优秀的数字电视测试设备-场强仪

时间：2015-04-12

场强仪故名思意是测量场强的仪器。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。其单位是微伏/米(μv/m)，为方便起见，也有用dBμv/m(0dB=1μv)。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。如今随着数字化信息的推广在城镇农村数字化电视已经普及，那电视信号有时如何检测？数字化电视又是如何有效的安装呢？这些都会接触到场强，以下我会通过案例的形式来跟大家了解下什么是场强仪，他又有什么妙用？

案例分析：

根据GY/T170—2001《有线数字电视广播信道编码与调制规范》规定数字电视信号RMS（均方根）的电平值应低于模拟信号峰值电平0~10dB。但在绝大多数经营有线电视网络的营运单位，并不具有测量RMS电平值的测试手段。一般的情况下绝大多数中小有线网络营运单位只有简单的模拟信号测试手段，这就提出了一个问题：在数字电视信号（DVB—C）快速发展的今天，如何以现有的测试手段去完成数字信号的测量？为了说明问题，我们可以用一般的场强仪和频谱分析仪去进行模拟信号和数字电视信号电平的测试，并进行对比分析。先假设在网络中传输的模拟信号的电平值与数字电视信号的RMS电平值之差为零。这时用一般的场强仪去分别测量模拟信号和数字电视信号的电平值，就会发现数字电视信号的电平值会比模拟电视的电平值低十几个dB；更奇怪的是如果用频谱分析仪进行此类测试时，会发现对应于不同的中频扫描带宽（RBW），模拟信号电平与数字电视信号电平之间呈现出不同的电平差。为什么这样？要回答这个问题，首先要回答模拟信号与数字电视信号在频谱上的差异。模拟信号的峰值出现在载频点，而数字电视信号在频谱上是看不出载频点的。在一个合适的频段内，数字电视信号的电平谱更类似于噪声的频谱。这是由于数字电视信号的频谱是由无数不断变动的载波组成，所以在一个合适的频段内更象是一段噪声频谱。所以对数字电视信号的测量更适合的方式应为类似于噪声的测量。我们可以回忆一下模拟信号载噪比的定义：C/N=20lg（图像载波电平有效值/噪声电平均方根值（规定带宽内））

其中“规定带宽内”的带宽为5.75MHz

由此我们可以初步的理解到，均方根值的测量是与测量带宽有关的。其实我们大可以这样理解数字电视信号RMS值的含义为“带内功率电平值”。其所指“带内”是指-3dB带宽内，“带内功率”是指-3dB带宽内信号功率之和。有了这样的认识，我们就可以理解模拟信号和数字电视信号在测量中所呈现的差异。一般的场强仪均具有一个固定的中频扫描带宽，大约为300KHz左右，在测模拟信号时，出现在300KHz扫描带宽内的只有一个载波的峰值功率电平，不存在多个峰值电平之和；而测量数字电视信号电平时，所显示的是在300KHz扫描带宽内的功率电平之和，而非完整的数字电视信号功率电平。这也就能解释在用频谱分析低度进行测量时，对应不同的中频扫描带宽，测同一个数字电视信号的电平会出现差异的原因。理论上，数字电视信号的带宽与QAM调制的阶数、符号率及滚降系数有关，具体公式为：信号带宽=符号率×（1+α）在QAM64的调制方式中，设定符合率为6.875，α=0.15时，信号带宽为7.90625MHz 又假定某测量仪器的中频扫描带宽为300KHz。而测试某数字电视信号电平为S。，则总的数字电视信号电平S则为：

数字电视信号带宽/0.3

S=S。+10lg+K K为修正系数，有资料介绍为1.7dB. 7.90625/03 代入上述各值：S=S。+10lg + 1.7 =S。+15.9085 至此，事情似乎已经有了个结论：用一般的场强仪或是频谱分析仪是可以测试数字电视信号电平地。只不过需在测试值上加上一个修正值。然而事情远没这么简单，问题就出在这个修正值的确定上。因为理论上的修正值并不是实际的修正值。实际的修正值受各个仪器本身的真实中频扫描带宽、中频滤波器的波形系数、滚降率等因素的影响，与理论值相差甚远

场强仪工作原理

　　宽带场强仪工作原理是明显的，简述如下：

　　Q3作放大，调整其集电极电流为7mA，这时它的噪声较低。

　　Q2作检波，调整其集电极电压为0.3V，静态为临界饱和状态。

　　Q1不需调整，静态时其处于截至状态，集电极电压13.5V和调谐指示管6E2阴极等电位，荧光屏分开较大。

　　场强仪对于检修或调整发射电路很有帮助。然而专业场强仪都是测量某一频点的场强，需要复杂的频率选择电路。制作复杂，费用高，不是业余制作所能承受的。而实际上，发射电路工作时信号很强，远大于自由空间的其它电波信号。这些信号对于测量的影响很小。因而只用来测量发射电路，复杂的选频电路并不一定必要，反而会增加使用的复杂性。

　　使用时将场强仪的A、B两点分别接发射电路的天线端和地端。万用表置于直流10V或50V档。它实际上只是一个万用表的高频检波探头，使用时需要和被测电路连接在一起，测量的是天线上的高频电压，对场强是一种间接的测量。实际上场强不单和天线上的电压有关，还和天线的性能有关，因而还不能算作真正的场强仪。但是从这里可以看出测量场强还是有很多简单的方法可以用的。

场强仪的特点

　　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，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，这是较起码的要求，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。

　　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，频谱分析仪大量使用，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（除非专业性很强的用途），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。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。

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**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准确度。

　　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，以免仪器不准确得出误判。

场强的测量

　　场强的测量，当天线在空中与被测信号较化方向相同时取得较大感应信号，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）。如果采用半波长偶较天线时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较天线，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

场强仪的功能

　　场强仪的功能对于电视信号场强仪来说，除了较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。高级的场强仪一般涵盖电视和卫星频段，具备频谱分析功能和彩色图像显示，能对模拟电视信号和数字电视信号进行测量和分析。一般系统内**个频道作为低端，最后一个频道作为高端。

　　首先均衡器一定要和系统匹配。

　　由于电缆传输特性影响，高端衰减大于地段衰减，如果末端高低端电平差值为8dB，就在前面的放大器输出端插一个8dB均衡（也有旋钮调节，*随温度等变化，淘汰了），压低低端电平，使传输一段电缆后高低端电平大致一样。

　　注意：好的放大器设计有两级均衡，前级使得进入放大器信号平坦放大，后面一级均衡控制后级的输出均衡。

　　75-9线一般都是放大器到分支分配用的.放大器到用户间一般都用75-5线.放大器出来的电瓶信号一般在（高端:103左右\低端跟它相差10个电瓶左右）.到用户终端电瓶信号在65-75之间为正常.这样一定能保证用户收看到清晰的有线电视信号.

　　AC是代表干线上的交流电压，有线电视干线一般是60V左右，DC是场强仪本身电池的电压。普通的场强仪好像不能测电流。

在数字化电视中场强仪的妙用

　　数字电视信号在电缆传输网中. 由电缆网传输质量引起的故障现象有两种：一是无图像，二是马赛克。无图像故障，除信号电平过低和无信号外，还有就是机顶盒出线接错或机顶盒损坏。

　　导致马赛克故障的原因有：

　　1 .电缆使用日久。质量变劣、接头接触不良或氧化、电缆分支分配器潮湿进水、电缆屏蔽网开路或短路以及器件损坏、未接终端电阻等，而这些问题都将会造成网络中的信号电平出现陷波点或驻波。

　　2 .线路衰减电平过低或似低非低。使信号载噪比严重下降。

　　3 .放大器输出口电平过高，出现互调干扰 CSO 和三次差拍干扰 CTB 。这些问题引发的故障与模拟信号相比有个共同的特征——信号在电缆网传输过程中电平发生了变化。

　　场强仪的使用方法：将场强仪调到 FM 位置，按动回车键将光标移动到所需要改变频率数的下方.如 860 . 00MHz ，此时光标在十位数 6 的下方，然后再按动加或减键，就可以快速调到所需要测量的频率上，再将光标移动到中心频率数的尾数上，进行中心频率左右 3 . 5MHz 范围内细调（由于场强仪价格不等其尾数细调精度也不同.如步进尾数为 0 . 1MHz 、 O . 05MHz 、 0 . 01MHz），注意观察电平变化情况，并进行分析，找出故障所在部位。以上操作很简单，只要使用过场强仪的维修人员细心的实践一下，将会一目了然。

场强仪和电平的区别

　　众所周知，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。世界上较早的有线电视场强仪是LFC944，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**和*们认可，这里不详述。

如何选择场强仪

　　要选择一款优秀的数字电视测试仪器，是提高工作效率，减少误判的关键。按重要性依次说，优秀的数字电视测试设备应具备5个功能，功能越多，价格越贵，实际用户在选择时，应根据自己的需要进行组合配置。

　　① 大动态的MER指标这是表征数字信号质量较重要的指标，对于网络的不同部分，MER指标有一些经验值：64QAM时在前端要求>38dB，分前端>36dB，光节点>34dB，用户端>26dB。测试仪器的MER指标也应按相应要求进行选择。

　　特别要注意的是，由于MER指标越大，说明信号质量越好。但作为测试仪器不仅要测量优质的信号，对实际网络中恶化需要检修的信号也应该能够准确测量，所以选择数字仪器，不仅要看其较优MER指标是多少，还要重点考察在各种实际网络情况下的实际测试准确度。

　　目前市场上已有客户买到只能测优质信号的仪表，网络信号质量稍差仪表就无法工作或偏差较大，严重影响了网络维护工作。

　　② 准确的平均功率测量平均功率反映了带内传输能量，过大或过小都会对传输质量产生影响。

　　以上两项功能相当于工程师日常使用的万用表，同时具有这两项功能的仪器目前被定义为数字电视测量的入门级仪器。

　　③ 可缩放的星座图显示星座图是数字信号调制质量较直观的图形显示，在实际工作中，相当于工程师日常使用的示波器。考察仪器的星座图功能，不仅要看仪器有没有这项功能，更重要的是要看其配置的星座图功能是否可用。

　　星座图显示要求能多级缩放，并且观察屏幕要大，这样才能清楚观察到星座点的位置，才有实际应用价值。目前国内外普遍认为显示屏幕在4吋以上观察星座图才有实际意义。

　　④ 快速的频谱分析功能由于信号在频域上传输，带内和带外的频谱分布和干扰对信号质量有直接影响，配置频谱功能可以准确观察信号在频域上的传输状况并捕捉突发干扰、噪声。对于数字信号测量，仪器所配置的频谱功能，按重要性排列应考察是否满足以下条件：

　　测试动态是否满足要求

　　RBW接收带宽可否多级切换，较小RBW必须达到30KHz或更小

　　频谱扫描速度是否足够快，能否捕捉瞬间干扰或噪声

　　⑤ 直接观看数字电视节目在现场测量中，经常需要对数字电视节目图像和伴音质量进行直观检测，如果仪器能集成此项功能将大大方便工作。值得注意的是，在选择这项功能时，应考虑由于各地CA条件接收系统的差异性，测试仪器不一定能接收全部频道。

　　以上便是优秀的数字电视测试设备应具备的5个功能。

词条
词条说明
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