一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的場(chǎng)地驗(yàn)證

安志懷　王杏林　張文強(qiáng)

摘 要： 一體化室外單元是衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的重要組成部分，測(cè)量一體化室外單元時(shí)需保證測(cè)試場(chǎng)地的均勻性和對(duì)反射波的有效抑制。介紹了一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)試了場(chǎng)地中被測(cè)一體化室外單元有效體積內(nèi)的電場(chǎng)變化量和兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值，分析了場(chǎng)地反射波抑制量測(cè)試數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了測(cè)試場(chǎng)地的均勻性及對(duì)反射波的抑制效果。理論分析和測(cè)試結(jié)果表明，遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)地能夠滿足一體化室外單元的測(cè)試需求。

關(guān)鍵詞： 一體化室外單元； 場(chǎng)地均勻性反射波； 測(cè)試場(chǎng)地； 衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）06?0024?03

0 引 言

一體化室外單元是衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的重要組成部分[1]，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響到衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的收視效果[2]。一體化室外單元由一體化饋源、低噪聲放大器和變頻器三部分組成。饋源普遍采用圓形波導(dǎo)，且口徑大小不統(tǒng)一，這給波導(dǎo)法測(cè)量[3]帶來(lái)了極大困難。遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)是在一個(gè)小型微波暗室中建立收、發(fā)裝置，被測(cè)一體化室外單元置于接收裝置上，發(fā)射裝置安裝標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射喇叭。收與發(fā)裝置均可在計(jì)算機(jī)控制下做水平方向或繞自身軸向旋轉(zhuǎn)。

對(duì)測(cè)試系統(tǒng)而言，發(fā)射天線所發(fā)射的電磁波應(yīng)在被測(cè)一體化室外單元所處區(qū)域形成均勻的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋[4]。為此發(fā)射天線與被測(cè)一體化室外單元應(yīng)相隔足夠的距離，并且場(chǎng)地反射應(yīng)足夠小。即便如此，也難確保電場(chǎng)在被測(cè)一體化室外單元處區(qū)域的均勻性[5?6]，需要對(duì)測(cè)試場(chǎng)地均勻性和反射波信號(hào)抑制效果[7]進(jìn)行驗(yàn)證。論文結(jié)合某典型一體化室外測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)試了場(chǎng)地中被測(cè)一體化室外單元有效體積內(nèi)的電場(chǎng)變化量和兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值兩個(gè)重要指標(biāo)，結(jié)合理論模型，分析了場(chǎng)地反射波抑制量測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了測(cè)試場(chǎng)地的均勻性及對(duì)反射波的抑制效果。理論分析和測(cè)試結(jié)果表明，遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)地能夠滿足一體化室外單元的測(cè)試需求。

1 測(cè)量系統(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試條件

一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

測(cè)試系統(tǒng)收端和發(fā)端的距離在一體化室外單元測(cè)試頻段上（11.7～12.2 GHz）應(yīng)滿足遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試條件：

式中：D為源天線的輻射孔徑的最大尺寸（單位：m）；d為被測(cè)一體化室外單元的最大尺寸（單位：m）；λ為測(cè)試頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)（單位：m）。

由于發(fā)射源天線和增益基準(zhǔn)天線口徑為0.08 m，一體化室外單元口徑一般在0.06 m左右，因此在一體化室外單元測(cè)試頻段上L最小應(yīng)達(dá)到1.6 m，一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)收端和發(fā)端的距離為2.6 m，滿足了遠(yuǎn)場(chǎng)條件。

2 測(cè)試場(chǎng)地的均勻性分析

由于被測(cè)一體化室外單元并非固定不動(dòng)，在某些指標(biāo)測(cè)試時(shí)要在水平方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且在進(jìn)行交叉極化隔離度測(cè)試時(shí)還需要調(diào)整極化方式，因此場(chǎng)地的均勻性表現(xiàn)在兩個(gè)方面[6]：一是一體化室外單元所處活動(dòng)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)是均勻的；二是在極化改變下場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)是不變的。SJ/T 11387?2008/XG1?2009 《直播衛(wèi)星電視廣播接收系統(tǒng)及設(shè)備通用規(guī)范》規(guī)定：在被測(cè)一體化室外單元的有效體積內(nèi)，電場(chǎng)變化小于1.5 dB，兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值小于1 dB。

下面就這兩個(gè)方面分別進(jìn)行研究試驗(yàn)。

2.1 所處活動(dòng)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)

發(fā)射天線和一體化室外單元設(shè)置為水平極化方式。信號(hào)源設(shè)置為中心工作頻率。調(diào)整被測(cè)一體化室外單元使接收電平最大，保持極化對(duì)準(zhǔn)，穩(wěn)定后記錄一體化高頻頭的輸出電平值。保持信號(hào)源設(shè)置不變，將被測(cè)一體化室外單元進(jìn)行軸向移動(dòng)和左右移動(dòng)，由于常見(jiàn)的高頻頭在測(cè)試系統(tǒng)上安裝后，其軸向移動(dòng)范圍≤4 cm，而高頻頭的電氣尺寸≤16 cm，因此，驗(yàn)證時(shí)被測(cè)饋源前后移動(dòng)4 cm，左右移動(dòng)16 cm。

軸向移動(dòng)時(shí)，被測(cè)一體化室外單元向發(fā)射每移動(dòng)1 cm，記錄一次一體化室外單元輸出電平值。左右移動(dòng)時(shí)，被測(cè)一體化室外單元左右移動(dòng)8 cm和16 cm，記錄相應(yīng)的一體化室外單元輸出電平值。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

在表1中可以看出，當(dāng)被測(cè)一體化室外單元向發(fā)射天線軸向移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.33 dB；當(dāng)被測(cè)一體化室外單元左右移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.50 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

表1 水平極化測(cè)試數(shù)據(jù)

改變發(fā)射天線和一體化室外單元的極化方式，重復(fù)上述步驟，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 垂直極化測(cè)試數(shù)據(jù)

由表2中可以看出，當(dāng)被測(cè)一體化室外單元向發(fā)射天線軸向移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.17 dB；當(dāng)被測(cè)一體化室外單元左右移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.33 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

2.2 極化改變下場(chǎng)強(qiáng)

由第2.1節(jié)中試驗(yàn)得到的測(cè)試數(shù)據(jù)，將不同極化時(shí)一體化室外單元輸出電平進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。

由表3可知，軸向移動(dòng)時(shí)，一體化室外單元在相同位置上，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.67 dB；左右移動(dòng)時(shí)，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.34 dB。兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值小于1 dB。

表3 不同極化時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)

3 場(chǎng)地反射信號(hào)的抑制

反射波之所以對(duì)一體化室外單元測(cè)量精度能產(chǎn)生影響，是因?yàn)槠溆绊懥酥鄙洳ǖ臏y(cè)量電平。反射波比直射波能量越小影響程度就越小，對(duì)于一體化室外單元而言反射波能量比入射波低20 dB即可[7]。下面對(duì)微波暗室吸波材料對(duì)反射波的抑制效果進(jìn)行試驗(yàn)。

由圖1分析可知，微波暗室的地面、天花板、左右兩個(gè)側(cè)壁和測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)后側(cè)壁五個(gè)位置的反射會(huì)對(duì)測(cè)試產(chǎn)生嚴(yán)重影響。發(fā)射天線和一體化室外單元設(shè)置為水平極化方式。信號(hào)源設(shè)置為中心工作頻率。調(diào)整被測(cè)一體化室外單元對(duì)準(zhǔn)發(fā)射天線，然后將一體化室外單元水平旋轉(zhuǎn)180°，對(duì)準(zhǔn)后側(cè)壁。后側(cè)壁加反射板，記錄此時(shí)一體化室外單元輸出電平；保持測(cè)試狀態(tài)不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。

將被測(cè)一體化室外單元旋轉(zhuǎn)回原來(lái)的位置與發(fā)射天線對(duì)準(zhǔn)，調(diào)整發(fā)射天線和被測(cè)一體化室外單元同時(shí)偏左45°暗室左側(cè)壁加反射板，記錄此時(shí)一體化室外單元輸出電平；保持測(cè)試狀態(tài)不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。同樣的，按此方式對(duì)暗室右側(cè)壁、地面、天花板進(jìn)行測(cè)試，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 場(chǎng)地反射測(cè)試數(shù)據(jù)

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)場(chǎng)地均勻性和反射信號(hào)抑制效果分析可知，在被測(cè)一體化室外單元的有效體積內(nèi)，電場(chǎng)變化小于1.5 dB，兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值小于1 dB；同時(shí)暗室吸波材料對(duì)反射信號(hào)的衰減值大于26 dB，均滿足規(guī)定的限值，因此遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)能夠滿足一體化室外單元的測(cè)試需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊社年，賈長(zhǎng)江.一體化室外單元測(cè)試研究[J].無(wú)線電工程， 2005（7）：49?51.

[2] 劉進(jìn)軍.衛(wèi)星電視接收技術(shù)[M].3版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2010.

[3] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T11298.3?1997衛(wèi)星電視地球接收站測(cè)量方法：室外單元測(cè)量[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[4] 盧萬(wàn)錚.天線理論與技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

[5] 謝鳴，吳釩.電波暗室1～18 GHz性能的測(cè)試方法[J].安全與電磁兼容，2005（3）：70?76.

[6] 中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.SJ 11387?2008 直播衛(wèi)星電視廣播接收系統(tǒng)及設(shè)備通用規(guī)范[S].北京：電子工業(yè)出版社， 2008.

[7] 安志懷，王杏林.時(shí)域法消除移動(dòng)通信基站天線測(cè)試場(chǎng)地反射研究[J].電子科技，2013（5）：64?67.

[8] 竇曉杰，程乃平，倪淑燕. 相控陣天線遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試場(chǎng)測(cè)量方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（9）：54?56.

摘 要： 一體化室外單元是衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的重要組成部分，測(cè)量一體化室外單元時(shí)需保證測(cè)試場(chǎng)地的均勻性和對(duì)反射波的有效抑制。介紹了一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)試了場(chǎng)地中被測(cè)一體化室外單元有效體積內(nèi)的電場(chǎng)變化量和兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值，分析了場(chǎng)地反射波抑制量測(cè)試數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了測(cè)試場(chǎng)地的均勻性及對(duì)反射波的抑制效果。理論分析和測(cè)試結(jié)果表明，遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)地能夠滿足一體化室外單元的測(cè)試需求。

關(guān)鍵詞： 一體化室外單元； 場(chǎng)地均勻性反射波； 測(cè)試場(chǎng)地； 衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）06?0024?03

0 引 言

一體化室外單元是衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的重要組成部分[1]，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響到衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的收視效果[2]。一體化室外單元由一體化饋源、低噪聲放大器和變頻器三部分組成。饋源普遍采用圓形波導(dǎo)，且口徑大小不統(tǒng)一，這給波導(dǎo)法測(cè)量[3]帶來(lái)了極大困難。遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)是在一個(gè)小型微波暗室中建立收、發(fā)裝置，被測(cè)一體化室外單元置于接收裝置上，發(fā)射裝置安裝標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射喇叭。收與發(fā)裝置均可在計(jì)算機(jī)控制下做水平方向或繞自身軸向旋轉(zhuǎn)。

對(duì)測(cè)試系統(tǒng)而言，發(fā)射天線所發(fā)射的電磁波應(yīng)在被測(cè)一體化室外單元所處區(qū)域形成均勻的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋[4]。為此發(fā)射天線與被測(cè)一體化室外單元應(yīng)相隔足夠的距離，并且場(chǎng)地反射應(yīng)足夠小。即便如此，也難確保電場(chǎng)在被測(cè)一體化室外單元處區(qū)域的均勻性[5?6]，需要對(duì)測(cè)試場(chǎng)地均勻性和反射波信號(hào)抑制效果[7]進(jìn)行驗(yàn)證。論文結(jié)合某典型一體化室外測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)試了場(chǎng)地中被測(cè)一體化室外單元有效體積內(nèi)的電場(chǎng)變化量和兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值兩個(gè)重要指標(biāo)，結(jié)合理論模型，分析了場(chǎng)地反射波抑制量測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了測(cè)試場(chǎng)地的均勻性及對(duì)反射波的抑制效果。理論分析和測(cè)試結(jié)果表明，遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)地能夠滿足一體化室外單元的測(cè)試需求。

1 測(cè)量系統(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試條件

一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

測(cè)試系統(tǒng)收端和發(fā)端的距離在一體化室外單元測(cè)試頻段上（11.7～12.2 GHz）應(yīng)滿足遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試條件：

式中：D為源天線的輻射孔徑的最大尺寸（單位：m）；d為被測(cè)一體化室外單元的最大尺寸（單位：m）；λ為測(cè)試頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)（單位：m）。

由于發(fā)射源天線和增益基準(zhǔn)天線口徑為0.08 m，一體化室外單元口徑一般在0.06 m左右，因此在一體化室外單元測(cè)試頻段上L最小應(yīng)達(dá)到1.6 m，一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)收端和發(fā)端的距離為2.6 m，滿足了遠(yuǎn)場(chǎng)條件。

2 測(cè)試場(chǎng)地的均勻性分析

由于被測(cè)一體化室外單元并非固定不動(dòng)，在某些指標(biāo)測(cè)試時(shí)要在水平方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且在進(jìn)行交叉極化隔離度測(cè)試時(shí)還需要調(diào)整極化方式，因此場(chǎng)地的均勻性表現(xiàn)在兩個(gè)方面[6]：一是一體化室外單元所處活動(dòng)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)是均勻的；二是在極化改變下場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)是不變的。SJ/T 11387?2008/XG1?2009 《直播衛(wèi)星電視廣播接收系統(tǒng)及設(shè)備通用規(guī)范》規(guī)定：在被測(cè)一體化室外單元的有效體積內(nèi)，電場(chǎng)變化小于1.5 dB，兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值小于1 dB。

下面就這兩個(gè)方面分別進(jìn)行研究試驗(yàn)。

2.1 所處活動(dòng)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)

發(fā)射天線和一體化室外單元設(shè)置為水平極化方式。信號(hào)源設(shè)置為中心工作頻率。調(diào)整被測(cè)一體化室外單元使接收電平最大，保持極化對(duì)準(zhǔn)，穩(wěn)定后記錄一體化高頻頭的輸出電平值。保持信號(hào)源設(shè)置不變，將被測(cè)一體化室外單元進(jìn)行軸向移動(dòng)和左右移動(dòng)，由于常見(jiàn)的高頻頭在測(cè)試系統(tǒng)上安裝后，其軸向移動(dòng)范圍≤4 cm，而高頻頭的電氣尺寸≤16 cm，因此，驗(yàn)證時(shí)被測(cè)饋源前后移動(dòng)4 cm，左右移動(dòng)16 cm。

軸向移動(dòng)時(shí)，被測(cè)一體化室外單元向發(fā)射每移動(dòng)1 cm，記錄一次一體化室外單元輸出電平值。左右移動(dòng)時(shí)，被測(cè)一體化室外單元左右移動(dòng)8 cm和16 cm，記錄相應(yīng)的一體化室外單元輸出電平值。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

在表1中可以看出，當(dāng)被測(cè)一體化室外單元向發(fā)射天線軸向移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.33 dB；當(dāng)被測(cè)一體化室外單元左右移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.50 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

表1 水平極化測(cè)試數(shù)據(jù)

改變發(fā)射天線和一體化室外單元的極化方式，重復(fù)上述步驟，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 垂直極化測(cè)試數(shù)據(jù)

由表2中可以看出，當(dāng)被測(cè)一體化室外單元向發(fā)射天線軸向移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.17 dB；當(dāng)被測(cè)一體化室外單元左右移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.33 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

2.2 極化改變下場(chǎng)強(qiáng)

由第2.1節(jié)中試驗(yàn)得到的測(cè)試數(shù)據(jù)，將不同極化時(shí)一體化室外單元輸出電平進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。

由表3可知，軸向移動(dòng)時(shí)，一體化室外單元在相同位置上，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.67 dB；左右移動(dòng)時(shí)，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.34 dB。兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值小于1 dB。

表3 不同極化時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)

3 場(chǎng)地反射信號(hào)的抑制

反射波之所以對(duì)一體化室外單元測(cè)量精度能產(chǎn)生影響，是因?yàn)槠溆绊懥酥鄙洳ǖ臏y(cè)量電平。反射波比直射波能量越小影響程度就越小，對(duì)于一體化室外單元而言反射波能量比入射波低20 dB即可[7]。下面對(duì)微波暗室吸波材料對(duì)反射波的抑制效果進(jìn)行試驗(yàn)。

由圖1分析可知，微波暗室的地面、天花板、左右兩個(gè)側(cè)壁和測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)后側(cè)壁五個(gè)位置的反射會(huì)對(duì)測(cè)試產(chǎn)生嚴(yán)重影響。發(fā)射天線和一體化室外單元設(shè)置為水平極化方式。信號(hào)源設(shè)置為中心工作頻率。調(diào)整被測(cè)一體化室外單元對(duì)準(zhǔn)發(fā)射天線，然后將一體化室外單元水平旋轉(zhuǎn)180°，對(duì)準(zhǔn)后側(cè)壁。后側(cè)壁加反射板，記錄此時(shí)一體化室外單元輸出電平；保持測(cè)試狀態(tài)不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。

將被測(cè)一體化室外單元旋轉(zhuǎn)回原來(lái)的位置與發(fā)射天線對(duì)準(zhǔn)，調(diào)整發(fā)射天線和被測(cè)一體化室外單元同時(shí)偏左45°暗室左側(cè)壁加反射板，記錄此時(shí)一體化室外單元輸出電平；保持測(cè)試狀態(tài)不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。同樣的，按此方式對(duì)暗室右側(cè)壁、地面、天花板進(jìn)行測(cè)試，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 場(chǎng)地反射測(cè)試數(shù)據(jù)

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)場(chǎng)地均勻性和反射信號(hào)抑制效果分析可知，在被測(cè)一體化室外單元的有效體積內(nèi)，電場(chǎng)變化小于1.5 dB，兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值小于1 dB；同時(shí)暗室吸波材料對(duì)反射信號(hào)的衰減值大于26 dB，均滿足規(guī)定的限值，因此遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)能夠滿足一體化室外單元的測(cè)試需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊社年，賈長(zhǎng)江.一體化室外單元測(cè)試研究[J].無(wú)線電工程， 2005（7）：49?51.

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[7] 安志懷，王杏林.時(shí)域法消除移動(dòng)通信基站天線測(cè)試場(chǎng)地反射研究[J].電子科技，2013（5）：64?67.

[8] 竇曉杰，程乃平，倪淑燕. 相控陣天線遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試場(chǎng)測(cè)量方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（9）：54?56.

摘 要： 一體化室外單元是衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的重要組成部分，測(cè)量一體化室外單元時(shí)需保證測(cè)試場(chǎng)地的均勻性和對(duì)反射波的有效抑制。介紹了一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)試了場(chǎng)地中被測(cè)一體化室外單元有效體積內(nèi)的電場(chǎng)變化量和兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值，分析了場(chǎng)地反射波抑制量測(cè)試數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了測(cè)試場(chǎng)地的均勻性及對(duì)反射波的抑制效果。理論分析和測(cè)試結(jié)果表明，遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)地能夠滿足一體化室外單元的測(cè)試需求。

關(guān)鍵詞： 一體化室外單元； 場(chǎng)地均勻性反射波； 測(cè)試場(chǎng)地； 衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）06?0024?03

0 引 言

一體化室外單元是衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的重要組成部分[1]，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響到衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的收視效果[2]。一體化室外單元由一體化饋源、低噪聲放大器和變頻器三部分組成。饋源普遍采用圓形波導(dǎo)，且口徑大小不統(tǒng)一，這給波導(dǎo)法測(cè)量[3]帶來(lái)了極大困難。遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)是在一個(gè)小型微波暗室中建立收、發(fā)裝置，被測(cè)一體化室外單元置于接收裝置上，發(fā)射裝置安裝標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射喇叭。收與發(fā)裝置均可在計(jì)算機(jī)控制下做水平方向或繞自身軸向旋轉(zhuǎn)。

對(duì)測(cè)試系統(tǒng)而言，發(fā)射天線所發(fā)射的電磁波應(yīng)在被測(cè)一體化室外單元所處區(qū)域形成均勻的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋[4]。為此發(fā)射天線與被測(cè)一體化室外單元應(yīng)相隔足夠的距離，并且場(chǎng)地反射應(yīng)足夠小。即便如此，也難確保電場(chǎng)在被測(cè)一體化室外單元處區(qū)域的均勻性[5?6]，需要對(duì)測(cè)試場(chǎng)地均勻性和反射波信號(hào)抑制效果[7]進(jìn)行驗(yàn)證。論文結(jié)合某典型一體化室外測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)試了場(chǎng)地中被測(cè)一體化室外單元有效體積內(nèi)的電場(chǎng)變化量和兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值兩個(gè)重要指標(biāo)，結(jié)合理論模型，分析了場(chǎng)地反射波抑制量測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了測(cè)試場(chǎng)地的均勻性及對(duì)反射波的抑制效果。理論分析和測(cè)試結(jié)果表明，遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)地能夠滿足一體化室外單元的測(cè)試需求。

1 測(cè)量系統(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試條件

一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

測(cè)試系統(tǒng)收端和發(fā)端的距離在一體化室外單元測(cè)試頻段上（11.7～12.2 GHz）應(yīng)滿足遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試條件：

式中：D為源天線的輻射孔徑的最大尺寸（單位：m）；d為被測(cè)一體化室外單元的最大尺寸（單位：m）；λ為測(cè)試頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)（單位：m）。

由于發(fā)射源天線和增益基準(zhǔn)天線口徑為0.08 m，一體化室外單元口徑一般在0.06 m左右，因此在一體化室外單元測(cè)試頻段上L最小應(yīng)達(dá)到1.6 m，一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)收端和發(fā)端的距離為2.6 m，滿足了遠(yuǎn)場(chǎng)條件。

2 測(cè)試場(chǎng)地的均勻性分析

由于被測(cè)一體化室外單元并非固定不動(dòng)，在某些指標(biāo)測(cè)試時(shí)要在水平方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且在進(jìn)行交叉極化隔離度測(cè)試時(shí)還需要調(diào)整極化方式，因此場(chǎng)地的均勻性表現(xiàn)在兩個(gè)方面[6]：一是一體化室外單元所處活動(dòng)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)是均勻的；二是在極化改變下場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)是不變的。SJ/T 11387?2008/XG1?2009 《直播衛(wèi)星電視廣播接收系統(tǒng)及設(shè)備通用規(guī)范》規(guī)定：在被測(cè)一體化室外單元的有效體積內(nèi)，電場(chǎng)變化小于1.5 dB，兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值小于1 dB。

下面就這兩個(gè)方面分別進(jìn)行研究試驗(yàn)。

2.1 所處活動(dòng)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)

發(fā)射天線和一體化室外單元設(shè)置為水平極化方式。信號(hào)源設(shè)置為中心工作頻率。調(diào)整被測(cè)一體化室外單元使接收電平最大，保持極化對(duì)準(zhǔn)，穩(wěn)定后記錄一體化高頻頭的輸出電平值。保持信號(hào)源設(shè)置不變，將被測(cè)一體化室外單元進(jìn)行軸向移動(dòng)和左右移動(dòng)，由于常見(jiàn)的高頻頭在測(cè)試系統(tǒng)上安裝后，其軸向移動(dòng)范圍≤4 cm，而高頻頭的電氣尺寸≤16 cm，因此，驗(yàn)證時(shí)被測(cè)饋源前后移動(dòng)4 cm，左右移動(dòng)16 cm。

軸向移動(dòng)時(shí)，被測(cè)一體化室外單元向發(fā)射每移動(dòng)1 cm，記錄一次一體化室外單元輸出電平值。左右移動(dòng)時(shí)，被測(cè)一體化室外單元左右移動(dòng)8 cm和16 cm，記錄相應(yīng)的一體化室外單元輸出電平值。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

在表1中可以看出，當(dāng)被測(cè)一體化室外單元向發(fā)射天線軸向移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.33 dB；當(dāng)被測(cè)一體化室外單元左右移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.50 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

表1 水平極化測(cè)試數(shù)據(jù)

改變發(fā)射天線和一體化室外單元的極化方式，重復(fù)上述步驟，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 垂直極化測(cè)試數(shù)據(jù)

由表2中可以看出，當(dāng)被測(cè)一體化室外單元向發(fā)射天線軸向移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.17 dB；當(dāng)被測(cè)一體化室外單元左右移動(dòng)時(shí)，其輸出電平最大變化值為0.33 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

2.2 極化改變下場(chǎng)強(qiáng)

由第2.1節(jié)中試驗(yàn)得到的測(cè)試數(shù)據(jù)，將不同極化時(shí)一體化室外單元輸出電平進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。

由表3可知，軸向移動(dòng)時(shí)，一體化室外單元在相同位置上，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.67 dB；左右移動(dòng)時(shí)，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.34 dB。兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值小于1 dB。

表3 不同極化時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)

3 場(chǎng)地反射信號(hào)的抑制

反射波之所以對(duì)一體化室外單元測(cè)量精度能產(chǎn)生影響，是因?yàn)槠溆绊懥酥鄙洳ǖ臏y(cè)量電平。反射波比直射波能量越小影響程度就越小，對(duì)于一體化室外單元而言反射波能量比入射波低20 dB即可[7]。下面對(duì)微波暗室吸波材料對(duì)反射波的抑制效果進(jìn)行試驗(yàn)。

由圖1分析可知，微波暗室的地面、天花板、左右兩個(gè)側(cè)壁和測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)后側(cè)壁五個(gè)位置的反射會(huì)對(duì)測(cè)試產(chǎn)生嚴(yán)重影響。發(fā)射天線和一體化室外單元設(shè)置為水平極化方式。信號(hào)源設(shè)置為中心工作頻率。調(diào)整被測(cè)一體化室外單元對(duì)準(zhǔn)發(fā)射天線，然后將一體化室外單元水平旋轉(zhuǎn)180°，對(duì)準(zhǔn)后側(cè)壁。后側(cè)壁加反射板，記錄此時(shí)一體化室外單元輸出電平；保持測(cè)試狀態(tài)不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。

將被測(cè)一體化室外單元旋轉(zhuǎn)回原來(lái)的位置與發(fā)射天線對(duì)準(zhǔn)，調(diào)整發(fā)射天線和被測(cè)一體化室外單元同時(shí)偏左45°暗室左側(cè)壁加反射板，記錄此時(shí)一體化室外單元輸出電平；保持測(cè)試狀態(tài)不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。同樣的，按此方式對(duì)暗室右側(cè)壁、地面、天花板進(jìn)行測(cè)試，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 場(chǎng)地反射測(cè)試數(shù)據(jù)

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)一體化室外單元遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)場(chǎng)地均勻性和反射信號(hào)抑制效果分析可知，在被測(cè)一體化室外單元的有效體積內(nèi)，電場(chǎng)變化小于1.5 dB，兩個(gè)正交極化的場(chǎng)強(qiáng)差值小于1 dB；同時(shí)暗室吸波材料對(duì)反射信號(hào)的衰減值大于26 dB，均滿足規(guī)定的限值，因此遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)能夠滿足一體化室外單元的測(cè)試需求。

參考文獻(xiàn)

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