基于場(chǎng)強(qiáng)儀及頻譜分析儀的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量

　　場(chǎng)強(qiáng)是電場(chǎng)強(qiáng)度的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是天線(xiàn)在空間某點(diǎn)處感應(yīng)電信號(hào)的大小，以表征該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。其單位是微伏/米(μv/m)，為方便起見(jiàn)，也有用dBμv/m(0dB=1μv)。

　　一、場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量

　　場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量如圖所示。當(dāng)天線(xiàn)在空中與被測(cè)信號(hào)極化方向相同時(shí)取得最大感應(yīng)信號(hào)，一般可用射頻(RF)的有效值型電平表(電壓表)來(lái)測(cè)量。其測(cè)量原理如圖所示。

　　電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量示意圖(1)

　　當(dāng)線(xiàn)路匹配良好時(shí)，儀表讀取的電平值是儀表輸入端口(一般50Ω或75Ω)所取得的射頻電壓Er(dBμv)。Er可用下式表示

　　Er=E+Ga+20lgle-Lf-6---(1)

　　Er為儀表輸入口的讀取電平(dBμV);

　　E為電場(chǎng)強(qiáng)度(dBμV/m);

　　Ga為接收天線(xiàn)增益(dB)。如果采用半波長(zhǎng)偶極天線(xiàn)時(shí)Ga=0dB;

　　le為接收天線(xiàn)有效長(zhǎng)度(λ/π);

　　Lf為接收饋線(xiàn)損耗(dB);

　　6為從終接值換算開(kāi)放口的校正值(dB)。

　　而電場(chǎng)強(qiáng)度E(dBμV/m)則可從(1)式求出，即：

　　E =Er-Ga-20lgle+Lf+6---(2)

　　現(xiàn)舉實(shí)例具體說(shuō)明：設(shè)測(cè)試頻率228.25MHz(λ=1.31m)

　　則20lgλ/π=20lg1.31/π≈-7.6dB;

　　接收天線(xiàn)為半波長(zhǎng)偶極天線(xiàn)，Ga=0dB;Lf選用衰減10dB/100m型電纜，實(shí)用長(zhǎng)度10m時(shí)衰減為1dB;儀表指示電平為15dBμV。

　　將上列數(shù)據(jù)代入(2)式時(shí)，即得E =Er-Ga-20lgle+Lf+6

　　=15-0-(-7.6)+1+6

　　=15+7.6+1+6

　　=29.6dBμV/m

　　二、場(chǎng)強(qiáng)儀

　　眾所周知，電平表是以分貝(dB)作單位，如dBμV、dBmV、dBm，而電壓表則是以伏特(V)作單位，如V、mV、μV、KV等。其實(shí)電平、電壓都是同一個(gè)物理量，因此，在很多場(chǎng)合這兩種單位在一個(gè)儀器中同時(shí)標(biāo)出，這從某種意義上來(lái)說(shuō)，電壓表也是電平表，電平表也是電平壓表，只不過(guò)習(xí)慣上把它分開(kāi)稱(chēng)呼而已。

　　場(chǎng)強(qiáng)儀故名思意是測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)的儀器。場(chǎng)強(qiáng)儀的量值是μV/m作單位，它里面有一個(gè)長(zhǎng)度單位m。從原理上來(lái)說(shuō)，電平表(或電壓表)它量度的電壓值是在儀表的輸入端口，而場(chǎng)強(qiáng)儀所量度的電壓(或叫電勢(shì))是天線(xiàn)在空中某一點(diǎn)感應(yīng)的電壓。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，場(chǎng)強(qiáng)儀是由電平表和天線(xiàn)組成。

　　就目前市面上的場(chǎng)強(qiáng)來(lái)看，它們也是將電平表的技術(shù)指標(biāo)與天線(xiàn)分開(kāi)。如日本安立公司ML524場(chǎng)強(qiáng)儀主機(jī)就是按一個(gè)電平表給出技術(shù)指標(biāo)，頻率范圍、靈敏度、電平測(cè)量范圍、電平測(cè)試精度，而天線(xiàn)MP534A、MP666A作為選件，按頻段給出技術(shù)指標(biāo)和天線(xiàn)系數(shù)。目前國(guó)內(nèi)無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域常用的南韓生產(chǎn)的 PTK3201場(chǎng)強(qiáng)儀，它也是按電平表給出指標(biāo)，頻率范圍0.1～2000MHz，靈敏度0.3mV等都是以?xún)x器輸入端口給定，有一根鞭裝天線(xiàn)，沒(méi)有天線(xiàn)系數(shù)，只能定性地測(cè)量信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)大小，如果要測(cè)定dBμV/m 場(chǎng)強(qiáng)，則要選配測(cè)量天線(xiàn)。

　　由此可見(jiàn)，電平和場(chǎng)強(qiáng)、電平表和場(chǎng)強(qiáng)儀是有很大區(qū)別的?？墒窃谝恍﹫?chǎng)合常被混淆了，特別是在我國(guó)有線(xiàn)電視行業(yè)范圍內(nèi)，有線(xiàn)電視信號(hào)是測(cè)量同步頭的電平來(lái)量度，以dBμV作單位，本應(yīng)該叫做電視信號(hào)電平表，或電平表，然而從中國(guó)搞公用天線(xiàn)開(kāi)始，不知怎么都叫它做場(chǎng)強(qiáng)儀。世界上最早的有線(xiàn)電視場(chǎng)強(qiáng)儀是日本利達(dá)公司生產(chǎn)的LFC944，利達(dá)原文是電視信號(hào)電平表，從那時(shí)起很多人把它稱(chēng)作場(chǎng)強(qiáng)儀，筆者曾多次在CATV行業(yè)內(nèi)提出應(yīng)該稱(chēng)作電平表，也許是稱(chēng)呼人太多，至今仍叫場(chǎng)強(qiáng)儀，甚至外國(guó)人在中國(guó)交流時(shí)也只好認(rèn)可這一稱(chēng)呼，那只有以誤就誤了。關(guān)于有線(xiàn)電視范圍內(nèi)“誤稱(chēng)”的場(chǎng)強(qiáng)儀，筆者已將它分類(lèi)為電視場(chǎng)強(qiáng)儀、電視頻譜圖像場(chǎng)強(qiáng)儀、CATV分析儀、頻譜分析儀已得到同行和專(zhuān)家們認(rèn)可，這里不詳述。

　　三、頻譜分析儀與場(chǎng)強(qiáng)儀

　　就場(chǎng)強(qiáng)儀來(lái)說(shuō)，它與天線(xiàn)關(guān)系非常密切，如果要求一定的測(cè)量精度，那么從式(1)就知，它直接與天線(xiàn)增益Ga有關(guān)，再則是天線(xiàn)的工作頻率范圍有關(guān)，這是最起碼的要求，因此不能說(shuō)隨便找一根天線(xiàn)接在電平表上就行了。故在實(shí)踐中，這種天線(xiàn)稱(chēng)之為測(cè)試天線(xiàn)，它有嚴(yán)格技術(shù)指標(biāo)，如頻率范圍，天線(xiàn)增益以及阻抗、駐波比、前后比等等。為適應(yīng)它的頻率范圍其形狀大有區(qū)別，有鞭壯天線(xiàn)，半波振子天線(xiàn)，對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)，環(huán)行天線(xiàn)等。要求高的測(cè)試天線(xiàn)，價(jià)格也相當(dāng)高，如日本安立的測(cè)試天線(xiàn)大概是主機(jī)的1/4。

　　以前場(chǎng)強(qiáng)儀總是將天線(xiàn)配套供給，即是說(shuō)一臺(tái)場(chǎng)強(qiáng)儀必然是主機(jī)(電平表)配天線(xiàn)。隨著電子技術(shù)和電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，特別是20世紀(jì)80年代以來(lái)，頻譜分析儀大量使用，單一的場(chǎng)強(qiáng)儀就越來(lái)越少了，甚至單一的電平表也都越來(lái)越少了(除非專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的用途)，因?yàn)樗墓δ芸梢杂妙l譜儀代理替。從原理上來(lái)說(shuō)頻譜儀、電平表、場(chǎng)強(qiáng)儀(主機(jī))基本原理方框是一樣的。頻譜儀本身就是測(cè)量頻譜范圍內(nèi)的信號(hào)電平，如果用“零跨導(dǎo)”則就是一個(gè)選頻電平表。如果加上標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試天線(xiàn)在頻譜儀上不就是可測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)了嗎!比較好的頻譜儀，它可以將天線(xiàn)系數(shù)存在機(jī)內(nèi)，使用時(shí)直接顯示場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值μV/m。如安捷倫公司、安立公司頻譜儀大都有天線(xiàn)系數(shù)存儲(chǔ)功能。

　　就日本安立公司而言，80年代生產(chǎn)的場(chǎng)強(qiáng)儀ML518、HM650、MH649銷(xiāo)量較大，中國(guó)也買(mǎi)不少，80年代末生產(chǎn)的ML521/214系列的場(chǎng)強(qiáng)儀銷(xiāo)量顯著下降，因?yàn)樗c此同時(shí)生產(chǎn)了頻譜分析儀MS610、MS2601等，而場(chǎng)強(qiáng)儀、頻譜儀都可用同樣的天線(xiàn)MP534、MP651、MP663等測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)。它們指標(biāo)差不多，價(jià)格也差不多。用戶(hù)當(dāng)然選用功能強(qiáng)大的頻譜儀。目前就我國(guó)產(chǎn)的場(chǎng)強(qiáng)儀來(lái)說(shuō)也很少生產(chǎn)，其主要原因也是由于頻譜儀代替。

　　用頻譜儀加上測(cè)試天線(xiàn)可以測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)，當(dāng)頻譜儀可以存天線(xiàn)系數(shù)的，那么可以直接顯示μV/m單位場(chǎng)強(qiáng)。如果不可存天線(xiàn)系數(shù)頻譜儀，則需要按前述的式(2)代入天線(xiàn)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。如果用沒(méi)有天線(xiàn)系數(shù)的一般接收信號(hào)用的天線(xiàn)，那么只能在空間測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)弱，而不能得出場(chǎng)強(qiáng)μV/m量值，即只能作定性測(cè)試分析，不可作定量測(cè)試分析。

　　綜合上述，在場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量中，它取得的結(jié)果應(yīng)是μV/m為單位，而由于電子技術(shù)和電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展單一功能的場(chǎng)強(qiáng)儀已很少，最常使用頻譜分析儀，較嚴(yán)格的測(cè)量時(shí)還應(yīng)選擇測(cè)試用天線(xiàn)。