電視信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量及空中管理

在一個(gè)地區(qū)的空中，有些什么電視信號(hào)，它們的場(chǎng)強(qiáng)是多少，這是廣電管理部門和無(wú)委會(huì)關(guān)心的課題。本文將從電子測(cè)量的角度來(lái)進(jìn)行討論。

一、 電視信號(hào)及其場(chǎng)強(qiáng)

眾所周知，電視信號(hào)是在42-860MHz范圍內(nèi)的載波信號(hào)上，調(diào)制視頻信號(hào)和伴音信號(hào)。要分析這些信號(hào)特征這是視頻分析和音頻分析的課題，但就其此信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)說(shuō)，是將電視信號(hào)的行同步信號(hào)電平作表征，因行同步信號(hào)是脈沖式，故用峰值作為度量。
對(duì)于場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量及場(chǎng)強(qiáng)儀作者已在另一篇文章中闡述，請(qǐng)參閱浩格網(wǎng)站www.szheg.com 中“場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量及場(chǎng)強(qiáng)儀”。

這里要著重說(shuō)明的有兩點(diǎn)：
1、 場(chǎng)強(qiáng)是單位長(zhǎng)度的天線在空中某點(diǎn)處感應(yīng)電信號(hào)的大小，其單位是微伏/米（μV/m），而不是電壓或電平單位V、μV或dB μV、dBm。

2、 場(chǎng)強(qiáng)儀的組成是電平表（或頻譜儀）加上測(cè)試天線，而我國(guó)有線電視行業(yè)內(nèi)所叫的場(chǎng)強(qiáng)儀一般都指的是電視信號(hào)電平表，是以峰值來(lái)度量。

二、 電視信號(hào)的測(cè)量

電視信號(hào)空中場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量原理，如作者在場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量與場(chǎng)強(qiáng)儀一文中所述。測(cè)量方框如圖1所示，鑒于電視信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的特點(diǎn)，故電平表應(yīng)該是電視信號(hào)電平表（即常稱的電視場(chǎng)強(qiáng)儀），天線應(yīng)是在電視頻段范圍內(nèi)的測(cè)量天線。場(chǎng)強(qiáng)值E由如下式（1）求出。

E=E r＋ K + Lf (dBμV/m) —--(1)
其中：
E為場(chǎng)強(qiáng)值(dBμV/m)
E r為電平表輸入端口電平值(dBμV)
K 為天線系數(shù)（dB）
Lf 為聯(lián)接電纜損耗值（dB）

圖1：電視信號(hào)空中場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量示意圖

對(duì)于電視信號(hào)電平表來(lái)說(shuō)，最好是除能測(cè)量電平外，還具有頻譜分析儀功能，可對(duì)要求的頻段范圍的信號(hào)進(jìn)行全景掃描觀察，然后按游標(biāo)鎖定你需要的信號(hào)。然而空中的信號(hào)除電視信號(hào)外，還有很多別的信號(hào) ，如通信信號(hào)、電臺(tái)信號(hào)等等無(wú)線電信號(hào)，我們的任務(wù)是要觀察電視信號(hào)，那么這個(gè)儀器還應(yīng)具備電視圖象顯示功能，一旦信號(hào)搜索鎖定，那么可以同時(shí)看到圖象，這才真正搜索到此頻段內(nèi)的所有電視信號(hào)，并同時(shí)測(cè)出它的場(chǎng)強(qiáng)，也可監(jiān)測(cè)到 哪些是我們管轄的電視臺(tái)，是否有我們非管轄的電視臺(tái)出現(xiàn)。
對(duì)于天線來(lái)說(shuō)，天線的頻率范圍應(yīng)在46-860MHz，并給出天線系數(shù)K值。

這樣一來(lái)，場(chǎng)強(qiáng)儀便可由式（1）求出。不同天線生產(chǎn)廠家給出天線系數(shù)有正、負(fù)，用時(shí)請(qǐng)注意，如本文中安立公司為一K，國(guó)產(chǎn)900E為+K。
如果連接電纜為1～2米長(zhǎng)，則可以忽略不計(jì)，這就是說(shuō)所測(cè)得的場(chǎng)強(qiáng)是電平表讀數(shù)加上天線系數(shù)。 即E=E r+ K -------- （2）
圖2、圖3是日本安立公司生產(chǎn)的天線，天線系數(shù)K分別為圖4、圖5，其中MP534A為半波振子型，MP666A為對(duì)數(shù)周期型。技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

圖2：MP534A半波振子天線 圖3：MP666A對(duì)數(shù)周期天線

圖4：MP534A天線系數(shù)K

圖5：MP666A天線系數(shù)K

圖6為國(guó)產(chǎn)900E天線，其中900EV為半波振子型，頻率為40～220MHz ；900EU為對(duì)數(shù)周期型，頻率為220～1000MHz。天線系數(shù)見(jiàn)圖7，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

圖6：900E測(cè)量天線

圖7：900E天線系數(shù)K

表1

舉實(shí)例：

采用PRK3C+彩色電視圖象頻譜場(chǎng)強(qiáng)儀接上900E天線。PRK3C+開機(jī)后工作在頻譜分析狀態(tài)，顯示多個(gè)信號(hào)，我們可移動(dòng)游標(biāo)，搜索到320.25MHz 處有信號(hào)，再將儀器置于電視接收狀態(tài)，收到圖象的同時(shí)也可以讀出電平數(shù)值。

設(shè)電平數(shù)值為68 dBμV
查圖7，橫軸在320.25MHz，縱軸的K值為9 dB
故場(chǎng)強(qiáng)為 E=68 dBuV+9 dB=77 dBμV/m

三、 場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量中的幾個(gè)問(wèn)題

1、 場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量精度

要測(cè)量空中場(chǎng)強(qiáng)，不言而喻是天線在空中某點(diǎn)處感應(yīng)電信號(hào)，首先天線測(cè)量是有方向性的，因此必須旋轉(zhuǎn)天線取其最大值。
就其測(cè)試精度而言，主要誤差來(lái)源是儀器與天線。

一般來(lái)說(shuō)，電平表的誤差為±（1～3）dB，我意見(jiàn)選在±1.5dB為宜，如果選±1dB的更好，但不能過(guò)分追求高的精度，因在測(cè)量過(guò)程中駐波對(duì)精度影響很大，小于1 dB的精度是很難的。有些廠家將誤差標(biāo)到±1 dB以下，其實(shí)它是在特定測(cè)試設(shè)備下測(cè)試，并給予誤差修正后獲得，而在實(shí)際測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)就不可能達(dá)到那個(gè)特定條件，因此實(shí)際測(cè)量誤差會(huì)增大。

天線系數(shù)誤差在±1dB以下。
這樣一來(lái)，電平表和天線兩者誤差在一起共為±2.5dB。實(shí)際上還有很多隨機(jī)的因素，特別是測(cè)量小信號(hào)時(shí)噪聲及其他干擾很大。我認(rèn)為場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量誤差要求在3-4dB是合理的。

2、 場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量的靈敏度

場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量的一個(gè)重要問(wèn)題是靈敏度，即要求場(chǎng)強(qiáng)儀能將空中所需的微弱信號(hào)測(cè)出來(lái)。如前述的場(chǎng)強(qiáng)儀來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵是電平表的靈敏度。因?yàn)闊o(wú)論是那種測(cè)量天線，一般都不可能作成高增益。對(duì)于空中的電視信號(hào)來(lái)說(shuō)，我們也得有一個(gè)基本估計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，電視機(jī)能較好的收到圖像應(yīng)在60 dBμV以上，能收到電視圖象在50 dBμV，如果在40 dBμV以下就難以收到了，30 dBμV就什么都看不到了。這是說(shuō)在電視機(jī)的輸入端口，如果有30 dBμV以下的信號(hào)就是沒(méi)有意義。由此可以得知，如果從空中場(chǎng)強(qiáng)搜索到電平表端口來(lái)的信號(hào)，在30 dBμV應(yīng)該能測(cè)量。為保證測(cè)量無(wú)誤，因此我們應(yīng)選擇電平表靈敏度為20 dBμV為宜。也許有人提出是否可以更高些呢，就目前來(lái)說(shuō)，電視信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)儀靈敏度一般都在20～30 dBμV，無(wú)線用的場(chǎng)強(qiáng)儀、頻譜分析儀的靈敏度可以在零點(diǎn)幾個(gè)微伏（即0 dBμV以下） ，但它不能顯示圖像，不能滿足我們擬定的測(cè)試項(xiàng)目。

3、 電視信號(hào)的空中管理

對(duì)于電視信號(hào)空中管理部門，要知道我自己轄區(qū)內(nèi)，有哪些電視信號(hào)，它們的場(chǎng)強(qiáng)多大，是非常必要的，但要追求高的精度就不一定必要了。從這種意義上來(lái)說(shuō)，一種最好的辦法是目前的電視場(chǎng)強(qiáng)儀加上測(cè)量天線；另一種辦法是電視場(chǎng)強(qiáng)儀加一般市面上用的室外電視接收天線。后者的天線沒(méi)有天線系數(shù)K，不能對(duì)儀器讀數(shù)進(jìn)行修正，但它也可以搜索到所有電視信號(hào)，并可測(cè)到儀器端口的電平值，已看得出這些電視信號(hào)在某個(gè)地方或方位的強(qiáng)弱。 我們可以稱前者為定量測(cè)試，后者為定性測(cè)試。

四、 測(cè)量?jī)x器的選擇

綜合上述，電視信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量及空中管理有著它的特殊性，首先是要把信號(hào)搜索出來(lái)，并能識(shí)別它是電視信號(hào)，同時(shí)測(cè)量它的強(qiáng)度。筆者稱這種儀器叫電視圖像頻譜場(chǎng)強(qiáng)儀。具體怎么選擇儀器和天線，首先是看你的要求，再則是考慮性價(jià)比，下面提出幾種方案。

1、 高精度型——PRK7 該儀器頻率為5～2050MHz、 動(dòng)態(tài)范圍20～130dBμV、 精度±1dB。
2、 適用型——PRK3C+（彩色圖象）、PRK3+ 該儀器頻率為5～2050MHz、 動(dòng)態(tài)范圍20～130dBμV、 精度±1.5dB。
3、 經(jīng)濟(jì)型——MC377 該儀器頻率為5～2050MHz 、動(dòng)態(tài)范圍20～130dBμV 、精度±3dB。
4、 最經(jīng)濟(jì)型——EP303 該儀器頻率為46～860MHz 、動(dòng)態(tài)范圍20～130dBμV 、精度±2.5dB。

對(duì)于天線的選擇已很明白了，要求高的選用日本安立公司生產(chǎn)的MP534A、MP666A，它適合配PRK7，獲得高精度測(cè)量。一般來(lái)說(shuō)，選用國(guó)產(chǎn)900E即可。
綜合上述，作為一般電視信號(hào)空中管理測(cè)量，只要選擇其中任何一種儀器，配上天線，即可測(cè)量電視信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)。

五、 自動(dòng)化測(cè)量

上述的幾種方案，都是要在電平表上讀數(shù)，然后用天線系數(shù)進(jìn)行修正。最好能將天線系數(shù)存在電平表中，自動(dòng)進(jìn)行修正，那么測(cè)量即可立即讀出場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值，其方案如圖8所示。

前述的PRK3C+、PRK3+、PRK7均有R232接口，在筆記本電腦中裝入浩格公司開發(fā)的HEG008自動(dòng)測(cè)試軟件，即可將天線系數(shù)存入，在測(cè)量中自動(dòng)修正，讀出場(chǎng)強(qiáng)dBμV/m，并可即時(shí)打印。

圖8 自動(dòng)化測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)示意圖

六、 高精度、高靈敏度的自動(dòng)化測(cè)量

前述的測(cè)量方案是基于實(shí)用性提出來(lái)的，性價(jià)比都很好。對(duì)于要求高的管理部門來(lái)說(shuō)，可以花較高的代價(jià)，尋求高的精度和高靈敏度，那就可以采用頻譜分析儀方案，如圖9所示。

圖9：高精度高靈敏度自動(dòng)化測(cè)量方案

此方案是采用水平較高的頻譜分析儀，或CATV分析儀作為電平表， 如HP8591C或TEK2715 頻譜分析儀，它本身也是一個(gè)CATV分析儀，其靈敏度在1μV以下。天線也相應(yīng)采用高精度，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好的天線。在筆記本電腦中裝入HEG-009自動(dòng)測(cè)試軟件，那么可自動(dòng)化、高精 度、實(shí)現(xiàn)在0dBμV測(cè)量電視信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)。

電視信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)量及空中管理是一個(gè)較為復(fù)雜的課題，很多問(wèn)題尚需進(jìn)一步研究，請(qǐng)參閱本文的諸位來(lái)電與筆者討論。