電視發(fā)射臺要了解發(fā)射的電磁波在空中某點的信號強(qiáng)度、電波場強(qiáng)覆蓋的范圍,廣播電視管理部門、無線電管理部門等要了解本轄區(qū)的調(diào)頻、電視信號頻率占用情況,是否有未經(jīng)批準(zhǔn)的電臺,都需要進(jìn)行場強(qiáng)測量。調(diào)頻、電視廣播場強(qiáng)測量任務(wù)主要有:
①檢驗電視和調(diào)頻廣播覆蓋效果;
②測量電視和調(diào)頻廣播干擾信號;
③測量發(fā)射天線系統(tǒng)的輻射性能;
④用于研究該頻段的電波傳播規(guī)律;
⑤為電視、調(diào)頻廣播網(wǎng)規(guī)劃,頻道分配和頻率管理提供技術(shù)依據(jù)。
調(diào)頻、電視廣播場強(qiáng)測量是廣播電視監(jiān)測基礎(chǔ)性工作,是廣播電視監(jiān)測技術(shù)人員應(yīng)該具有的基本技能。但是,用無線電波作為傳播媒介的調(diào)頻、電視信號,要對它在空中某一點的電場強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確測量會受到諸多因素的影響。為此,本文就調(diào)頻、電視信號場強(qiáng)測量中應(yīng)注意的問題進(jìn)行綜合總結(jié)。
1、場強(qiáng)與電壓、電平概念區(qū)別在廣播電視監(jiān)測的場強(qiáng)測量中,不時會有將場強(qiáng)測量與電平測量甚至電壓測量混淆,實際上場強(qiáng)與電壓、電平的概念有根本的區(qū)別。
（1）電壓表征電信號能量的三個基本參數(shù)是電壓、電流和功率。從測量的觀點來看,測量的主要參數(shù)是電壓,因為在標(biāo)準(zhǔn)電阻的兩端若測出電壓值,那么就可以計算求得電流或功率。電壓的定義是電場將單位正電荷從高電位移至低電位所作的功,也即兩點之間的電位差,即Uab=Ua-Ub;單位是伏特(V),如kV、V、mV、μV用電壓表測量。
（2）電平要知道電子線路中某一點功率或電壓、電流時,可以用電平來表示。某一點的電平是指該點的功率(或電壓、電流)對某一基準(zhǔn)功率(或電壓、電流)的分貝比。10lg P P 0=20lg UU 0=20lg II0顯然,基準(zhǔn)功率P0的電平為零分貝,對同一功率,選不同的基準(zhǔn)功率P0(U0或I0)所得電平數(shù)值不同,后面加上不同的單位,電平用電平表測量。電平表是以分貝(dB)作單位,如dBμV、dBmV、dBm。其實電平、電壓是同一個物理量,在很多場合這兩種單位在一個儀器中同時標(biāo)出,從某種意義上來說,電壓表也是電平表,電平表也是電平壓表,只是習(xí)慣上把它分開稱呼而已。
（3）場強(qiáng)是電場強(qiáng)度的簡稱,它是單位長度的天線在空中某點處感應(yīng)電信號的大小,以表征該點的電場強(qiáng)度。單位是微伏/米(μV/m),用場強(qiáng)儀測量。場強(qiáng)的單位μV/m里面有一個長度單位m,從原理上來說,電平表(或電壓表)量度的電壓值是在儀表的輸入端口,而場強(qiáng)儀所量度的電壓(或叫電勢)是天線在空中某一點感應(yīng)的電壓,即感應(yīng)電動勢,或者說是天線的輸出端口電壓。電平表(或電壓表)和場強(qiáng)儀也有很大區(qū)別,嚴(yán)格來說,2012年第7期廣播與電視技術(shù)133134廣播與電視技術(shù)2012年第7期場強(qiáng)儀是由電平表和天線組成,電平表(或電壓表)不需要天線。電平(或電壓)和場強(qiáng),前者是指電子線路中某點的電平或某兩點之間的電位差,后者有場的概念,是空中某一點的電場強(qiáng)度。場是在場源的作用下,在一定空域中某種形態(tài)特征量的分布。每個電荷在其周圍空間中伴隨著電場,但另一個電荷處在該場中時,就受到場的作用力,實際上它是兩個電荷各自電場之間的相互作用,這就是電場的特征性質(zhì)。電荷間相互作用力的存在,揭示了電場的存在。電流間的相互作用也是通過場(稱為磁場)來實現(xiàn)的,每個電流都處在另外電流激發(fā)的磁場之中。電流間相互作用力的存在,揭示了磁場的存在。因此,調(diào)頻、電視場強(qiáng)測量一定是指無線調(diào)頻、電視在空中某點電磁波強(qiáng)度的測量。在有線電視傳輸中的調(diào)頻、電視電平信號強(qiáng)度測量只能是電平值測量,而不能稱為場強(qiáng)測量。
2、無線調(diào)頻電視頻段電波傳播特點無線電波傳播的實際環(huán)境總是涉及各種各樣的媒質(zhì),在一般情況下,電波傳播的過程就是電磁波與媒質(zhì)相互作用的物理過程。電波傳播特性既與媒質(zhì)特性參數(shù)(介電常數(shù)ε,磁導(dǎo)率μ和電導(dǎo)率σ及其時空變化)有關(guān),又與電波特性參數(shù)(最關(guān)鍵的是頻率和極化)有關(guān),后者可使同樣的媒質(zhì)表現(xiàn)出不同的特性和邊界條件。無線電波傳播的途徑主要有三種方式:天波、地波和空間波。
（1）無線調(diào)頻電視工作在超短波頻段我國的調(diào)頻廣播工作頻段范圍是87MHz~108MHz,屬于甚高頻VHF(30MHz~300MHz)頻段。地面電視廣播工作頻段是甚高頻VHF頻段、特高頻UHF(300MHz~3000MHz)頻段中頻率范圍為48.5MHz~84MHz,167MHz~223MHz,470MHz~566MHz,606MHz~958MHz四個頻段。電視頻道選在米波及分米波的超短波波段上,主要原因是因為電視需要較寬的頻帶(8MHz),如果載頻選得較低,例如選在短波波段,設(shè)中心頻率f0=20MHz,則相對帶寬fΔ0f=2 8 0=40%,這么寬的相對帶寬會給傳輸帶來困難,在超短波波段上,提高載波頻率以減小相對帶寬。
（2）無線調(diào)頻電視信號不用天波傳播電離層對低于30MHz的電波產(chǎn)生強(qiáng)烈反射,而對于甚高頻段以上電波則是透明的,其電波穿入電離層很深乃至穿出電離層而不能反射回來,所以,調(diào)頻電視信號不能用天波傳播。
（3）無線調(diào)頻電視信號不用地波傳播中波廣播的波長(186m-570m)較長,波長比地面粗糙度大得多,可將地面近視為平滑地面,對電波反射和阻擋作用小,電波的繞射能力強(qiáng),表面波衰減小,所以,中波廣播用地波傳播。調(diào)頻電視VHF頻段的波長為1m~10m,UHF頻段的波長為0.1m~1m,波長短而將地面視為粗糙的實際地面,對電波有反射和阻擋作用,電波的繞射能力差,表面波衰減很大。若用地面視距傳播,電波經(jīng)大氣層的底部,折射指數(shù)變化激烈,對超短波會引起折射和吸收衰減,因此不能用地表面?zhèn)鞑ァ?/span>
（4）無線調(diào)頻電視信號用空間波傳播
1)VHF、UHF頻段的無線電波靠空間波直線傳播。服務(wù)區(qū)域為視線所及地方電波才能到達(dá),覆蓋半徑只有幾十 公 里。
2)超高頻以上頻段的地波衰減嚴(yán)重,為了擴(kuò)大服務(wù)區(qū)總是采用高架發(fā)射天線,發(fā)射天線一般架設(shè)在城市中心的廣播 電 視塔上。
3)發(fā)射天線多采用水平極化天線以減小干擾。因為工業(yè)干擾(如電焊、汽車的點火干擾)多為垂直極化。
4)天線水平架設(shè)容易。從地面波的影響來說,水平極化天線離地面只要一個波長以上,垂直極化天線離地面高度必須 在五個波長以上。
5)當(dāng)?shù)孛娼屏紝?dǎo)電地面時,地面對垂直電偶極子的影響好比是產(chǎn)生一個正鏡像,而對水平電偶極子,好比產(chǎn)生一個方向相反鏡像。因此,若水平發(fā)射天線離地面高度比波長小得多時,輻射效率將比垂直天線大為降低。所以用水平極化天線,天線架設(shè)高度不能太小。
3、調(diào)頻電視場強(qiáng)測量應(yīng)注意的問題
（1）注意測量場地選擇1.固定測量站的測量場地要求
1)周圍場地應(yīng)空曠平坦,半徑400m范圍內(nèi)無建筑物、大批樹林等障礙物,沒有反射雜波到達(dá)測量點。
2)應(yīng)離主要公路、高壓線、變電所、工廠等較遠(yuǎn),保證沒有來自上述設(shè)施的明顯干擾(或背景噪聲比欲測試訊號電平低20dB以上)。
3)能提供全天候收測。2.移動測量點的測量場地要求1)當(dāng)測量發(fā)射天線饋線系統(tǒng)的效果時,測量點周圍應(yīng)比較空曠平坦,在前方200m內(nèi),兩側(cè)及后方100m內(nèi)無建筑物、樹林及高壓線等。如果不能滿足上述要求時,應(yīng)說明測量點的環(huán)境條件。2012年第7期廣播與電視技術(shù)1352)當(dāng)測量特定環(huán)境下的信號場強(qiáng)時,只要求詳細(xì)說明測量點的環(huán)境狀況、接收天線具體位置以及傳播途徑上的特點。
3.2注意測量天線的正確使用
1.極化方式:除特殊測量外,接收天線的極化必須與發(fā)射天線一致。
2.架設(shè)高度:標(biāo)準(zhǔn)架設(shè)高度為離地面10m,若移動測量有困難時,也可以改為4m,但需加高度校正,校正因子據(jù)實測結(jié)果求得,若因測量點環(huán)境限制或者測量內(nèi)容的特殊要求,天線的架設(shè)高度為非標(biāo)準(zhǔn)值時,須說明接收天線離地高度和當(dāng)?shù)睾０胃叨取?/span>
3.方向性天線的指向:轉(zhuǎn)動天線使場強(qiáng)讀數(shù)達(dá)最大時為準(zhǔn)。
4.接收天線和聯(lián)接饋線
1)天線和饋線最好是與場強(qiáng)儀配套的附件。
2)天線饋線與場強(qiáng)儀間應(yīng)有良好的阻抗匹配;饋線電纜不宜過長,若電纜過長時,必須在儀表的讀數(shù)上加上電纜的損耗,尤其是高頻段。
3)如需另行配用其他接收天線時,對其形式不限,但必須與所用聯(lián)接饋線一起進(jìn) 行預(yù)校正,得出各個頻率天線校正因子后方可與場強(qiáng)儀配合使用。
5.天線升降與轉(zhuǎn)動裝置,能自動架設(shè)天 線桅桿,調(diào)節(jié)天線架設(shè)高度和其指向。
3.3注意場強(qiáng)儀的性能選擇及正確使用
3.3.1場強(qiáng)儀主要性能要求
1.頻率范圍:米波段為30MHz~300MHz;分米波段為300MHz~960MHz。
2.場強(qiáng)量程:米波段(低頻道電視、調(diào)頻)為10~120dB(μV/m);米波段(高頻道電視)為20dB~120dB(μV/m);分米波段為30dB~120dB(μV/m)。
3.測量精度:米波段為±2dB(μV/m),分米波段為±3dB(μV/m)。
4.鏡像抑制:大于35dB。
5.標(biāo)準(zhǔn)帶寬:80kHz~200kHz,宜有數(shù)檔可供選擇使用。
6.檢波方式:應(yīng)有峰值及平均值二檔可供選擇。
3.3.2注意場強(qiáng)儀測量參數(shù)設(shè)置
1.場強(qiáng)儀檢波方式與頻帶寬度
1)調(diào)頻廣播信號場強(qiáng)測量時:采用平均值檢波方式,頻帶寬度應(yīng)選用寬的一檔,如120kHz或200kHz,帶寬過窄,測量結(jié)果偏小。
2)電視廣播信號場強(qiáng)測量時:包括圖像場強(qiáng)與伴音場強(qiáng),圖像場強(qiáng)是指同步脈沖調(diào)制的圖像載波已調(diào)波場強(qiáng)。測量電視圖像場強(qiáng)時應(yīng)讀取峰值(調(diào)幅狀況),場強(qiáng)儀調(diào)諧到電視圖像載波頻率,采用峰值檢波方式,頻帶寬度選用寬的一檔,如120kHz或200kHz,若頻帶較窄測量結(jié)果偏小。如果場強(qiáng)儀沒有峰值檢波器,只能讀出圖像信號平均值場強(qiáng)時,所測結(jié)果比峰值檢波為小,且檢波輸出電壓將隨圖像信號平均電平而變化,在測量工作開始前應(yīng)進(jìn)行校正,得出峰值場強(qiáng)與平均值場強(qiáng)的差值,然后換算到峰值場強(qiáng)。為簡便也可將平均值加上6dB近似為峰值場強(qiáng)。測量電視伴音信號場強(qiáng)與調(diào)頻廣播信號場強(qiáng)一樣,讀取平均值場強(qiáng),帶寬≥120kHz,若帶寬不夠時,讀取聲音間隙時數(shù)值為準(zhǔn)。
2.測試記錄要求
1)測量日期、時間、氣候。
2)訊號類別、工作頻道或頻率。
3)發(fā)射臺位置、經(jīng)緯度、當(dāng)?shù)睾０胃叨取?/span>
4)發(fā)射功率、天線型式、增益、高度、極化方式、天線饋電損耗。
5)場強(qiáng)測量頻率,場強(qiáng)儀帶寬和檢波方式。
6)測量儀器的型號、編號及計量日期。
7)測量及記錄人員名單。
8)測量點序號、所在地區(qū)、地圖上正確位置、經(jīng)緯度、距離、方位、環(huán)境條件和海拔高度等。
9)接收天線型式、架設(shè)高度和指向。
10)時間概率和地點概率及相應(yīng)的場強(qiáng)統(tǒng)計值。原始記錄數(shù)據(jù)。
3.場強(qiáng)儀應(yīng)定期計量,并在每次使用時按操作規(guī)程進(jìn)行校正。場強(qiáng)儀一定要進(jìn)行周期計量或與經(jīng)過專門計量過的場強(qiáng)儀進(jìn)行對比校驗,以免儀器不準(zhǔn)確得出誤判。
4.注意使用環(huán)境溫度。場強(qiáng)儀使用時要按照說明書要求的環(huán)境條件工作,冬季要注意保溫,盛夏要避免直接烈日強(qiáng)曬。
3.4要注意測量出時間-概率場強(qiáng)時間-概率是當(dāng)信號隨時間變化時,在任一測量位置上,場強(qiáng)達(dá)到或超過某給定值的時間相對于觀測時間的百分率,稱為相應(yīng)于該給定值的時間概率。
1.有自動記錄儀時,測量欲收訊號場強(qiáng)的時間-概率用50%、90%,測量干擾信號場強(qiáng)的時間-概率用10%、1%。當(dāng)場強(qiáng)有衰落變化時,應(yīng)長期測量記錄,基本統(tǒng)計時段一般取60min,特殊情況也可用較短或較長時段(如1min、10min或整小時)。欲收信號場強(qiáng)的時間-概率取為50%。視距內(nèi)的干擾場強(qiáng)的時間-概率取為50%,視距外的干擾場強(qiáng)136廣播與電視技術(shù)2012年第7期的時間-概率取為10%。
2.沒有自動記錄儀時,對欲收信號場強(qiáng)以觀測期間較穩(wěn)定達(dá)到的數(shù)值作為信號場強(qiáng)實測值,對干擾信號場強(qiáng)則以觀測期間能達(dá)到的最大值作為干擾信號場強(qiáng)實測值。每次觀測時間應(yīng)不短于1min。
3.5要注意測量出地點-概率場強(qiáng)場強(qiáng)的地點-概率,指超過某一特定地點-概率的場強(qiáng)值。視距內(nèi)米波、分米波場強(qiáng)逐點變化,場強(qiáng)的地點-概率用以表征某一小區(qū)內(nèi)信號場強(qiáng)的地點分布狀況?！耙暰唷笔侵冈诎l(fā)收天線間的路徑完全沒有阻擋,從而使地面繞射現(xiàn)象可以忽略不計的距離。50%地點-概率場強(qiáng)是指在某一小區(qū)內(nèi)測量地點總數(shù)中,有50%以上測量地點數(shù)可達(dá)到的場強(qiáng)值。我國調(diào)頻、電視廣播網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,信號場強(qiáng)與干擾場強(qiáng)地點-概率均取50%。測點50%地點-概率場強(qiáng)可采用多點測量或監(jiān)測車測量。在視距內(nèi),某測量點上所測米波、分米波場強(qiáng),為直接波與從地面及地面附近靠近建筑物等或其他物體反射過來的反射波的合成場強(qiáng)。由于測量點鄰近區(qū)環(huán)境影響以及各種障礙物的存在,使測量點附近場強(qiáng)分布較復(fù)雜。直接波和反射波之間的相位差,常隨不同的測量地點而異。因為米波、分米波波長甚短,如測量位置前后左右稍作移動都會引起讀數(shù)差異,所測場強(qiáng)就有變化。為能較客觀地反映某測量小區(qū)的實際場強(qiáng),可在選定的測量點的小區(qū)周圍選定若干個測量地點(10~20個),各點之間的距離均勻間隔為5m~10m,然后進(jìn)行逐個測量,并統(tǒng)計出該測量點50%的地點-概率場強(qiáng)值。
3.6要注意接收天線架設(shè)高度對測量結(jié)果的影響目前,國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定,VHF和UHF傳播曲線都是以接收天線離地10m高度計算的。所以在測量場強(qiáng)時,最好采用10m高的接收天線測量。但是,用監(jiān)測車移動測量時,用10m高天線不方便,往往采用較低天線測量,比如4m。在米波段,用高度為10m與用較低天線測量,所測場強(qiáng)值大小與天線高度之間有近乎線性關(guān)系,即天線高場強(qiáng)大,天線低場強(qiáng)小。在分米波段,用不同高度天線測量,所測場強(qiáng)大小雖亦隨天線高度增加而增加,但一般不成線性關(guān)系。
3.7要注意組合式場強(qiáng)儀讀數(shù)值要增加6dB問題。隨著頻譜分析儀、測試接收機(jī)等的廣泛應(yīng)用,單一功能的場強(qiáng)儀越來越少,特別是近年來,廣播電視移動監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展,車載式場強(qiáng)測量系統(tǒng)或自行組裝場強(qiáng)測量系統(tǒng),由測量天線與測試接收機(jī)或頻譜分析儀組成的組合式場強(qiáng)儀得到廣泛應(yīng)用。測試接收機(jī)是一種測量級接收機(jī),除高級接收機(jī)所具有的一般電路外,還包含校準(zhǔn)信號發(fā)生器、測量衰減器與輸出指示電表等電路。測試天線的測量精度有要求,有嚴(yán)格技術(shù)指標(biāo),如頻率范圍,天線增益以及阻抗、駐波比、前后比等等。一副形狀簡單的接收天線放置在電場分量為E的電磁場內(nèi),由電場感應(yīng)到天線上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,感應(yīng)電流經(jīng)饋線電纜送到接收機(jī)或頻譜儀進(jìn)行選頻測量。在阻抗匹配條件下,接收機(jī)或頻譜儀讀取的電平值是其輸入端口(一般50Ω或75Ω)電壓Ui(dBμv)。Ui可表示為:E=Ui-Ga-20lgle-Lr+6(2)式(2)中,Ui為接收機(jī)輸入口的電平值(dBμV);E為電場強(qiáng)度;Ga為接收天線增益(dB),若用半波長偶極子天線則Ga=0dB。le為接收天線有效長度,它是衡量接收天線接收電波能量的能力,對于半波偶極子接收天線Le=λπ。Lr為接收饋線損耗(dB);6(dB)為Ui換算天線輸出端開路電壓值(dB)。電場強(qiáng)度E(dBμV/m)則可求出:E=Ui-Ga-20lgle+Lr+6舉例:設(shè)測試頻率為471.25MHz(λ=0.64m),接收天線為半波長偶極子天線,Ga=0dB則20lgλπ=20lg 0.6π4=-5.8dB設(shè)Lr選用衰減10dB/100m型電纜,實用長度10m時衰減為1dB;若儀表指示電平為40dBμV,則:E=Ui-Ga-20lgle+Lr+6=40-0-(-5.8)+1+6=52.8dB(μV/m)下面分析在天線、饋線和儀器輸入阻抗匹配條件下,接收機(jī)輸入口的電平值Ui比電場強(qiáng)度E值小6dB問題。天線上感應(yīng)的電動勢Ee,內(nèi)阻為r,當(dāng)接收機(jī)輸入阻抗即為天線的負(fù)載阻抗R=r時:URi=12 Ee=21 E20lg UE R i=6(dB)電動勢Ee的無負(fù)載(開路)的輸出電壓就是E,是天線的輸出端的開路電壓。接收機(jī)或頻譜儀電平表讀數(shù)比場強(qiáng)值低6dB。所以,場強(qiáng)值要在設(shè)備讀數(shù)基礎(chǔ)上加6dB,否則,其讀數(shù)結(jié)果比真正的場強(qiáng)值要小6dB。這個結(jié)論,不僅適合阻抗匹配的組合式調(diào)頻電視場強(qiáng)儀,對中、短波組合場強(qiáng)儀同樣適用。這種組合式場強(qiáng)儀,最好在系統(tǒng)操作軟件中將這6dB固定存進(jìn)去,以簡化操作計算。
4、結(jié)束語：調(diào)頻電視場強(qiáng)測量是廣播電視技術(shù)監(jiān)測經(jīng)常性的、基礎(chǔ)性的工作,是監(jiān)測技術(shù)人員必須掌握的基本技能。為了能準(zhǔn)確地測量空中某點無線電波的場強(qiáng)值,須要正確選擇和使用標(biāo)準(zhǔn)的測量設(shè)備、正確選擇測試環(huán)境、正確掌握測試方法、不同接收天線高度的高度增益計算方法、組合式場強(qiáng)儀讀數(shù)的正確把握等,以保證場強(qiáng)測量的科學(xué)性、準(zhǔn)確性。
