DB35 T 1978-2021 无线局域网天线测量方法.pdf

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1、 ICS 33.100 CCS L 06 35 福建省地方标准 DB35/T 1978 2021 无线局域网天线测量方法 Wireless LAN antenna measurement method 2021 - 06 - 21 发布 2021 - 09 - 21 实施 福建省市场监督管理局 发布 DB35/T 1978 2021 I 目次 前言 . . II 1 范围 . . 1 2 规范性引 用文件 . . 1 3 术语和定 义 . . 1 4 缩略语 . . 2 5 测量条件 . . 2 6 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

2、线参数 . 10 附录 C（资料性） 全电波暗室 . 13 参考文献 . . 16 DB35/T 19782021 II 前言 本文件按照GB/T 1.12020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

3、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/T 1978 2021 1 无线局域网天线测量方法 1 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，

4、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/T 9410 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。 3.1 无线局域网天线 wireless L AN antenna 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耦合 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、移相或其他耦合装置。 来源：GB/T 94102 008，3.1，有修改 3.2 天线增益 antenn a gain 天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与

5、参考天线在相同输入功率时最大辐射通量密度的比 值。 注： 天线增益常用符号G表示，单位dBi。通常天线增益均指最大辐射方向的增益。 来源：GB/T 94102008，3.14，有修改 3.3 方向性图 radiatio n pattern 表征天线辐射特性（场强、功率、相位、极化等）与空间角度关系的图形。 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B。 3.4 波瓣宽度 beam width 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3 dB最近的两点所形成的夹角宽度，

6、称为 3 dB波瓣宽度；另一种为天线方向性图中低于主瓣峰值增益10 dB最近的两点所形成的夹角宽度，称为10 dB波 瓣宽度。 DB35/T 1978 2021 2 3.5 天线极化 polarzation 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天线。以地平面作 参考面，线极化天线分为水平极化天线、垂直极化天线，圆极化天线分为左旋圆极化天线、 右旋圆极化天线。 3.6 输入阻抗 input impeda

7、nce 天线输入端口处电压与电流的比值。 3.7 阻抗匹配 impedanc e matching 天线的阻抗匹配与发射机输出阻抗形成共轭匹配的状态。 注： 业内天线阻抗默认匹配到50 ，与馈线特性阻抗相同。 3.8 天线效率 antenna effecienty 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 minimum tes t distance 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R min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

8、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（Voltage Vtan ding Wave Ratio） 注： 电压驻波比是反映传输线工作状态的特征参量。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 5.1.1 用于无线局域网天线测量的全电波暗室示意图见图 1，全电波暗室的性能指标参见附录 C。 DB35/T 1978 2021 3 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 R min10 （波长）条件

9、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：15 35 ； 相对湿度：45%90%； 电源电压：AC 220 V（1 5%）； 电源频率：50 Hz（1 5%）。 6 测量方法和步骤 6.1 增益 6.1.1 测试框图 DB35/T 1978 2021 4 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，

10、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 R min10 条件下，用网络分析仪测量接收 功率 P1。 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 P2。 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。 nullnull10nulllgnullnull null /null null nullnull2.15 (1) 式中： G表示天线增益，单位为分贝（dB）

11、； P2待测功率； P1接收功率； 2.15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， 发射天线与接收天线的测量距离满足 R min10 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线作为发射天线，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，发射天线加入标称信号源功率，在水平面用场强仪测量连续不同方位角 上各点的场强值。 6.2.4 画出电场强度 E 随空间角坐标（ ， ）的分布图即天线的水平方向性图。 6.

12、2.5 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 6.3.1 重复 6.2.1、6.2.2、6.2.3、6.2.4 步骤。 6.3.2 在方向性图上，计算出低于峰值 3 dB 处的夹角即为波瓣宽度。 6.4 天线极化 6.4.1 重复 6.2.1、6.2.2、6.2.3 步骤。 6.4.2 选取已知的线极化天线为发射天线，对待测天线作方向性图测量。 6.4.3 所得到的电场 E 空间矢量，即为天线极化参数。 DB35/T 1978 2021 5 6.4.4 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，

13、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。 Vnullnull1nullnull/null1nullnull (2) 式中： V 电压驻波比（VSWR）； 反射系数。 6.7 天线带宽 6.7.1 重复 6.5.1、6.6.2 步骤。 6.7.2

14、在网络分析仪频谱上，满足 VSWR2.0 的相应频率范围，即为天线的频率带宽。 6.8 天线效率 6.8.1 重复 6.5.1 步骤。 6.8.2 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 P1（dBm）。 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，记录输入功率 P2（dBm）。 6.8.4 待测天线的发射与接收功率损耗为（ P1-P2）dBm。 6.8.5 天线效率由公式（3）推导得出。 nullnull10 null.nullnullnullnull null nullnu

15、ll null null null100% (3) 式中： 天线效率； P2输入功率； P1输出功率。 DB35/T 1978 2021 6 附录A （资料性） 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 （dBi） 参考尺寸 （mm） 2 4002 500 E：30/H：360 2 3 95*130 5 1505 850 E：30/H：30 2 12 115*230 5 1505 850 E：10/H：60 2 15 450*150*40 5 1505 850 E：30/H：30 2 12 200*120*20 DB35/T

16、1978 2021 7 表A.1 主要天线规格 （续） 图片 频率（MHz） 波瓣宽度 驻波比 增益 （dBi） 参考尺寸 （mm） 2 4002 500 &5 1505 850 E：60/H：120 &E：120/H：120 2 6/5 155*155*50 2 4002 500 &5 1505 850 E：60/H：75 &E：30/H：60 2 7/7 140*100*40 2 4002 500 &5 1505 850 E：60/H：120 &E：120/H：120 2 6/5 145*30 2 4002 500 &5 1505 850 E：60/H：60 &E：30/H：30 2 9/

17、11.5 200*150*25 2 4002 500 E：50/H：360 2 2 28.5*43 DB35/T 1978 2021 8 表A.1 主要天线规格 （续） 图片 频率（MHz） 波瓣宽度 驻波比 增益 （dBi） 参考尺寸 （mm） 2 4002 500 E：90/H：360 2 1 30*42.5 2 4002 500 E：80/H：360 2 2 37.5*27 5 1505 850 E：75/H：360 2 2.5 24.5*12.5 5 1505 850 E：80/H：360 2 2.5 54*53*15 2 4002 500 &5 1505 850 E：75/H：360

18、 &E：55/H：360 2 3/5 51*21 2 4002 500 E：10/H：360 2 5 19.7*354 DB35/T 1978 2021 9 表A.1 主要天线规格 （续） 图片 频率（MHz） 波瓣宽度 驻波比 增益 （dBi） 参考尺寸 （mm） 2 4002 500 &5 1505 850 E：30&10/H：360 2 3/5 19.7*354 2 4002 500 E：20/H：360 2 3.5 13*193 2 4002 500 E：20/H：360 2 3.5 13.5*195 DB35/T 1978 2021 10 附录B （资料性） 天线参数 B.1 方向图

19、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 、 方位角 ） 的关系， 如图B.1所示。 设天线辐射的电场强度E （ r,） ， 则电场强度按照公式 （B.1） 计算。 |Enullnull,null,nullnull| null nullnullnullnull null nullnullnullnull,nullnull (B.1) 式中： r空间位置到天线几何中心的距离； 子午角； 方位角； I时变电流； E(r， ， )天线辐射的电场强度； f(， )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，用F(

20、,)表示，计算如公式（B.2）所示。 Fnullnull,nullnull null nullnullnull,nullnull null nullnullnull nullnull,nullnull (B.2) 式中： 子午角； 方位角； F(， )归一化方向函数，最大值为1； f(， )场强方向函数； fmax(， )方向函数最大值。 图B.1 空间方位图 天线的方向性系数按照公式（B.3）计算。 DnullnullnullnullF null nullnull,nullnullsinnullnullnullnullnull null null nullnullnull null null

21、null null nullnullnull (B.3) 式中： D天线的方向性系数； DB35/T 1978 2021 11 F( ， )归一化方向函数； 子午角； 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。 B.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。 null null null null null null nullnull (B.4) 式中： A天线效率； Pr 辐射到自由

22、空间的功率； Pin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 G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。 nullnullnull null nullD (B.5) 式中： G 天线增益； A天线效率； D 天线的方向性系数。 B.4 天线极化 天线极化是描述天线在某方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

23、，椭圆极化 和圆极化按其不同的旋转方向还可以分为左旋极化和右旋极化。 a）线极化 b）椭圆极化 c）圆极化 图B.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/T 1978 2021 12 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

24、，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 。因此，在设计天线中， 要将输入阻抗尽可能地匹配到50 ，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

25、，来计算输入阻抗。假设天线的输入阻抗为 ZL，传输线的特性阻抗为 Z0，则反射系数 和输入阻 抗的关系如公式（B.6）所示。 nullnullnull null nullnull null null/nullnull null nullnull null null (B.6) 式中： 反射系数； ZL天线输入阻抗； Z0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 RL。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。 nullnull null null20nulllg| nullnull20nulllgnullnullnull null nullnull

26、null null/nullnull null nullnull null nullnull (B.7) 式中： RL回波损耗，单位为分贝（dB）； 反射系数； ZL天线输入阻抗； Z0特性阻抗。 DB35/T 1978 2021 13 附录C （资料性） 全电波暗室 C.1 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。 图C.1 全电波暗室外形图 C.2 主要参数 频率范围800 MHz18 000 MHz。 多路径损耗0.25 dB以内。 屏蔽效能指标参数如表C.1所示。 表C.1 电波暗室的屏蔽效能指标参数 频率 屏蔽效能 14 kHz 70 dB

27、 200 kHz 90 dB 50 MHz1 GHz 100 dB 1 GHz10 GHz 100 dB 18 GHz20 GHz 80 dB NSA65-6通讯装备的射频屏蔽室参考BS EN 50147-1、GB/ T 121902006的参数。 静区反射电平指标参数如表C.2所示。 DB35/T 1978 2021 14 表C.2 静区反射电平指标参数 频率 反射电平 400 MHz -30 dB 800 MHz -35 dB 900 MHz -36 dB 1 800 MHz -43 dB 2 400 MHz -45 dB 3 000 MHz -48 dB 10 000 MHz -50 d

28、B C.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。 图C.2 聚氨酯吸波材料 C.4 屏蔽结构 屏蔽结构如图C.3所示。 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/T 1978 2021 15 C.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 图C.5 二维天线方向图 DB35/T 1978 2021 16 参考文献 1 GB/T 121902006 电磁屏蔽室屏蔽能效的测量方法 2 BS EN 50147-1 暗室屏蔽衰减测量标准（Anechoic Chambers Part 1: Shield Attenuation Measurement）