CN104735446A - 开阔地面环境下模拟电视台站发射功率辐射测试*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***，属于无线电发射***性能指标测试领域。测试***包括：定向接收天线、功率测量设备、测距及定位装置和控制装置，定向接收天线用于接收模拟电视台站发射的电磁波并转换为电信号，传送给功率测量设备；功率测量设备根据该电信号计算入射到接收天线的峰值功率Pr；测距及定位装置用于测量发射天线高度h1、接收天线高度h2和收发天线之间的距离L；控制装置包括等效全向辐射功率估算模块，所述等效全向辐射功率估算模块计算被测台站的等效全向辐射功率EIRP。本发明实现对包括发射机、天馈***在内的台站无线电发射***更加全面、准确的监测，工作的灵活性和自主性大大提高。

Description

开阔地面环境下模拟电视台站发射功率辐射测试***

技术领域

本发明提供一种开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***，属于无线电发射***性能指标测试领域。

背景技术

现有技术中对模拟电视台站发射功率的测试主要是通过传导方式进行的。台站发射机通过耦合端口将射频功率输出到测试设备的输入端，根据测试设备接收到的耦合功率和耦合系数就可以推算发射机的发射功率。这种传统的传导测试方式不仅无法考察天馈***对台站实际辐射特性的影响，而且也常常因为台站的发射机不具备耦合口或者耦合口耦合参数缺失而无法进行。另外，从无线电监测的实际效果上来看，因为传统的传导测试方式需要测试机构和台站等多个部门的提前协调和配合，所以监测工作的适时性、灵活性和自主性也会受到影响。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺点，本发明的发明目的是提供一种开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***。本***能实现对包括发射机、天馈***在内的台站无线电发射***更加全面、准确的监测。不仅如此，采用本发明的辐射测试***在实际的测试过程中无需台站部门参与，也无需连接发射机的耦合端口，所以无线电监测工作的适时性、灵活性和自主性也能得到相应的提高。

本发明的一种开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***，其包括：定向接收天线、功率测量设备、测距及定位装置和控制装置；定向接收天线用于接收开阔地面环境下模拟电视台站发射的电磁波并转换为电信号，传送给功率测量设备；功率测量设备根据该电信号计算入射到接收天线的峰值功率Pr；测距及定位装置用于测量发射天线高度h1、接收天线高度h2和收发天线之间的距离L；控制装置包括台站等效全向辐射功率估算模块，所述的台站等效全向辐射功率估算模块根据下式计算被测台站的等效全向辐射功率EIRP：

EIRP＝P_r-G_r+L_r+L_prop+P_b，式中，G_r为接收天线的增益，L_r为接收馈线及连接器的损耗；L_prop为空间传播损耗，P_b为补偿功率。

优选地，控制装置还包括空间传播损耗分析模块，空间传播损耗L_prop根据测量频率f和收发天线之间的距离L拟合得到，如下式：

L_prop＝A+B log₁₀(f)+C log₁₀(L/1000)

其中，A、B、C为三个经验常数。

优选地，25≤A≤40，15≤B≤25，15≤C≤25。

优选地，A＝30.8，B＝19.1，C＝15.6。

优选地，控制装置还包括补偿计算模块，补偿计算模块根据功率测量设备的中心频率f、发射天线高度h₁、接收天线高度h₂、收发天线距离L和地面反射系数c计算：

$P_b=20\×{\log }_{10}\left(\frac{2}{\sqrt{{(1-c\·\cos \mathrm{\θ})}^2+{(c\·\sin \mathrm{\θ})}^2}}\right)$

其中，c为地面反射系数，θ为地面反射补偿角度，单位为弧度，通过下式计算：

$\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\πf}[\sqrt{L^2-{(h_1-h_2)}^2+{(h_1+h_2)}^2}-L]}{150}$

其中，频率f的单位为MHz，发射天线高度h₁、接收天线高度h₂以及收发天线距离L的单位为米。

与现有技术相比，本发明提供的***能实现对包括发射机、天馈***在内的台站无线电发射***更加全面、准确的监测，工作的灵活性和自主性也得到了大大提高。

附图说明

图1是本发明提供的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***的组成框图；

图2是本发明提供的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明。

图1是本发明提供的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***的组成框图。如图1所示，本发明提供的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***包括：定向接收天线1(例如：对数周期天线)、功率测量设备2(例如：频谱仪、功率计)、测距及定位装置3(例如：激光测距仪、GPS接收机)和控制装置4(例如：计算机、手持移动终端等)。

定向接收天线1用于在开阔地面环境下接收模拟电视台站发射的电磁波并将其转换为电信号，传送给功率测量设备2。本发明实施例中，定向接收天线采用对数周期天线，覆盖从300MHz到1GHz的频率范围。天线增益G_r随频率变化的情况可以在天线暗室或者全电波暗室内校准获得，接收馈线及连接器的损耗L_r随频率变化的情况可以在屏蔽室内校准获得。

功率测量设备2根据输入的电信号计算出入射到接收天线的峰值功率Pr。本发明实施例中，功率测量设备2采用能够覆盖待测频率范围的、具备峰值功率自动测量功能的频谱仪。频谱仪的测试中心频率和频率扫描范围须可调，其动态范围也须满足测试要求，即可配合衰减器和放大器满足测试动态范围要求。另外，为保证测试***的灵活性，测量设备在重量和尺寸方面须满足便携的要求。

测距及定位装置3用于测量发射天线高度h1、接收天线高度h2和收发天线之间的距离L。本发明实施例中，测距及定位装置3采用激光测距仪或GPS接收机，其中测距仪的测量范围覆盖从1米到5000米的范围，为避免晃动对测量结果准确性的影响，可配置三角支架用于固定激光测距仪。另外，GPS接收机的定位功能会在更大范围内实现相关参数的测量。

控制装置4包括：空间传播损耗分析模块41、补偿计算模块42、台站等效全向辐射功率估算模块43和数据综合模块44。其中，空间传播损耗分析模块41会根据测量频率f和距离L的情况，完成对空间传播损耗L_prop的估算；补偿计算模块42会根据频率f和地面反射系数c的情况，完成对补偿功率P_b的计算；台站等效全向辐射功率估算模块43会根据测量、分析结果计算单次全向辐射功率EIRP_i；数据综合模块44通过自动化程序实现对整个测试***的控制，完成“多次测量，取平均值”的操作，获取平均等效全向辐射功率EIRP，并存储、输出测试结果，形成测试报告。

图2是本发明提供的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试方法的流程图。如图2所示，本发明提供的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试方法包括：

首先，在测量前进行准备，包括S01～S04，如下：

S01：在外出测试之前，需要搜集所测台站的基本信息，即业务类型，频率，功率，开关机及维护时间安排，发射天线高度、极化方式、类型、增益、方向图等；根据时间、天气、人员和其他需要，确定外出测试的具体时间；

S02：针对开阔地面环境的特点，要求在可以目视发射天线、周围尽可能空旷的地面开展测试，尤其是在来波方向及其两侧不能有明显的障碍物；

S03：在确定测试地点和时间后，提前在全电波暗室(天线暗室)或屏蔽室内对测试***要采用的接收天线、接收馈线及连接器进行校准，记录接收天线的增益G_r和接收馈线及连接器的损耗L_r；

S04：到测试现场连接测试***，开机预热；

然后，进行模拟电视台站发射功率的辐射测试，包括S05～S09。

S05：设置功率测试设备的工作参数。

(1)设置功率测量设备2的中心频率和频率扫描范围：中心频率f＝f₀+3，频率下限f_low＝f₀-2，频率上限f_up＝f₀+8，单位为MHz，其中f₀代表模拟电视台站登记的载波频率；

(2)：设置功率测量设备2的分辨率带宽和视频带宽：分辨率带宽为100kHz，视频带宽为1kHz；

(3)：设置功率测量设备2的检波方式为平均值检波；

S06：调整接收天线的极化方向和俯仰方向，找到信号最大值后，固定接收天线；

S07：根据测试环境的地面情况，记录地面反射系数c(在茂密草地情况下取0.009，在稀疏草地的情况下取0.03，在凹凸地面情况下取0.3，在水泥地面情况下取1)。

S08：架设激光测距仪或者GPS接收机，测量(计算)并记录发射天线高度h₁，接收天线高度h₂，收发天线之间的距离L，单位为米；

S09：根据功率测量设备2的中心频率f和收发天线之间的距离L计算空间传播损耗L_prop，优选地，空间传播损耗L_prop根据如下公式计算：

L_prop＝A+Blog₁₀(f)+Clog₁₀(L/1000)。

式中，A、B、C为经验常数，通过试验数据拟合得到，优选，25≤A≤40，15≤B≤25，15≤C≤25，最佳地，A＝30.8，B＝19.1，C＝15.6；频率f的单位为MHz，距离L的单位为米。通过试验证明，选取本发明提供的经验常数，能够比较准确的计算出开阔地面环境下的空间传播损耗。

大量典型测试试验结果表明，本发明提供的经验常数，能够比较好的配合本发明所提出的测试方法、测试***和测试环境；相对于通常的自由空间传播损耗计算方式而言，本发明能够更加准确的计算出开阔地面环境下的空间传播损耗。

S10:根据功率测量设备2的中心频率f、发射天线高度h₁、接收天线高度h₂、收发天线距离L和地面反射系数c计算补偿功率P_b，优选地，补偿功率P_b根据如下公式计算：

$P_b=20\×{\log }_{10}\left(\frac{2}{\sqrt{{(1-c\·\cos \mathrm{\θ})}^2+{(c\·\sin \mathrm{\θ})}^2}}\right)$

其中，c为地面反射系数，θ为地面反射补偿角度，单位为弧度，通过下式计算：

$\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\πf}[\sqrt{L^2-{(h_1-h_2)}^2+{(h_1+h_2)}^2}-L]}{150}$

其中，频率f的单位为MHz，发射天线高度h₁、接收天线高度h₂以及收发天线距离L的单位为米。

S11：测量并记录峰值功率P_r，单位为dBm。然后计算被测台站的等效全向辐射功率EIRP。

在实际操作中，进行多次测试，最后求取平均值来获得更为准确的等效全向辐射功率。

如图2所示，进行多次测量的过程为：

K01：测量计数器初始化，即i＝1；

K02：启动功率测量设备2，完成单次测量扫描，获得峰值功率P_ri；

K03：根据第i次测量获得的峰值功率P_ri计算等效全向辐射功率EIRP_i如下：

EIRP_i＝P_ri-G_r+L_r+L_prop，其中EIRP_i的单位为dBm。

K04：测量计数器加1，将i+1赋值给i,然后，判断，i是否不大于总计数N(本发明实施例中设置N＝20)，若是，返回到K02；若否，当i大于N时，执行K05；

K05：根据N次的测量结果，计算平均等效全向辐射功率EIRP

$\mathrm{EIRP}={10\log }_{10}\left(\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{10}^{\frac{{\mathrm{EIRP}}_i}{10}}\right),$ 其中EIRP的单位为dBm。

最后，存储和输出测试结果，形成测试报告。

以上结合附图详细说明了本发明，但是本领域的普通技术人员应当明白说明书仅是用于解释权利要求书。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种开阔地面环境下模拟电视台站发射功率辐射测试***，其特征在于，包括：定向接收天线、功率测量设备、测距及定位装置和控制装置，所述的定向接收天线用于接收开阔地面环境下模拟电视台站发射的电磁波并转换为电信号，传送给功率测量设备；所述的功率测量设备根据该电信号计算入射到接收天线的峰值功率Pr；所述的测距及定位装置用于测量发射天线高度h1、接收天线高度h2和收发天线之间的距离L；所述的控制装置包括台站等效全向辐射功率估算模块，所述台站等效全向辐射功率估算模块根据下式计算被测台站的等效全向辐射功率EIRP：

EIRP＝P_r-G_r+L_r+L_prop+P_b，式中，G_r为接收天线的增益，L_r为接收馈线及连接器的损耗；L_prop为空间传播损耗，P_b为补偿功率。

2.根据权利要求1所述的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***，其特征在于，所述的控制装置还包括空间传播损耗分析模块。

3.根据权利要求2所述的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***，其特征在于，所述的空间传播损耗分析模块根据测量频率f和收发天线之间的距离L拟合得到空间传播损耗L_prop，如下式：

L_prop＝A+Blog₁₀(f)+Clog₁₀(L/1000)

其中，A、B、C为三个经验常数。

4.根据权利要求3所述的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***，其特征在于，所述的三个经验常数设置范围为：25≤A≤40，15≤B≤25，15≤C≤25。

5.根据权利要求4所述的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***，其特征在于，所述的三个经验常数设置为：A＝30.8，B＝19.1，C＝15.6。

6.根据权利要求1所述的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***，其特征在于，所述的控制装置还包括补偿计算模块。

7.根据权利要求6所述的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***，其特征在于，所述的补偿计算模块根据功率测量设备的中心频率f、发射天线高度h₁、接收天线高度h₂、收发天线距离L和地面反射系数c计算：

$P_b=20\×{\log }_{10}\left(\frac{2}{\sqrt{{(1-c\·\cos \mathrm{\θ})}^2+{(c\·\sin \mathrm{\θ})}^2}}\right)$

其中，c为地面反射系数，θ为地面反射补偿角度，单位为弧度，通过下式计算：

$\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\πf}[\sqrt{L^2-{(h_1-h_2)}^2+{(h_1+h_2)}^2}-L}{150}$

其中，频率f的单位为MHz，发射天线高度h₁、接收天线高度h₂以及收发天线距离L的单位为米。

8.根据权利要求1所述的开阔地面环境下模拟电视台站发射功率的辐射测试***，其特征在于，所述的功率测量设备的中心频率和频率扫描范围：中心频率f＝f₀+3，频率下限f_low＝f₀-2，频率上限f_up＝f₀+8，单位为MHz，其中f₀代表模拟电视台站登记的载波频率。