做法是面對(duì)緊縮場(chǎng)搞一個(gè)掃描架，然后XYZ的三維掃描，理想的測(cè)試場(chǎng)的場(chǎng)地是這樣的，假定把暗室縱軸定義為Z，那么靜區(qū)內(nèi)應(yīng)該任意Z處的XY平面內(nèi)幅度相等相位相等。任意X處的YZ平面或者任意Y處的XZ平面幅度相等相位按頻率正弦波分布。這是理想場(chǎng)地，但是實(shí)際上饋源能做到相位中心穩(wěn)定但是幅度一定不穩(wěn)定。最終XY平面內(nèi)會(huì)有幅度的變化，我們叫幅度錐削。這個(gè)當(dāng)然越小越好。

編：您一直在說(shuō)相位，這個(gè)有什么用？
任：嗨，不瞞你說(shuō)，我上手矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀后三年才知道里面能測(cè)相位和時(shí)延，嘿嘿。

編：妥妥的黑歷史。
任：是啊，最開始就是測(cè)幅度搞增益，哪里知道還能測(cè)相位這么個(gè)玩意，不過(guò)這都是個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，領(lǐng)導(dǎo)和客戶交給我們的任務(wù)有時(shí)候是有挑戰(zhàn)性的，就需要我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程中不斷的去學(xué)習(xí)，都是從小鳥長(zhǎng)到老鳥的，如果不能持續(xù)學(xué)習(xí)那就被淘汰了。那個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)的公式實(shí)際上是八分之派的相位差反推的。至于為什么用八分之派我不知道，老先生們規(guī)定的，我沒(méi)有深究過(guò)。我們作為工程師實(shí)現(xiàn)指標(biāo)是第一位的，我不具備搞研究的深究的科學(xué)態(tài)度，所以一直混在行業(yè)內(nèi)做產(chǎn)品，沒(méi)法有論文發(fā)表。

編：好的，謝謝任總的分享，今天占用太多時(shí)間，非常感謝。
任：哪里，跟您交流也很開心，也很感謝有這個(gè)機(jī)會(huì)分享。謝謝。

編輯：黃飛

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