電視信號場(chǎng)強測量及空中管理

一、 電視信號及其場(chǎng)強

眾所周知，電視信號是在42-860MHz范圍內的載波信號上，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(lái)說(shuō)，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(chǎng)強測量及場(chǎng)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(chǎng)強測量及場(chǎng)強儀”。

這里要著(zhù)重說(shuō)明的有兩點(diǎn)：
1、 場(chǎng)強是單位長(cháng)度的天線(xiàn)在空中某點(diǎn)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(chǎng)強儀的組成是電平表（或頻譜儀）加上測試天線(xiàn)，而我國有線(xiàn)電視行業(yè)內所叫的場(chǎng)強儀一般都指的是電視信號電平表，是以峰值來(lái)度量。

二、 電視信號的測量

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

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

圖1：電視信號空中場(chǎng)強測量示意圖

對于電視信號電平表來(lái)說(shuō)，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(jìn)行全景掃描觀(guān)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(wú)線(xiàn)電信號，我們的任務(wù)是要觀(guān)察電視信號，那么這個(gè)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(shí)看到圖象，這才真正搜索到此頻段內的所有電視信號，并同時(shí)測出它的場(chǎng)強，也可監測到 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。
對于天線(xiàn)來(lái)說(shuō)，天線(xiàn)的頻率范圍應在46-860MHz，并給出天線(xiàn)系數K值。

這樣一來(lái)，場(chǎng)強儀便可由式（1）求出。不同天線(xiàn)生產(chǎn)廠(chǎng)家給出天線(xiàn)系數有正、負，用時(shí)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(cháng)，則可以忽略不計，這就是說(shuō)所測得的場(chǎng)強是電平表讀數加上天線(xiàn)系數。 即E=E r+ K -------- （2）
圖2、圖3是日本安立公司生產(chǎn)的天線(xiàn)，天線(xiàn)系數K分別為圖4、圖5，其中MP534A為半波振子型，MP666A為對數周期型。技術(shù)指標見(jiàn)表1。

圖2：MP534A半波振子天線(xiàn) 圖3：MP666A對數周期天線(xiàn)

圖4：MP534A天線(xiàn)系數K

圖5：MP666A天線(xiàn)系數K

圖6為國產(chǎn)900E天線(xiàn)，其中900EV為半波振子型，頻率為40～220MHz ；900EU為對數周期型，頻率為220～1000MHz。天線(xiàn)系數見(jiàn)圖7，技術(shù)指標見(jiàn)表1。

圖6：900E測量天線(xiàn)

圖7：900E天線(xiàn)系數K

表1

舉實(shí)例：

采用PRK3C+彩色電視圖象頻譜場(chǎng)強儀接上900E天線(xiàn)。PRK3C+開(kāi)機后工作在頻譜分析狀態(tài)，顯示多個(gè)信號，我們可移動(dòng)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(shí)也可以讀出電平數值。

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

三、 場(chǎng)強測量中的幾個(gè)問(wèn)題

1、 場(chǎng)強的測量精度

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

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，因在測量過(guò)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(chǎng)家將誤差標到±1 dB以下，其實(shí)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(shí)際測試現場(chǎng)就不可能達到那個(gè)特定條件，因此實(shí)際測量誤差會(huì )增大。

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

2、 場(chǎng)強測量的靈敏度

場(chǎng)強測量的一個(gè)重要問(wèn)題是靈敏度，即要求場(chǎng)強儀能將空中所需的微弱信號測出來(lái)。如前述的場(chǎng)強儀來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵是電平表的靈敏度。因為無(wú)論是那種測量天線(xiàn)，一般都不可能作成高增益。對于空中的電視信號來(lái)說(shuō)，我們也得有一個(gè)基本估計。一般來(lái)說(shuō)，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(shuō)在電視機的輸入端口，如果有30 dBμV以下的信號就是沒(méi)有意義。由此可以得知，如果從空中場(chǎng)強搜索到電平表端口來(lái)的信號，在30 dBμV應該能測量。為保證測量無(wú)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(lái)說(shuō)，電視信號場(chǎng)強儀靈敏度一般都在20～30 dBμV，無(wú)線(xiàn)用的場(chǎng)強儀、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(mǎn)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(mén)，要知道我自己轄區內，有哪些電視信號，它們的場(chǎng)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(lái)說(shuō)，一種最好的辦法是目前的電視場(chǎng)強儀加上測量天線(xiàn)；另一種辦法是電視場(chǎng)強儀加一般市面上用的室外電視接收天線(xiàn)。后者的天線(xiàn)沒(méi)有天線(xiàn)系數K，不能對儀器讀數進(jìn)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(gè)地方或方位的強弱。 我們可以稱(chēng)前者為定量測試，后者為定性測試。

四、 測量?jì)x器的選擇

綜合上述，電視信號場(chǎng)強測量及空中管理有著(zhù)它的特殊性，首先是要把信號搜索出來(lái)，并能識別它是電視信號，同時(shí)測量它的強度。筆者稱(chēng)這種儀器叫電視圖像頻譜場(chǎng)強儀。具體怎么選擇儀器和天線(xiàn)，首先是看你的要求，再則是考慮性?xún)r(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)濟型——EP303 該儀器頻率為46～860MHz 、動(dòng)態(tài)范圍20～130dBμV 、精度±2.5dB。

對于天線(xiàn)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(lái)說(shuō)，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(xiàn)，即可測量電視信號場(chǎng)強。

五、 自動(dòng)化測量

上述的幾種方案，都是要在電平表上讀數，然后用天線(xiàn)系數進(jìn)行修正。最好能將天線(xiàn)系數存在電平表中，自動(dòng)進(jìn)行修正，那么測量即可立即讀出場(chǎng)強數值，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(kāi)發(fā)的HEG008自動(dòng)測試軟件，即可將天線(xiàn)系數存入，在測量中自動(dòng)修正，讀出場(chǎng)強dBμV/m，并可即時(shí)打印。

圖8 自動(dòng)化測量場(chǎng)強示意圖

六、 高精度、高靈敏度的自動(dòng)化測量

前述的測量方案是基于實(shí)用性提出來(lái)的，性?xún)r(jià)比都很好。對于要求高的管理部門(mén)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(xiàn)也相應采用高精度，長(cháng)期穩定性好的天線(xiàn)。在筆記本電腦中裝入HEG-009自動(dòng)測試軟件，那么可自動(dòng)化、高精 度、實(shí)現在0dBμV測量電視信號場(chǎng)強。

電視信號場(chǎng)強儀測量及空中管理是一個(gè)較為復雜的課題，很多問(wèn)題尚需進(jìn)一步研究，請參閱本文的諸位來(lái)電與筆者討論。