1 內(nèi)容提要
      一個完整的蜂窩基站由二大部分系統(tǒng)組成——發(fā)射機(jī)和天饋線系統(tǒng)。從發(fā)射機(jī)到天線之間有很多物理連接點(diǎn)，每個環(huán)節(jié)之間的良好匹配是保證系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。從測試角度看，必須從二個方向來綜合考慮——從發(fā)射機(jī)的射頻輸出端口向發(fā)射機(jī)方向看過去的匹配情況；和從天線輸入端口向天線方向看過去的匹配情況。少了其中一項(xiàng)，如用天饋線分析儀進(jìn)行天饋線系統(tǒng)的匹配測量，只能說完成了整個系統(tǒng)一半的測試。
     在本文中，討論了為什么需要同時從發(fā)射機(jī)和天饋線系統(tǒng)二個角度來完成基站的匹配測試，并在討論的基礎(chǔ)上提出了采用通過式功率計(jì)和天饋線分析儀進(jìn)行基站匹配測量的完整解決方法。
關(guān)鍵詞：發(fā)射機(jī)，天饋線系統(tǒng)，通過式功率計(jì)，天饋線分析儀，匹配，大功率，駐波比
2 正確理解蜂窩基站發(fā)射系統(tǒng)的匹配
     從射頻角度看，任何一個無線電發(fā)射系統(tǒng)是由二大部分組成的——發(fā)射機(jī)和天饋線系統(tǒng)（圖1），當(dāng)然蜂窩基站也不例外。
 

     從上圖我們不難發(fā)現(xiàn)，在整個發(fā)射系統(tǒng)中需要關(guān)注的測試點(diǎn)有以下這些：
     發(fā)射機(jī)的輸出端
     合路器/濾波器的輸入端
     合路器/濾波器的輸出端
     饋線的任意位置
     天線的輸入端
     在整個系統(tǒng)中，有二部分比較容易出現(xiàn)故障——發(fā)射機(jī)的輸出功率放大器和天饋線系統(tǒng)。*，放大器是有源器件，其輸出S11 參數(shù)（駐波比）不如無源器件那樣更容易接近理想值，而且外界條件（如電源）的變化，其自身的穩(wěn)定性和工作所造成器件老化，都會影響其輸出功率尤其是駐波比的穩(wěn)定。另一部分容易出現(xiàn)故障的是從合路器輸出以后的整個天饋線系統(tǒng)，因?yàn)槠浣^大部分是處于室外的。
3 整個系統(tǒng)常見的故障
3.1 發(fā)射機(jī)故障
    由于電源的不穩(wěn)定和環(huán)境溫度的造成放大器輸出功率和輸出駐波比的變化
    由于放大器中大功率管的老化造成輸出功率的下降和駐波比的惡化

    由于天饋線系統(tǒng)駐波比的惡化引起發(fā)射系統(tǒng)中保護(hù)電路的工作而導(dǎo)致發(fā)射功率的下降 

3.2 天線故障

    雷電，水和風(fēng)所造成的破壞
    來自紫外線輻射的破壞
    結(jié)冰和溫度的循環(huán)變化所造成的破壞
    大氣和環(huán)境污染所造成的腐蝕

    由于環(huán)境條件使天線防護(hù)罩的介質(zhì)特性發(fā)生變化，從而導(dǎo)致天線性能的變化     

    電纜故障

    由于安裝引起的故障，如接地夾過緊而導(dǎo)致外導(dǎo)體變形

    電纜滲水     

    外導(dǎo)體腐蝕

3.3 接頭故障

    防水膠安裝不當(dāng)導(dǎo)致進(jìn)水     

    與電纜的內(nèi)導(dǎo)體或外導(dǎo)體連接不良

    安裝過緊，或由于溫度的循環(huán)變化導(dǎo)致松弛
    從上述分析不難發(fā)現(xiàn)，發(fā)射系統(tǒng)和天饋線系統(tǒng)是決定整個系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵，而且這兩部分有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。這個關(guān)聯(lián)點(diǎn)就是發(fā)射機(jī)的射頻輸出端，也就是天饋線系統(tǒng)的輸入端。如果發(fā)射系統(tǒng)的輸出駐波比非常理想，而天饋線系統(tǒng)處于失配狀態(tài)，那么系統(tǒng)的功率就不能有效的輻射到空中；相反，如果天饋線系統(tǒng)處于理想的匹配狀態(tài)，而發(fā)射系統(tǒng)的駐波比很差，系統(tǒng)功率同樣無法有效輻射。
    因此，進(jìn)行蜂窩系統(tǒng)的匹配測量，首先要對系統(tǒng)匹配有正確理解，這樣才能用對設(shè)備、
辦對事情。至此我們可以得出這樣的結(jié)論：在蜂窩基站的匹配測試中，大功率的測量和駐波比測量缺一不可，而且要貫穿測試的始終。 4 常見的測量方法及其不足
    在傳統(tǒng)的基站匹配測量中，通常采用網(wǎng)絡(luò)分析儀或者天饋線分析儀進(jìn)行天饋線系統(tǒng)的匹配分析（圖2）。
     在圖2 的測量方法中，需要將天饋線和發(fā)射機(jī)的射頻接口斷開。這種方法除了測量天線輸入端口的S11 參數(shù)（駐波比）以外，還可以利用天線分析儀中的故障定位（DTF）功能非常準(zhǔn)確的測量整個天饋線系統(tǒng)中任意一個物理點(diǎn)的駐波比，向基站維護(hù)工程師提供故障點(diǎn)位置的準(zhǔn)確信息（圖3）。
 

     從前面的分析我們已經(jīng)了解到，基站的匹配測量包括發(fā)射機(jī)和天饋線系統(tǒng)二大部分。天饋線分析儀可以準(zhǔn)確測量天饋線系統(tǒng)的匹配情況，但是對發(fā)射機(jī)卻無能為力，也就是說天饋線分析儀僅僅完成了整個系統(tǒng)一半的測量工作。正確的解決方法是采用通過式功率計(jì)和天饋線分析儀來共同完成基站系統(tǒng)的匹配測量。

5 正確的測試方法

5.1 采用通過式功率計(jì)和天饋線分析儀進(jìn)行基站發(fā)射系統(tǒng)的匹配測量
     圖4 是基站發(fā)射系統(tǒng)匹配測量的完整解決方案。在這種測量方法中，采用了BIRD 公司的5012B 型通過式數(shù)字功率計(jì)和SA-6000XT 型天饋線分析儀對整個系統(tǒng)進(jìn)行的系統(tǒng)和細(xì)節(jié)的分析，從而為基站發(fā)射系統(tǒng)的正常工作提供了完整的評估依據(jù)。

     5012B 是一臺通過式數(shù)字功率計(jì)，其工作頻率范圍為350~4000MHz，測量功率范圍為150mW~150W，可以測量任何調(diào)制方式的基站的平均功率，峰值功率，突發(fā)功率，峰均功率比（高達(dá)12dB）和CCDF。SA-6000XT 天饋線分析儀則可以在25~6000MHz 范圍內(nèi)測量天饋線系統(tǒng)的駐波比，故障定位和系統(tǒng)損耗。同時還可以作為5012B 的顯示器。 

    圖5 是一個更加細(xì)化的天饋線系統(tǒng)示意圖，在圖示的系統(tǒng)中，將SA-6000XT 接在④端替代發(fā)射機(jī)，可以測量天饋線系統(tǒng)輸入端的S11 參數(shù)（駐波比），對整個系統(tǒng)進(jìn)行故障定位（DTF），還可以單端測量天饋線系統(tǒng)的S21 參數(shù)（插入損耗）圖6 是SA-6000XT 天饋線分析儀的測試結(jié)果。

     我們發(fā)現(xiàn)，SA-6000XT 對整個天饋線系統(tǒng)進(jìn)行了一次系統(tǒng)的分析，對從發(fā)射機(jī)端口開始一直到天線，沒有任何的遺漏點(diǎn)，而對發(fā)射機(jī)本身卻無能為力。至此，到了5012B 通過式功率計(jì)發(fā)揮作用的時候了。參見圖5，將5012B 串在位置④——發(fā)射機(jī)的輸出端，不但可以測量發(fā)射機(jī)的輸出功率是否在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)；更加重要的是，它可以同時準(zhǔn)確測量基站的正向和反射功率，并且可以直接讀出駐波比，這項(xiàng)測試為基站是否正常工作提供了至關(guān)重要的評判依據(jù)。

      圖7 是通過式功率計(jì)的工作原理。通過式功率計(jì)的核心技術(shù)實(shí)際上是一個高方向性的定向耦合器，其自身的插入損耗和插入駐波比很小，所以即使串聯(lián)在發(fā)射系統(tǒng)中，也不會對系統(tǒng)造成影響。由于通過式功率計(jì)的這種特性，在我們推薦的測試方法中，將發(fā)射機(jī)和天饋線系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來進(jìn)行了測試，這項(xiàng)測試*體現(xiàn)了系統(tǒng)真實(shí)的工作情況，這是天饋線分析儀所無法實(shí)現(xiàn)的。

     作為額外的功能，5012B 還能測量各種調(diào)制類型發(fā)射機(jī)的平均功率，峰值功率，突發(fā)功率，峰均功率比和CCDF 值，這些功能已經(jīng)有專門的應(yīng)用文章進(jìn)行了討論。在本項(xiàng)測試中，我們繼續(xù)將5012B 置于其它位置，看看還能對系統(tǒng)的測量提供哪些幫助。位置③——天線的輸入端，可以確定發(fā)射機(jī)真正輻射到空間的信號究竟有多大；這是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化工程師所關(guān)心的。位置②——可以檢查發(fā)射系統(tǒng)在某個位置的匹配情況，這是設(shè)備維護(hù)工程師所關(guān)心的。 

5.2 用通過式功率計(jì)還是終端式功率計(jì)？

    通過前面的分析，可以發(fā)現(xiàn)與終端式功率計(jì)不同的是，通過式功率計(jì)真實(shí)的反映了一個發(fā)射系統(tǒng)中各個截面的正向功率和反射功率。終端式功率計(jì)的輸入阻抗是標(biāo)準(zhǔn)的50Ω。在功率測量中，終端式功率計(jì)替代了發(fā)射機(jī)的負(fù)載，也就是說，終端式功率計(jì)將發(fā)射機(jī)的負(fù)載理想化了（圖8）。所以說，終端式功率計(jì)所測得的結(jié)果是發(fā)射機(jī)在理想負(fù)載時的輸出功率；如果發(fā)射天饋線系統(tǒng)的匹配情況良好，則這個結(jié)果可以真實(shí)反映發(fā)射系統(tǒng)的輸出情況；如果發(fā)射天饋線系統(tǒng)的匹配不好（如SWR>1.5），則終端式功率計(jì)不能真實(shí)反映發(fā)射系統(tǒng)的情況。而且終端式功率計(jì)僅能測試毫瓦級的小功率，對于大功率基站的測試無法勝任。

    終端式功率計(jì)適合于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。

    而通過式功率計(jì)則不同，它實(shí)際上是在傳輸線一側(cè)放置了一個耦合探頭，與發(fā)射機(jī)的工作波長相比，功率計(jì)傳感器的電長度幾乎可以忽略不計(jì)。所以只要將通過式功率計(jì)置于發(fā)射系統(tǒng)的某個截面，那么得出的結(jié)果是這個截面的正向和反射功率（VSWR）。

   通過式功率計(jì)適合現(xiàn)場應(yīng)用     

    這套方案可以定期監(jiān)測從測試節(jié)到天線的整段饋線通路的駐波比情況，發(fā)現(xiàn)天線系統(tǒng)匹配的任意微小變化，防患于未然。

6 結(jié)論

     通過上述分析和實(shí)測，可以證明采用通過式功率計(jì)和天線分析儀的組合方案是解決蜂窩基站發(fā)射系統(tǒng)的功率和駐波比測試和監(jiān)測的完整解決方案。如需了解更進(jìn)一步的情況，或?qū)Ρ疚挠腥魏谓ㄗh和意見，可以直接和上海創(chuàng)遠(yuǎn)信息技術(shù)股份有限公司。 

7 產(chǎn)品介紹

7.1 SA-XT 系列天饋線測試儀 

7.1.1 特點(diǎn)應(yīng)用

    單塊儀表（SA-6000XT）覆蓋整個25~6000MHz 頻率范圍！
    對初學(xué)者、偶爾使用者以及常用者均易現(xiàn)場操作。
    適用于*蜂窩和PCS/DCS 系統(tǒng)；支持CDMA，GSM，TDMA 和AMPS 調(diào)制系統(tǒng)的測試。
    其它應(yīng)用包括第三代移動通信，廣播，政府，戰(zhàn)術(shù)軍事，微波，尋呼，公共安全，中繼通信，無線局域網(wǎng)，無線本地環(huán)路和集群系統(tǒng)。

    彩色顯示，陽光直射下清晰可見。    

    一次數(shù)據(jù)下載，可觀看故障定位或者匹配測試數(shù)據(jù)——無需存儲兩條曲線。

    FDR（頻域反射計(jì)）測量方法，對系統(tǒng)中關(guān)鍵部件狀況進(jìn)行可靠評估。zui終在故障發(fā)生之前解決問題。
    故障定位模式指示電纜和天線系統(tǒng)中沿線各點(diǎn)的駐波比（VSWR）或者回波損耗值。

    電纜損耗功能測量在特定的頻率范圍內(nèi)電纜系統(tǒng)的插入損耗。 

7.1.2 參數(shù)指標(biāo)

7.2 Model 5012B 寬帶數(shù)字通過式功率傳感器

     配合BIRD 公司下一代數(shù)字功率計(jì)Model 5000-XT，天饋線分析儀及個人計(jì)算機(jī)（需要仿真數(shù)字功率計(jì)軟件VDPM），BIRD 寬帶功率傳感器5012B 成為功率測量強(qiáng)大而成熟的完整解決方案。其工作頻率范圍寬達(dá)350-4000MHz。

7.2.1 特點(diǎn)
    多功能，使用方便
    高性能價格比
    大動態(tài)范圍
    連接數(shù)字功率計(jì)，天饋線分析儀和個人計(jì)算機(jī)
    高方向性——30dB@3GHz，28dB@4GHz
    定向功率測量-正向和反向

    寬帶，不需要外加探頭 

7.2.2 測量模式

    真平均功率
    突發(fā)平均功率
    峰值功率
    峰值因子

    CCDF 

7.2.3 主要指標(biāo)

    頻率范圍： 350MHz-4GHz
    zui大功率： 150W 平均值，400W 峰值
    USB 和RS-232 連接
    插入損耗： < 0.05dB@1GHz；< 0.1dB@4GHz

    插入駐波比：< 1.05@2.5GHz；< 1.10@4GHz

7.2.4 應(yīng)用

    集群系統(tǒng)/P25（350-450MHz） 

    雙向無線電（UHF，模擬和數(shù)字）

    中繼系統(tǒng)
    lDAB，DVB
    TDMA，GSM，CDMA，CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA 等
    無線本地環(huán)路（3.5 至3.7GHz）
    ISM（半導(dǎo)體，醫(yī)療，2.45GHz）
    戰(zhàn)術(shù)軍事通信
    雷達(dá) 

Bird SA-6000XT天饋線分析儀測試案例分析