電視信號場強測量及空中管理

一、 電視信號及其場強

眾所周知，電視信號是在42-860MHz范圍內(nèi)的載波信號上，調制視頻信號和伴音信號。要分析這些信號特征這是視頻分析和音頻分析的課題，但就其此信號強弱來說，是將電視信號的行同步信號電平作表征，因行同步信號是脈沖式，故用峰值作為度量。
對于場強測量及場強儀作者已在另一篇文章中闡述，請參閱浩格網(wǎng)站www.szheg.com 中“場強測量及場強儀”。

這里要著重說明的有兩點：
1、 場強是單位長度的天線在空中某點處感應電信號的大小，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、 場強儀的組成是電平表（或頻譜儀）加上測試天線，而我國有線電視行業(yè)內(nèi)所叫的場強儀一般都指的是電視信號電平表，是以峰值來度量。

二、 電視信號的測量

電視信號空中場強的測量原理，如作者在場強測量與場強儀一文中所述。測量方框如圖1所示，鑒于電視信號場強的特點，故電平表應該是電視信號電平表（即常稱的電視場強儀），天線應是在電視頻段范圍內(nèi)的測量天線。場強值E由如下式（1）求出。

E=E r＋ K + Lf (dBμV/m) —--(1)
其中：
E為場強值(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：電視信號空中場強測量示意圖

對于電視信號電平表來說，最好是除能測量電平外，還具有頻譜分析儀功能，可對要求的頻段范圍的信號進行全景掃描觀察，然后按游標鎖定你需要的信號。然而空中的信號除電視信號外，還有很多別的信號 ，如通信信號、電臺信號等等無線電信號，我們的任務是要觀察電視信號，那么這個儀器還應具備電視圖象顯示功能，一旦信號搜索鎖定，那么可以同時看到圖象，這才真正搜索到此頻段內(nèi)的所有電視信號，并同時測出它的場強，也可監(jiān)測到 哪些是我們管轄的電視臺，是否有我們非管轄的電視臺出現(xiàn)。
對于天線來說，天線的頻率范圍應在46-860MHz，并給出天線系數(shù)K值。

這樣一來，場強儀便可由式（1）求出。不同天線生產(chǎn)廠家給出天線系數(shù)有正、負，用時請注意，如本文中安立公司為一K，國產(chǎn)900E為+K。
如果連接電纜為1～2米長，則可以忽略不計，這就是說所測得的場強是電平表讀數(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為對數(shù)周期型。技術指標見表1。

圖2：MP534A半波振子天線 圖3：MP666A對數(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為國產(chǎn)900E天線，其中900EV為半波振子型，頻率為40～220MHz ；900EU為對數(shù)周期型，頻率為220～1000MHz。天線系數(shù)見圖7，技術指標見表1。

圖6：900E測量天線

圖7：900E天線系數(shù)K

表1

舉實例：

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

設電平數(shù)值為68 dBμV
查圖7，橫軸在320.25MHz，縱軸的K值為9 dB
故場強為 E=68 dBuV+9 dB=77 dBμV/m

三、 場強測量中的幾個問題

1、 場強的測量精度

要測量空中場強，不言而喻是天線在空中某點處感應電信號，首先天線測量是有方向性的，因此必須旋轉天線取其最大值。
就其測試精度而言，主要誤差來源是儀器與天線。

一般來說，電平表的誤差為±（1～3）dB，我意見選在±1.5dB為宜，如果選±1dB的更好，但不能過分追求高的精度，因在測量過程中駐波對精度影響很大，小于1 dB的精度是很難的。有些廠家將誤差標到±1 dB以下，其實它是在特定測試設備下測試，并給予誤差修正后獲得，而在實際測試現(xiàn)場就不可能達到那個特定條件，因此實際測量誤差會增大。

天線系數(shù)誤差在±1dB以下。
這樣一來，電平表和天線兩者誤差在一起共為±2.5dB。實際上還有很多隨機的因素，特別是測量小信號時噪聲及其他干擾很大。我認為場強測量誤差要求在3-4dB是合理的。

2、 場強測量的靈敏度

場強測量的一個重要問題是靈敏度，即要求場強儀能將空中所需的微弱信號測出來。如前述的場強儀來說，關鍵是電平表的靈敏度。因為無論是那種測量天線，一般都不可能作成高增益。對于空中的電視信號來說，我們也得有一個基本估計。一般來說，電視機能較好的收到圖像應在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。這是說在電視機的輸入端口，如果有30 dBμV以下的信號就是沒有意義。由此可以得知，如果從空中場強搜索到電平表端口來的信號，在30 dBμV應該能測量。為保證測量無誤，因此我們應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，就目前來說，電視信號場強儀靈敏度一般都在20～30 dBμV，無線用的場強儀、頻譜分析儀的靈敏度可以在零點幾個微伏（即0 dBμV以下） ，但它不能顯示圖像，不能滿足我們擬定的測試項目。

3、 電視信號的空中管理

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

四、 測量儀器的選擇

綜合上述，電視信號場強測量及空中管理有著它的特殊性，首先是要把信號搜索出來，并能識別它是電視信號，同時測量它的強度。筆者稱這種儀器叫電視圖像頻譜場強儀。具體怎么選擇儀器和天線，首先是看你的要求，再則是考慮性價比，下面提出幾種方案。

1、 高精度型——PRK7 該儀器頻率為5～2050MHz、 動態(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、 動態(tài)范圍20～130dBμV、 精度±1.5dB。
3、 經(jīng)濟型——MC377 該儀器頻率為5～2050MHz 、動態(tài)范圍20～130dBμV 、精度±3dB。
4、 最經(jīng)濟型——EP303 該儀器頻率為46～860MHz 、動態(tài)范圍20～130dBμV 、精度±2.5dB。

對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，獲得高精度測量。一般來說，選用國產(chǎn)900E即可。
綜合上述，作為一般電視信號空中管理測量，只要選擇其中任何一種儀器，配上天線，即可測量電視信號場強。

五、 自動化測量

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)進行修正。最好能將天線系數(shù)存在電平表中，自動進行修正，那么測量即可立即讀出場強數(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自動測試軟件，即可將天線系數(shù)存入，在測量中自動修正，讀出場強dBμV/m，并可即時打印。

圖8 自動化測量場強示意圖

六、 高精度、高靈敏度的自動化測量

前述的測量方案是基于實用性提出來的，性價比都很好。對于要求高的管理部門來說，可以花較高的代價，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化測量方案

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CATV分析儀，其靈敏度在1μV以下。天線也相應采用高精度，長期穩(wěn)定性好的天線。在筆記本電腦中裝入HEG-009自動測試軟件，那么可自動化、高精 度、實現(xiàn)在0dBμV測量電視信號場強。

電視信號場強儀測量及空中管理是一個較為復雜的課題，很多問題尚需進一步研究，請參閱本文的諸位來電與筆者討論。