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场强仪操作使用方法
时间:2022-03-03 点击次数:2529

 一种测量电视信号场强的仪器。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。一般电子爱好者理解的场强测量,实际上就是用天线来接收感应空中的电视信号,或直接连接至有线电视的信号输出插孔中,用场强仪来读取其信号强度

  实际上,对电视信号通常是测量其同步头的电平来衡量信号的强弱,以dBμV作单位,然而大家都习惯叫场强测量。场强仪主要用来测试电视场强电平,一般都由射频输入及衰减电路、高频调谐电路、中频解调电路、视频处理电路、频谱处理电路、同步及显示电路、伴音及场强音调电路、电源及电池充电电路等部分所组成。

  场强仪的功能对于电视信号场强仪来说,除了基本的电平测量功能外,一般还具有伴音测量、载/噪比测量、图像显示、同步脉冲显示、场强音响提示、数字频率显示、视频信号输出/输入、对外部LNB供电等功能。场强仪一般装备有电池,方便携带外出工作。电池可使用市电充电,或使用汽车代电器充电,充电后可一般可工作6小时以上。很多场强仪具有频谱分析功能,可对全电视频段范围的信号进行全景扫描观察,然后按游标锁定需要的信号进行测量。场强仪按其功能可分为电视场强仪、电视频谱图像场强仪、CATV分析仪等。  

场强仪在天线的架设、无线发射机的凋试中起着十分重要的作用,但用的场强仪电路复杂,价格昂贵。一般爱好者是力不能及的。笔者设计了一个简易场强仪可用于一般的无线发射、接收设备的调试。 
  一般的场强仪电路大都采用专门的宽频带放大器放大后检波,再经过一系列电路送到指示仪表,这种方法的指示性能较高,但电路结构和调整都很复杂,而笔者设计的这个简易场强仪是采用先检波后进行直流放大的方案,电路简单,其原理如下:
  由天线TX、二极管D1、电容C1构成的电路接收到高频信号,经  过D2、C2检波后产生的直流电压,再经过:BG1、BG2放大后,推动LED发光指示,调节W,控制BG1的基极电压,进而改变LED的发光强弱,达到调节灵敏度的作用。 
  虽然检波器的灵敏度(检波后输出的直流电压与输入到二极管的高频交流电压之比)随着高频电压的幅值减小而急速降低,但对于简易场强仪,选择频率特性好的检波二极管,调节好W,还是可以进行检测的,本场强仪的频率测试上限取决于二极管D1、D2的工作频率。 

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。

  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。

  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

  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。

  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。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,常使用频谱分析仪,较严格的测量时还应选择测试用天线。

  四、场强仪的使用方法

  ①正确连接电缆,连接电缆不宜过长。假若非用长电缆不可时,则必须在仪表的读数上加上电缆的损耗,尤其是高频段。

  ②场强仪不仅要测量图像载波电平,还要测量调频声音广播信号载波电平,因此,所用信号电平应包括声音载波电平和图像载波电平。声音载波电平定义为,在75 Ω终端上无调制声音载波电压的有效值,以dBμV来表示。图像载波电平定义为,在75 Ω终端上调制包络峰处(同步头)的图像载波电压的有效值,以dBμV来表示。所以,图像载波电平的测量检波器应为峰值检波器,使用时要注意。

  ③使用环境温度。北方的隆冬要注意采取保温措施,盛夏的南方要尽量避免将仪器直接置于日晒之下,否则读数误差将会大大超过技术指标的范围。

  ④使用场强仪要经常移动,注意不要碰撞,以免损坏仪器的外壳和降俯度。

  ⑤场强仪一定要进行周期计量或与经过专门计量过的场强仪进行对比校验,以免仪器不得出误判。

 

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