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頻譜儀上顯示單位dbμV與dbμV/m區別

發布時間:2020-10-23信息來源:國測

強是電場強度的簡稱,它是天線在空間某點處感應電信號的大小,以表征該點的電場強度。其單位是微伏/米(μv/m),為方便起見,也有用dBμv/m(0dB=1μv)。


一、場強測量
場強的測量如圖所示。當天線在空中與被測信號極化方向相同時取得最大感應信號,一般可用射頻(RF)的有效值型電平表(電壓表)來測量。其測量原理如圖所示。

電場強度測量示意圖(1)
當線路匹配良好時,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為電場強度(dBμV/m);
Ga為接收天線增益(dB)。如果采用半波長偶極天線時Ga=0dB;
le為接收天線有效長度(λ/π);
Lf為接收饋線損耗(dB);
6為從終接值換算開放口的校正值(dB)。
而電場強度E(dBμV/m)則可從(1)式求出,即:
E =Er-Ga-20lgle+Lf+6---(2)
現舉實例具體說明:設測試頻率228.25MHz(λ=1.31m)
則20lgλ/π=20lg1.31/π≈-7.6dB;
接收天線為半波長偶極天線,Ga=0dB;Lf選用衰減10dB/100m型電纜,實用長度10m時衰減為1dB;儀表指示電平為15dBμV。
將上列數據代入(2)式時,即得E =Er-Ga-20lgle+Lf+6
=15-0-(-7.6)+1+6
=15+7.6+1+6
=29.6dBμV/m


二、場強儀
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。其實電平、電壓都是同一個物理量,因此,在很多場合這兩種單位在一個儀器中同時標出,這從某種意義上來說,電壓表也是電平表,電平表也是電平壓表,只不過習慣上把它分開稱呼而已。
場強儀故名思意是測量場強的儀器。場強儀的量值是μV/m作單位,它里面有一個長度單位m。從原理上來說,電平表(或電壓表)它量度的電壓值是在儀表的輸入端口,而場強儀所量度的電壓(或叫電勢)是天線在空中某一點感應的電壓。嚴格來說,場強儀是由電平表和天線組成。
就目前市面上的場強來看,它們也是將電平表的技術指標與天線分開。如日本安立公司ML524場強儀主機就是按一個電平表給出技術指標,頻率范圍、靈敏度、電平測量范圍、電平測試精度,而天線MP534A、MP666A作為選件,按頻段給出技術指標和天線系數。目前國內無線領域常用的南韓生產的 PTK3201場強儀,它也是按電平表給出指標,頻率范圍0.1~2000MHz,靈敏度0.3mV等都是以儀器輸入端口給定,有一根鞭裝天線,沒有天線系數,只能定性地測量信號場強大小,如果要測定dBμV/m 場強,則要選配測量天線。
由此可見,電平和場強、電平表和場強儀是有很大區別的。可是在一些場合常被混淆了,特別是在我國有線電視行業范圍內,有線電視信號是測量同步頭的電平來量度,以dBμV作單位,本應該叫做電視信號電平表,或電平表,然而從中國搞公用天線開始,不知怎么都叫它做場強儀。世界上最早的有線電視場強儀是日本利達公司生產的LFC944,利達原文是電視信號電平表,從那時起很多人把它稱作場強儀,筆者曾多次在CATV行業內提出應該稱作電平表,也許是稱呼人太多,至今仍叫場強儀,甚至外國人在中國交流時也只好認可這一稱呼,那只有以誤就誤了。關于有線電視范圍內“誤稱”的場強儀,筆者已將它分類為電視場強儀、電視頻譜圖像場強儀、CATV分析儀、頻譜分析儀已得到同行和專家們認可,這里不詳述。


三、頻譜分析儀與場強儀
就場強儀來說,它與天線關系非常密切,如果要求一定的測量精度,那么從式(1)就知,它直接與天線增益Ga有關,再則是天線的工作頻率范圍有關,這是最起碼的要求,因此不能說隨便找一根天線接在電平表上就行了。故在實踐中,這種天線稱之為測試天線,它有嚴格技術指標,如頻率范圍,天線增益以及阻抗、駐波比、前后比等等。為適應它的頻率范圍其形狀大有區別,有鞭壯天線,半波振子天線,對數周期天線,環行天線等。要求高的測試天線,價格也相當高,如日本安立的測試天線大概是主機的1/4。
以前場強儀總是將天線配套供給,即是說一臺場強儀必然是主機(電平表)配天線。隨著電子技術和電子測量技術的發展,特別是20世紀80年代以來,頻譜分析儀大量使用,單一的場強儀就越來越少了,甚至單一的電平表也都越來越少了(除非專業性很強的用途),因為它的功能可以用頻譜儀代理替。從原理上來說頻譜儀、電平表、場強儀(主機)基本原理方框是一樣的。頻譜儀本身就是測量頻譜范圍內的信號電平,如果用“零跨導”則就是一個選頻電平表。如果加上標準測試天線在頻譜儀上不就是可測量場強了嗎!比較好的頻譜儀,它可以將天線系數存在機內,使用時直接顯示場強數值μV/m。如安捷倫公司、安立公司頻譜儀大都有天線系數存儲功能。
就日本安立公司而言,80年代生產的場強儀ML518、HM650、MH649銷量較大,中國也買不少,80年代末生產的ML521/214系列的場強儀銷量顯著下降,因為它與此同時生產了頻譜分析儀MS610、MS2601等,而場強儀、頻譜儀都可用同樣的天線MP534、MP651、MP663等測量場強。它們指標差不多,價格也差不多。用戶當然選用功能強大的頻譜儀。目前就我國產的場強儀來說也很少生產,其主要原因也是由于頻譜儀代替。
用頻譜儀加上測試天線可以測量場強,當頻譜儀可以存天線系數的,那么可以直接顯示μV/m單位場強。如果不可存天線系數頻譜儀,則需要按前述的式(2)代入天線系數進行計算。如果用沒有天線系數的一般接收信號用的天線,那么只能在空間測量場強的強弱,而不能得出場強μV/m量值,即只能作定性測試分析,不可作定量測試分析。
綜合上述,在場強測量中,它取得的結果應是μV/m為單位,而由于電子技術和電子測量技術的發展單一功能的場強儀已很少,最常使用頻譜分析儀,較嚴格的測量時還應選擇測試用天線。

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