基于场强仪及频谱分析仪的场强测量

2014-10-14 10:17:09来源: eefocus

场强是电场强度的简称,它是天线在空间某点处感应电信号的大小,以表征该点的电场强度。其单位是微伏/米(μv/m),为方便起见,也有用dBμv/m(0dB=1μv)。

一、场强测量

场强的测量如图所示。当天线在空中与被测信号极化方向相同时取得最大感应信号,一般可用射频(RF)的有效值型电平表(电压表)来测量。其测量原理如图所示。

电场强度测量示意图(1)

当线路匹配良好时,仪表读取的电平值是仪表输入端口(一般50Ω或75Ω)所取得的射频电压Er(dBμv)。Er可用下式表示

Er=E+Ga+20lgle-Lf-6---(1)

Er为仪表输入口的读取电平(dBμV);

E为电场强度(dBμV/m);

Ga为接收天线增益(dB)。如果采用半波长偶极天线时Ga=0dB;

le为接收天线有效长度(λ/π);

Lf为接收馈线损耗(dB);

6为从终接值换算开放口的校正值(dB)。

而电场强度E(dBμV/m)则可从(1)式求出,即:

E =Er-Ga-20lgle+Lf+6---(2)

现举实例具体说明:设测试频率228.25MHz(λ=1.31m)

则20lgλ/π=20lg1.31/π≈-7.6dB;

接收天线为半波长偶极天线,Ga=0dB;Lf选用衰减10dB/100m型电缆,实用长度10m时衰减为1dB;仪表指示电平为15dBμV。

将上列数据代入(2)式时,即得E =Er-Ga-20lgle+Lf+6

=15-0-(-7.6)+1+6

=15+7.6+1+6

=29.6dBμV/m

二、场强仪

众所周知,电平表是以分贝(dB)作单位,如dBμV、dBmV、dBm,而电压表则是以伏特(V)作单位,如V、mV、μV、KV等。其实电平、电压都是同一个物理量,因此,在很多场合这两种单位在一个仪器中同时标出,这从某种意义上来说,电压表也是电平表,电平表也是电平压表,只不过习惯上把它分开称呼而已。

场强仪故名思意是测量场强的仪器。场强仪的量值是μV/m作单位,它里面有一个长度单位m。从原理上来说,电平表(或电压表)它量度的电压值是在仪表的输入端口,而场强仪所量度的电压(或叫电势)是天线在空中某一点感应的电压。严格来说,场强仪是由电平表和天线组成。

就目前市面上的场强来看,它们也是将电平表的技术指标与天线分开。如日本安立公司ML524场强仪主机就是按一个电平表给出技术指标,频率范围、灵敏度、电平测量范围、电平测试精度,而天线MP534A、MP666A作为选件,按频段给出技术指标和天线系数。目前国内无线领域常用的南韩生产的 PTK3201场强仪,它也是按电平表给出指标,频率范围0.1~2000MHz,灵敏度0.3mV等都是以仪器输入端口给定,有一根鞭装天线,没有天线系数,只能定性地测量信号场强大小,如果要测定dBμV/m 场强,则要选配测量天线。

由此可见,电平和场强、电平表和场强仪是有很大区别的。可是在一些场合常被混淆了,特别是在我国有线电视行业范围内,有线电视信号是测量同步头的电平来量度,以dBμV作单位,本应该叫做电视信号电平表,或电平表,然而从中国搞公用天线开始,不知怎么都叫它做场强仪。世界上最早的有线电视场强仪是日本利达公司生产的LFC944,利达原文是电视信号电平表,从那时起很多人把它称作场强仪,笔者曾多次在CATV行业内提出应该称作电平表,也许是称呼人太多,至今仍叫场强仪,甚至外国人在中国交流时也只好认可这一称呼,那只有以误就误了。关于有线电视范围内“误称”的场强仪,笔者已将它分类为电视场强仪、电视频谱图像场强仪、CATV分析仪、频谱分析仪已得到同行和专家们认可,这里不详述。

三、频谱分析仪与场强仪

就场强仪来说,它与天线关系非常密切,如果要求一定的测量精度,那么从式(1)就知,它直接与天线增益Ga有关,再则是天线的工作频率范围有关,这是最起码的要求,因此不能说随便找一根天线接在电平表上就行了。故在实践中,这种天线称之为测试天线,它有严格技术指标,如频率范围,天线增益以及阻抗、驻波比、前后比等等。为适应它的频率范围其形状大有区别,有鞭壮天线,半波振子天线,对数周期天线,环行天线等。要求高的测试天线,价格也相当高,如日本安立的测试天线大概是主机的1/4。

以前场强仪总是将天线配套供给,即是说一台场强仪必然是主机(电平表)配天线。随着电子技术和电子测量技术的发展,特别是20世纪80年代以来,频谱分析仪大量使用,单一的场强仪就越来越少了,甚至单一的电平表也都越来越少了(除非专业性很强的用途),因为它的功能可以用频谱仪代理替。从原理上来说频谱仪、电平表、场强仪(主机)基本原理方框是一样的。频谱仪本身就是测量频谱范围内的信号电平,如果用“零跨导”则就是一个选频电平表。如果加上标准测试天线在频谱仪上不就是可测量场强了吗!比较好的频谱仪,它可以将天线系数存在机内,使用时直接显示场强数值μV/m。如安捷伦公司、安立公司频谱仪大都有天线系数存储功能。

就日本安立公司而言,80年代生产的场强仪ML518、HM650、MH649销量较大,中国也买不少,80年代末生产的ML521/214系列的场强仪销量显著下降,因为它与此同时生产了频谱分析仪MS610、MS2601等,而场强仪、频谱仪都可用同样的天线MP534、MP651、MP663等测量场强。它们指标差不多,价格也差不多。用户当然选用功能强大的频谱仪。目前就我国产的场强仪来说也很少生产,其主要原因也是由于频谱仪代替。

用频谱仪加上测试天线可以测量场强,当频谱仪可以存天线系数的,那么可以直接显示μV/m单位场强。如果不可存天线系数频谱仪,则需要按前述的式(2)代入天线系数进行计算。如果用没有天线系数的一般接收信号用的天线,那么只能在空间测量场强的强弱,而不能得出场强μV/m量值,即只能作定性测试分析,不可作定量测试分析。

综合上述,在场强测量中,它取得的结果应是μV/m为单位,而由于电子技术和电子测量技术的发展单一功能的场强仪已很少,最常使用频谱分析仪,较严格的测量时还应选择测试用天线。

关键字:场强测量  天线  场强仪  频谱分析仪

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1014/article_9681.html
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