覆蓋效果場強(qiáng)測量中的修正方法和意義

□宋琛暉

上饒八二一臺(tái)承擔(dān)著中央人民廣播電臺(tái)和江西廣播電視臺(tái)六套節(jié)目的播出任務(wù)，其中四套調(diào)頻發(fā)射，兩套中波發(fā)射。場強(qiáng)測量既檢查了發(fā)射的覆蓋效果，同時(shí)也測試了發(fā)射天線增益變化，還是判別發(fā)射天線是否受損的有效方法。在場強(qiáng)測試中，每次數(shù)據(jù)變化都和上級監(jiān)測臺(tái)的測試數(shù)據(jù)有差距，這就需要我們修正測試數(shù)據(jù)，讓測試結(jié)果盡量接近真實(shí)情況。如何修正，更真實(shí)地反映實(shí)際覆蓋效果，我們通過多次實(shí)驗(yàn)對比，從理論驗(yàn)證了一套有效的修正方法。

場強(qiáng)測量誤差的產(chǎn)生

我們采用場強(qiáng)測量的四種模式進(jìn)行覆蓋效果判斷：一、使用便攜式場強(qiáng)儀進(jìn)行測量，在計(jì)劃的路線上測試瞬時(shí)數(shù)據(jù)；二、請省臺(tái)使用車載場強(qiáng)儀移動(dòng)測量；三、在固定點(diǎn)架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)天線測量；四、使用上級監(jiān)測站的監(jiān)測場強(qiáng)數(shù)據(jù)。

上述四種方法，第三種較接近標(biāo)準(zhǔn)值，其他三種存在一定的偏向誤差。我們實(shí)際使用的是第一種方法，帶著便攜式場強(qiáng)儀和簡易拉桿天線測試場強(qiáng)，因此必須對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。理論上，修正值是根據(jù)測量不確定度來決定。

每次測量都會(huì)得出一個(gè)測量值，這個(gè)測量值往往與被測量的真值不同，誤差就等于測量值與真值之差。由于真值無法得到，所以誤差也就無法算出，只能用測量不確定度表示測量值的可靠程度。在JJF1059《測量不確定度評定與表示》中，測量不確定度被定義為“表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)”。測量不確定度判定場強(qiáng)測量值Vmeas是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求的兩種途徑：

一、測量不確定度Ums 盡可能小。如果Vmeas+Ums 小于等于標(biāo)準(zhǔn)值，可判定信號(hào)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如用戶測量某頻點(diǎn)信號(hào)電平，看在該地點(diǎn)建接收站是否會(huì)受到干擾。

二、測量不確定度Ums 小于等于建議的最大不確定度值URec。如果所有測量值均小于等于標(biāo)準(zhǔn)值，可判定信號(hào)符合標(biāo)準(zhǔn)。

減少測量場強(qiáng)誤差的手段

場強(qiáng)測量需要使用經(jīng)校準(zhǔn)的天線、耦合網(wǎng)絡(luò)、傳輸線、測試接收機(jī)或頻譜分析儀，為了提高靈敏度，還可加上低噪聲放大器（LNA）?？梢姡瑘鰪?qiáng)測量與發(fā)射設(shè)備傳導(dǎo)測量最大的不同之處是使用了經(jīng)校準(zhǔn)的天線，天線的特性是在評定場強(qiáng)測量的不確定度中特別需要注意的因素。所以，測試中我們需要進(jìn)行下列校準(zhǔn)來減少誤差。一、校準(zhǔn)接收場強(qiáng)儀；二、減少天線與接收機(jī)之間連線和接頭的衰減；三、調(diào)試接收場強(qiáng)儀正弦波電壓準(zhǔn)確度；四、接收場強(qiáng)儀底部噪聲；五、天線因子的頻率——場強(qiáng)數(shù)值插值偏差；六、天線方向性和天線交叉極化等引起的偏差。

下面給出一個(gè)計(jì)算場強(qiáng)測量不確定度的例子，該例子適合于在固定站或移動(dòng)站測量30 MHz～3000 MHz 之間頻率的場強(qiáng)值。

場強(qiáng)值：

E=Vr+Lc+AF+δVsw+δVsel+δVnf+δM+δAFf+δAFh+δAdir+δAcp+δAbal+δSR

具體到某個(gè)特定的監(jiān)測站，輸入量的不確定度可能與表中的不同。評定場強(qiáng)測量值的擴(kuò)展不確定度Ums 時(shí)，必須考慮其測量系統(tǒng)中的所有已知因素，包括設(shè)備特性、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和量值傳遞性、已知或最接近的分布函數(shù)、測量過程等。當(dāng)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度中的主要輸入量隨頻率而顯著變化時(shí)，應(yīng)該為不同的頻段計(jì)算不確定度。

不同情況測試場強(qiáng)時(shí)的修正方法

通過上述理論分析，對應(yīng)不同的情況，我們采用對應(yīng)的修正方法：

一、接收機(jī)讀數(shù)會(huì)由于測量系統(tǒng)的不穩(wěn)定、接收機(jī)噪聲而變化。測量值Vr 由接收機(jī)多次讀數(shù)的平均值得到，標(biāo)準(zhǔn)不確定度是平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差。

二、接收機(jī)與天線間的衰減值Lc、自由空間天線因子AF的不確定度，可由給出擴(kuò)展不確定度和包含因子的校準(zhǔn)報(bào)告得出。

三、接收機(jī)正弦波電壓準(zhǔn)確度修正值δVsw的不確定度，可由給出擴(kuò)展不確定度和包含因子的校準(zhǔn)報(bào)告得出（如果校準(zhǔn)報(bào)告給出接收機(jī)正弦波電壓準(zhǔn)確度在一定的限值范圍內(nèi)，那么修正值δVsw 應(yīng)為0，具有矩形分布，半寬為2 dB）。

四、當(dāng)接收機(jī)或頻譜儀的分辨率帶寬小于信號(hào)占用帶寬而需要修正時(shí)，就需要使用帶寬修正因子，這也引入了不確定度分量δVsel。例如，當(dāng)RMS 檢波器的分辨率帶寬只有被測CDMA 信號(hào)占用帶寬的10%時(shí)，修正因子為10 dB，若分辨率帶寬的最大允許誤差為10%，則修正因子的不確定度為0.5 dB。

五、如果監(jiān)測天線距離發(fā)射天線較近，測試接收機(jī)的底部噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于信號(hào)電平，那么就可忽略底部噪聲的影響，否則就要考慮對測量結(jié)果的影響。

六、失配：具體可參考ETSI TR 100028。

七、假如天線校準(zhǔn)報(bào)告只給出若干參考頻率點(diǎn)上的天線因子，那么就要使用插值法得出其余頻率點(diǎn)上的天線因子。由此算出的天線因子不確定度與參考頻率點(diǎn)的間隔、天線因子隨頻率變化的特性有關(guān)。若校準(zhǔn)報(bào)告給出“天線因子——頻率”曲線圖，則可直觀讀出各頻率點(diǎn)上的天線因子。

天線因子頻率插值誤差的修正值為零，具有矩形分布，半寬為0.3 dB。若校準(zhǔn)報(bào)告直接給出測量頻率點(diǎn)的天線因子，則無須考慮天線因子的不確定度。

八、單偶極天線的天線因子高度偏差與復(fù)合天線是不一樣的。單偶極天線的天線因子不確定度中已包含了高度的影響;復(fù)合天線的天線因子高度偏差修正值δAFh 應(yīng)為零，具有矩形分布，半寬可由雙錐形天線和對數(shù)周期天線的特性得出。

九、校準(zhǔn)報(bào)告一般只給出天線在主方向上的天線因子，對復(fù)合天線來說，還需考慮其它方向上的天線因子與主方向上的相對值。方向性偏差修正值δAdir 應(yīng)為零，具有矩形分布。

十、單偶極天線的交叉極化響應(yīng)通?？珊雎?，而對數(shù)周期天線的交叉極化修正值δAcp 為零，具有矩形分布，半寬為0.9 dB。

十一、當(dāng)同軸電纜與平行的天線振子連接時(shí)，天線的非平衡響應(yīng)特性最顯著。天線非平衡修正值δAbal 為零，半寬可參考已有的天線。

十二、在固定站監(jiān)測時(shí)，應(yīng)考慮陰影效應(yīng)的影響。陰影效應(yīng)修正值δSR1 為零，具有矩形分布，例子中的半寬為1 dB。建筑等障礙物的陰影效應(yīng)對場強(qiáng)測量的影響是很難估算的。

十三、利用移動(dòng)監(jiān)測站測量場強(qiáng)時(shí)，可在不同的天線高度和位置上測量場強(qiáng)，并把多個(gè)測量值進(jìn)行平均，從而減少信號(hào)反射對測量的影響。

測試場強(qiáng)修正意義

通過修正，測試的場強(qiáng)數(shù)據(jù)基本接近真實(shí)情況，更有效反映了覆蓋的情況。通過修正后如實(shí)反饋覆蓋的場強(qiáng)數(shù)據(jù)，我們在我臺(tái)西面南面的城區(qū)，加大天線增益布局，提高覆蓋效果；在我臺(tái)東面和北部的山地，減少天線振子數(shù)量，獲得更大的覆蓋效果。