基于場強(qiáng)儀及頻譜分析儀的場強(qiáng)測量

場強(qiáng)是電場強(qiáng)度的簡稱，它是天線在空間某點處感應(yīng)電信號的大小，以表征該點的電場強(qiáng)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(qiáng)測量

場強(qiáng)的測量如圖所示。當(dāng)天線在空中與被測信號極化方向相同時取得最大感應(yīng)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(qiáng)度測量示意圖(1)

當(dāng)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(qiáng)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(qiáng)度E(dBμV/m)則可從(1)式求出，即：

E =Er-Ga-20lgle+Lf+6---(2)

現(xiàn)舉實例具體說明：設(shè)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(shù)據(jù)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(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(biāo)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(xí)慣上把它分開稱呼而已。

場強(qiáng)儀故名思意是測量場強(qiáng)的儀器。場強(qiáng)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(qiáng)儀所量度的電壓(或叫電勢)是天線在空中某一點感應(yīng)的電壓。嚴(yán)格來說，場強(qiáng)儀是由電平表和天線組成。

就目前市面上的場強(qiáng)來看，它們也是將電平表的技術(shù)指標(biāo)與天線分開。如日本安立公司ML524場強(qiáng)儀主機(jī)就是按一個電平表給出技術(shù)指標(biāo)，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(shù)指標(biāo)和天線系數(shù)。目前國內(nèi)無線領(lǐng)域常用的南韓生產(chǎn)的 PTK3201場強(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等都是以儀器輸入端口給定，有一根鞭裝天線，沒有天線系數(shù)，只能定性地測量信號場強(qiáng)大小，如果要測定dBμV/m 場強(qiáng)，則要選配測量天線。

由此可見，電平和場強(qiáng)、電平表和場強(qiáng)儀是有很大區(qū)別的?？墒窃谝恍﹫龊铣１换煜?，特別是在我國有線電視行業(yè)范圍內(nèi)，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(yīng)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(qiáng)儀。世界上最早的有線電視場強(qiáng)儀是日本利達(dá)公司生產(chǎn)的LFC944，利達(dá)原文是電視信號電平表，從那時起很多人把它稱作場強(qiáng)儀，筆者曾多次在CATV行業(yè)內(nèi)提出應(yīng)該稱作電平表，也許是稱呼人太多，至今仍叫場強(qiáng)儀，甚至外國人在中國交流時也只好認(rèn)可這一稱呼，那只有以誤就誤了。關(guān)于有線電視范圍內(nèi)“誤稱”的場強(qiáng)儀，筆者已將它分類為電視場強(qiáng)儀、電視頻譜圖像場強(qiáng)儀、CATV分析儀、頻譜分析儀已得到同行和專家們認(rèn)可，這里不詳述。

三、頻譜分析儀與場強(qiáng)儀

就場強(qiáng)儀來說，它與天線關(guān)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(guān)，再則是天線的工作頻率范圍有關(guān)，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(yán)格技術(shù)指標(biāo)，如頻率范圍，天線增益以及阻抗、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，半波振子天線，對數(shù)周期天線，環(huán)行天線等。要求高的測試天線，價格也相當(dāng)高，如日本安立的測試天線大概是主機(jī)的1/4。

以前場強(qiáng)儀總是將天線配套供給，即是說一臺場強(qiáng)儀必然是主機(jī)(電平表)配天線。隨著電子技術(shù)和電子測量技術(shù)的發(fā)展，特別是20世紀(jì)80年代以來，頻譜分析儀大量使用，單一的場強(qiáng)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(yè)性很強(qiáng)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(qiáng)儀(主機(jī))基本原理方框是一樣的。頻譜儀本身就是測量頻譜范圍內(nèi)的信號電平，如果用“零跨導(dǎo)”則就是一個選頻電平表。如果加上標(biāo)準(zhǔn)測試天線在頻譜儀上不就是可測量場強(qiáng)了嗎!比較好的頻譜儀，它可以將天線系數(shù)存在機(jī)內(nèi)，使用時直接顯示場強(qiáng)數(shù)值μV/m。如安捷倫公司、安立公司頻譜儀大都有天線系數(shù)存儲功能。

就日本安立公司而言，80年代生產(chǎn)的場強(qiáng)儀ML518、HM650、MH649銷量較大，中國也買不少，80年代末生產(chǎn)的ML521/214系列的場強(qiáng)儀銷量顯著下降，因為它與此同時生產(chǎn)了頻譜分析儀MS610、MS2601等，而場強(qiáng)儀、頻譜儀都可用同樣的天線MP534、MP651、MP663等測量場強(qiáng)。它們指標(biāo)差不多，價格也差不多。用戶當(dāng)然選用功能強(qiáng)大的頻譜儀。目前就我國產(chǎn)的場強(qiáng)儀來說也很少生產(chǎn)，其主要原因也是由于頻譜儀代替。

用頻譜儀加上測試天線可以測量場強(qiáng)，當(dāng)頻譜儀可以存天線系數(shù)的，那么可以直接顯示μV/m單位場強(qiáng)。如果不可存天線系數(shù)頻譜儀，則需要按前述的式(2)代入天線系數(shù)進(jìn)行計算。如果用沒有天線系數(shù)的一般接收信號用的天線，那么只能在空間測量場強(qiáng)的強(qiáng)弱，而不能得出場強(qiáng)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(qiáng)測量中，它取得的結(jié)果應(yīng)是μV/m為單位，而由于電子技術(shù)和電子測量技術(shù)的發(fā)展單一功能的場強(qiáng)儀已很少，最常使用頻譜分析儀，較嚴(yán)格的測量時還應(yīng)選擇測試用天線。