基于无人机平台的外场天线测量Ka波段天线方向图测试

1 回顾

前两年（2021-2022），北京中测国宇科技有限公司为响应5G基站天线的外场测量需求，提出了外场无人机基站巡检系统，并且在S波段上验证了测量系统的测试重复性。详见 

5G基站外场无人机测试方案-外场无人机基站巡检系统

近期，公司技术团队为拓展本系统在毫米波波段的测试能力，以Ka波段标准增益喇叭天线为待测天线（AUT），在外场部署测试环境开展了外场试验。

本文以待测天线方向图的外场测量为例，向大家汇报我们做的一些工作！

2 实验环境

外场实验在北京平谷区金海湖机场完成，现场照片如下图 2-1。

图 2-1 外场实验现场照片

AUT被固定于吊篮边缘，吊篮内有一台R&S SMW200A矢量信号发生器和一只功率放大器，R&S SMW200A用于生成5G NR测试信号，5G NR测试信号被功率放大器放大后经AUT发出。吊篮高度升高至距离地面25米。

R&S FPH手持式频谱仪作为机载测量仪表，通过USB数据线与机载PC通信，机载PC是一种轻质工控机，用于抓取手持式频谱仪的扫频数据。

全站仪是一种测绘设备，配合RTK定位工具，可解算出AUT的GPS坐标。

测量探头是一种轻质、双极化、超宽带四脊喇叭天线，刚性挂载于云台正下方，其工作频带为22-44GHz。为降低测量探头与无人机机身的耦合，将测量探头与云台安装在延长支架上，使其向飞机机头外侧方向探出。

3 测量链路

发射端：SMW200A → 电缆 → PA → 电缆 → Ka波段标准增益喇叭天线。

接收端：毫米波探头 → 电缆 → R&S FPH手持式频谱仪。

R&S SMW200A矢量信号发生器、R&S FPH手持式频谱仪配置如下表 3-1、表 3-2所示。

4 航线规划

在地面站软件中按照如下表 4-1所示航线参数进行航线规划，航线规划效果如下图 4-1所示。

图 4-1 航线规划效果

涉及的坐标系如下图 4-2所示。其中，Phi或Azimuth表示方位角，正北方向为0°，正东方向为90°；Theta或Elevation表示俯仰角，范围是0~180°。

图 4-2 坐标系

5 实验结果

27GHz，AUT的E面接收功率方向图（3D）如下图 5-1所示。

图 5-1 接收功率方向图（3D）

从图 5-1中抽取Theta=90°方向图，并与仿真结果对比，如下图 5-2所示。可知，实测结果与仿真结果在主瓣±10°范围内比较吻合，在副瓣方向上存在约2dB电平差异。

图 5-2 Theta=90°方向图

6 总结

本文以Ka波段标准增益喇叭天线方向图的外场测量为例，介绍外场试验中涉及的测试环境搭建、实验设备及其配置、测量链路、航线规划等内容，最后展示Ka波段标准增益喇叭天线的3D方向图测量结果，对比Theta=90°方向图的实测与仿真数据，发现在主瓣±10°范围内二者比较吻合，而在副瓣方向上存在约2dB电平差异。