从电子测量的角度对电视信号进行讨论分析

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从电子测量的角度对电视信号进行讨论分析

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在一个地区的空中,有些什么电视信号,它们的场强是多少,这是广电管理部门和无委会关心的课题。本文将从电子测量的角度来进行讨论。

一、 电视信号及其场强

众所周知,电视信号是在42-860MHz范围内的载波信号上,调制视频信号和伴音信号。要分析这些信号特征这是视频分析和音频分析的课题,但就其此信号强弱来说,是将电视信号的行同步信号电平作表征,因行同步信号是脉冲式,故用峰值作为度量。


对于场强测量及场强仪作者已在另一篇文章中阐述,请参阅浩格网站 中“场强测量及场强仪”。
这里要着重说明的有两点:
1、 场强是单位长度的天线在空中某点处感应电信号的大小,其单位是微伏/米(μV/m),而不是电压或电平单位V、μV或dB μV、dBm。
2、 场强仪的组成是电平表(或频谱仪)加上测试天线,而我国有线电视行业内所叫的场强仪一般都指的是电视信号电平表,是以峰值来度量。

二、 电视信号的测量

电视信号空中场强的测量原理,如作者在场强测量与场强仪一文中所述。测量方框如图1所示,鉴于电视信号场强的特点,故电平表应该是电视信号电平表(即常称的电视场强仪),天线应是在电视频段范围内的测量天线。场强值E由如下式(1)求出。
E=E r+ K + Lf (dBμV/m) —--(1)
其中:
E为场强值(dBμV/m)
E r为电平表输入端口电平值(dBμV)
K 为天线系数(dB)
Lf 为联接电缆损耗值(dB)

 

图1:电视信号空中场强测量示意图

对于电视信号电平表来说,最好是除能测量电平外,还具有频谱分析仪功能,可对要求的频段范围的信号进行全景扫描观察,然后按游标锁定你需要的信号。然而空中的信号除电视信号外,还有很多别的信号 ,如通信信号、电台信号等等无线电信号,我们的任务是要观察电视信号,那么这个仪器还应具备电视图象显示功能,一旦信号搜索锁定,那么可以同时看到图象,这才真正搜索到此频段内的所有电视信号,并同时测出它的场强,也可监测到 哪些是我们管辖的电视台,是否有我们非管辖的电视台出现。

对于天线来说,天线的频率范围应在46-860MHz,并给出天线系数K值。
这样一来,场强仪便可由式(1)求出。不同天线生产厂家给出天线系数有正、负,用时请注意,如本文中安立公司为一K,国产900E为+K。

如果连接电缆为1~2米长,则可以忽略不计,这就是说所测得的场强是电平表读数加上天线系数。
即E=E r+ K -------- (2)
图2、图3是日本安立公司生产的天线,天线系数K分别为图4、图5,其中MP534A为半波振子型,MP666A为对数周期型。技术指标见表1。

图2:MP534A半波振子天线 图3:MP666A对数周期天线

图4:MP534A天线系数K

图5:MP666A天线系数K

 


图6为国产900E天线,其中900EV为半波振子型,频率为40~220MHz ;900EU为对数周期型,频率为220~1000MHz。天线系数见图7,技术指标见表1。

 

图6:900E测量天线

 

图7:900E天线系数K

从电子测量的角度对电视信号进行讨论分析


举实例:
采用PRK3C+彩色电视图象频谱场强仪接上900E天线。PRK3C+开机后工作在频谱分析状态,显示多个信号,我们可移动游标,搜索到320.25MHz 处有信号,再将仪器置于电视接收状态,收到图象的同时也可以读出电平数值。
设电平数值为68 dBμV
查图7,横轴在320.25MHz,纵轴的K值为9 dB
故场强为 E=68 dBuV+9 dB=77 dBμV/m

三、 场强测量中的几个问题

1、 场强的测量精度
要测量空中场强,不言而喻是天线在空中某点处感应电信号,首先天线测量是有方向性的,因此必须旋转天线取其最大值。
就其测试精度而言,主要误差来源是仪器与天线。

一般来说,电平表的误差为±(1~3)dB,我意见选在±1.5dB为宜,如果选±1dB的更好,但不能过分追求高的精度,因在测量过程中驻波对精度影响很大,小于1 dB的精度是很难的。有些厂家将误差标到±1 dB以下,其实它是在特定测试设备下测试,并给予误差修正后获得,而在实际测试现场就不可能达到那个特定条件,因此实际测量误差会增大。天线系数误差在±1dB以下。这样一来,电平表和天线两者误差在一起共为±2.5dB。实际上还有很多随机的因素,特别是测量小信号时噪声及其他干扰很大。我认为场强测量误差要求在3-4dB是合理的。

2、 场强测量的灵敏度
场强测量的一个重要问题是灵敏度,即要求场强仪能将空中所需的微弱信号测出来。如前述的场强仪来说,关键是电平表的灵敏度。因为无论是那种测量天线,一般都不可能作成高增益。对于空中的电视信号来说,我们也得有一个基本估计。一般来说,电视机能较好的收到图像应在60 dBμV以上,能收到电视图象在50 dBμV,如果在40 dBμV以下就难以收到了,30 dBμV就什么都看不到了。这是说在电视机的输入端口,如果有30 dBμV以下的信号就是没有意义。由此可以得知,如果从空中场强搜索到电平表端口来的信号,在30 dBμV应该能测量。为保证测量无误,因此我们应选择电平表灵敏度为20 dBμV为宜。也许有人提出是否可以更高些呢,就目前来说,电视信号场强仪灵敏度一般都在20~30 dBμV,无线用的场强仪、频谱分析仪的灵敏度可以在零点几个微伏(即0 dBμV以下) ,但它不能显示图像,不能满足我们拟定的测试项目。


3、 电视信号的空中管理
对于电视信号空中管理部门,要知道我自己辖区内,有哪些电视信号,它们的场强多大,是非常必要的,但要追求高的精度就不一定必要了。从这种意义上来说,一种最好的办法是目前的电视场强仪加上测量天线;另一种办法是电视场强仪加一般市面上用的室外电视接收天线。后者的天线没有天线系数K,不能对仪器读数进行修正,但它也可以搜索到所有电视信号,并可测到仪器端口的电平值,已看得出这些电视信号在某个地方或方位的强弱。 我们可以称前者为定量测试,后者为定性测试。

 

四、 测量仪器的选择

综合上述,电视信号场强测量及空中管理有着它的特殊性,首先是要把信号搜索出来,并能识别它是电视信号,同时测量它的强度。笔者称这种仪器叫电视图像频谱场强仪。具体怎么选择仪器和天线,首先是看你的要求,再则是考虑性价比,下面提出几种方案。
1、 高精度型——PRK7
该仪器频率为5~2050MHz、 动态范围20~130dBμV、 精度±1dB。
2、 适用型——PRK3C+(彩色图象)、PRK3+
该仪器频率为5~2050MHz、 动态范围20~130dBμV、 精度±1.5dB。
3、 经济型——MC377
该仪器频率为5~2050MHz 、动态范围20~130dBμV 、精度±3dB。
4、 最经济型——EP303
该仪器频率为46~860MHz 、动态范围20~130dBμV 、精度±2.5dB。
以上仪器更详细资料,请看浩格网站
对于天线的选择已很明白了,要求高的选用日本安立公司生产的MP534A、MP666A,它适合配PRK7,获得高精度测量。一般来说,选用国产900E即可。
综合上述,作为一般电视信号空中管理测量,只要选择其中任何一种仪器,配上天线,即可测量电视信号场强。

五、 自动化测量

上述的几种方案,都是要在电平表上读数,然后用天线系数进行修正。最好能将天线系数存在电平表中,自动进行修正,那么测量即可立即读出场强数值,其方案如图8所示。
前述的PRK3C+、PRK3+、PRK7均有R232接口,在笔记本电脑中装入浩格公司开发的HEG008自动测试软件,即可将天线系数存入,在测量中自动修正,读出场强dBμV/m,并可即时打印。

 图8 自动化测量场强示意图

 

六、 高精度、高灵敏度的自动化测量

前述的测量方案是基于实用性提出来的,性价比都很好。对于要求高的管理部门来说,可以花较高的代价,寻求高的精度和高灵敏度,那就可以采用频谱分析仪方案,如图9所示。

 

图9:高精度高灵敏度自动化测量方案

此方案是采用水平较高的频谱分析仪,或CATV分析仪作为电平表, 如HP8591C或TEK2715 频谱分析仪,它本身也是一个CATV分析仪,其灵敏度在1μV以下。天线也相应采用高精度,长期稳定性好的天线。在笔记本电脑中装入HEG-009自动测试软件,那么可自动化、高精 度、实现在0dBμV测量电视信号场强。

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