多功能场强仪

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一、引言

场强仪（Field Intensity Meter）是一种测试电视场强电平的仪器。新一代场强仪伴随电视广播的发展应运而生，较之早期仪器具备更多的功能：如荧光屏可显示图像的质量，进行直观评价；频谱分析功能可对搜索信号、抗干扰及测定无线方位提供可靠的分析资料，其它功能还有：同步脉冲显示、画面扩大、场强音响显示、数字显示测试频率、电子标尺指示场强dB、视频信号输出／输入、交／直流供电及专用小型伸缩偶极子无线（方便户外进行收测）。


二、场强仪方框图说明



图1为场强仪方框图。调频／电视信号从输入端直接输入。信号经高频头后，经混频成为中频信号进行多路输出，中频信号再度衰减而接通衰减器时，dB相加混频器就触发数字显示器，把要测量的中频部分衰减量显示出来。为防止射频干扰，衰减器屏蔽在铅盒内。

当场强仪用于分贝或频谱测试时，高频头的灵敏度固定于20dB，但在标准电视画面时，高频头的灵敏度受控于电视中频信号中的自动增益控制信号。当处于频谱状态时，在荧光屏上可直观看出一个电视频段内的所有电视台频谱。例如，UHF波段IV／V是由460～860MHz的频谱所组成。

电视高频头内设有二进制除法器，使输出的频率等于本振频率除以256．显示在数字频率计上。

中频测量衰减器是由10dB、20dB和30dB三级衰减组成的，分别由面板多组衰减选择按钮来控制。上述主要组件（加调频和电视高频头、电子开关及中频测量衰减器）是采用插入式的。

以模拟方式在荧光屏上测量分贝或分析频谱时，当高频头的输入端感受到电波信号时（以测量分贝为例），高频头输出的中频经中频窄带放大检波器和逻辑电路送到荧光屏，荧光屏顶端便相应显示出横向的白色光条（见图2(a)），共长短与感受电波信号的强弱成正比。

                               
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本仪器的中频放大器是按照电视标准D式38MHz或K式38．9MHz来设计的（两者均适用于中国电视标准）。锯齿波的调谐电压征一定范围内摆动时，天线输入信号中的各频率在混频器内与扫频振荡器产生差频，中频进入中频窄带放大器放大，然后通过检波器、逻辑电路，最后送到荧光屏。荧光屏上显示一系列横向的频谱光线，每条谱线的上下位置决定了电波的频率，谱线长短确定了电波的场强（见图2(b)）。

                               
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三、38．9MHz中频窄带放大器

中频窄带放大器是由调谐于38.9MHz的三级选择放大器构成，以0.5MHz的带宽来取得足够的电平。这样，一方面有利于调谐操作，特别是UHF频段；另一方面在频谱分析时易于观察非常接近的频率，如相距200kHz的新TV立体声的声／视载波。

在三级放大器输出点，信号通过峰值检波器，其直流成分与输入信号成正比。直流成分首先送到15625Hz行频锯齿波比较电路，然后再经过一逻辑电路，这样就可使荧光屏上出现一光条，其长短与使用的直流成分成正比，因而也与测量中的射频信号成正比。同一直流成分经检波后被送到一电压／频率变换器作者频调谐，使施加信号的变化可通过扬声器发出啸音，音量的大小随电视场强而变化。此组伴采用屏蔽插入式。

四、电视中频放大器

当仪表处于“标准电视画面”或“电视画面扩大”检测档时，来自SW2电视中频38.9MHz的信号就会首先彼放大（否则无法补偿声表滤波器的衰减），然后送至声表滤波器，电视中频频带特性就这样决定下来。换言之，把邻近频道严重衰减，把图象中频作残留处理，把伴音中频32.4MHz衰减了20dB，把图象中频的幅度固定下来，并降低微分相位的失真。经声表滤波器后的输出中频信号被送入集成电路进行放大、检波、预视放，得到视频全电视信号与伴音第二中频信号，然后在集成电路输出端分多路输出：第一路经陶瓷滤波器，把过滤后的6.5MHz伴音送往伴音中频，第二路是预视放输出的信号，经带阻滤波器，滤去6.5MHz伴音信号，将视频全电视信号送往视频输出级，第三路是视频信号分别被送往同步分离电路（使行／场振荡器同步）、同步脉冲显示电路及自动增益控制电路。

五、6.5MHz伴音中频放大器

来自电视中频组件的6.5MHz伴音信号经陶瓷滤波器后，便注入集成电路进行放大、鉴频、低放、功率放大，推动扬声器发声。另一方面，低放及功率放大也与调频中频10.7MHz组成的输出声频信号相连接，而音量的变化可在机外加以控制。

六、行与场偏转

来自电视中频的全电视信号送到同步分离及行振荡的集成电路进行分离，分离后得到行、场同步信号去同步行、场振荡，然后再转送到场和行输出级及偏转系统去。

集成电路内设有相位比较电路，使同步分离器切割出的同步脉冲与行振荡频率作一比较。当上述两信号间出现频差或相差时，比较器便输出电压来控制行／场振荡器，使它产生同频同相行／场振荡锯齿波，以使电视画面能稳定显示出来。

当仪表处于同步脉冲显示功能时，输入人为延迟的基准脉冲，使图像向右移，留出左边空间来显示同步脉冲，同时画面还能发挥同步的功能，显示方法非常简单，把行同步信号与行扫描的锯齿波信号比较便可。每当两个信号相等时，就会产生一短暂脉冲，把该脉冲输入显像管Z轴，再次出现的同步脉冲也是相同的。

七、调频中频10．7MHz放大器

当选用调频频段时，就会触发调频高频头及有关中频放大器，而整个电视中频、高频部分停止工作。调频高频头输出端转换为10.7MHz信号，经SW4开关后使输住调频中频组件。该信号途经10.7MHz陶瓷滤波器，由一集成电路放大，然后分两路输出。一路信号注入一个两级选择窄频带放大器，接着经二极管检波，所得直流成分（与测量到的射频信号成正比）输往与电视部分共用的数字测量系统，并在荧光屏上显示一模拟光条。另一路信号通过调频解调器、低频放大器及立体声解码器，输往与电视部分共用的声频放大器。

八、数字频率计

电视／调频电子调谐高频头的本振频率通过松耦合送往专用集成电路二进制除法器，使其值为原频率的1/256，再送至频率计。

本振频率为接收频率与中频之和，故频率计读数与接收频率不符。解决方法是在计数电路中减去一个中频数值，而预置电路能使计数电路在起始状态时，先减去中频值，分别预置该值（电视38.9MHz，调频10.7MHz），这样才使数字频率计读数准确。

仪表的电源由市电整流取得，也可接蓄电他。仪表内还备有电池充电器。

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场强测量与场强仪

中国电子测量与仪器学会委员
深圳市浩格电子仪器有限公司总经理
  向天明  （高工）

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)。

一、场强测量

场强的测量如图所示。当天线在空中与被测信号极化方向相同时取得最大感应信号，一般可用射频（RF）的有效值型电平表（电压表）来测量。其测量原理如图所示。

 

                               
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电场强度测量示意图（1）

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）。如果采用半波长偶极天线时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极天线，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

二、场强仪

  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。

场强仪故名思意是测量场强的仪器。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。

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。如日本安立公司ML524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南韩生产的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。世界上最早的有线电视场强仪是日本利达公司生产的LFC944，利达原文是电视信号电平表，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、频谱分析仪已得到同行和专家们认可，这里不详述。

三、频谱分析仪与场强仪

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，那么从式（1）就知，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，这是最起码的要求，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，如日本安立的测试天线大概是主机的1/4。

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。如安捷伦公司、安立公司频谱仪大都有天线系数存储功能。

就日本安立公司而言，80年代生产的场强仪ML518、HM650、MH649销量较大，中国也买不少，80年代末生产的ML521/214系列的场强仪销量显著下降，因为它与此同时生产了频谱分析仪MS610、MS2601等，而场强仪、频谱仪都可用同样的天线MP534、MP651、MP663等测量场强。它们指标差不多，价格也差不多。用户当然选用功能强大的频谱仪。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。

用频谱仪加上测试天线可以测量场强，当频谱仪可以存天线系数的，那么可以直接显示μV/m单位场强。如果不可存天线系数频谱仪，则需要按前述的式（2）代入天线系数进行计算。如果用没有天线系数的一般接收信号用的天线，那么只能在空间测量场强的强弱，而不能得出场强μV/m量值，即只能作定性测试分析，不可作定量测试分析。

综合上述，在场强测量中，它取得的结果应是μV/m为单位，而由于电子技术和电子测量技术的发展单一功能的场强仪已很少，最常使用频谱分析仪，较严格的测量时还应选择测试用天线。