微波電磁環(huán)境測試的實用方法

0 前言

電磁環(huán)境測試是電磁頻譜管理的一項基礎(chǔ)性工作，它廣泛應(yīng)用于無線電臺站選址、頻率指配、無線電管制和電磁環(huán)境*估等電磁頻譜管理的各個環(huán)節(jié)。掌握科學(xué)的測試方法并不斷積累實踐經(jīng)驗對微波電磁環(huán)境測試至關(guān)重要。本文結(jié)合具體的工作實際，以“HP8593監(jiān)測測向系統(tǒng)”為例（其他系統(tǒng)可參考進(jìn)行）介紹微波電磁環(huán)境測試的基本方法。

1 測試依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)

微波電磁環(huán)境測試所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，主要有GB 13616-92《微波接力站電磁環(huán)境保護(hù)要求》和GB 13619-92《微波接力通信系統(tǒng)干擾計算方法》。

2 測試系統(tǒng)組成

根據(jù)不同的測試任務(wù)搭建相應(yīng)的測試系統(tǒng)，是順利完成電磁環(huán)境測試任務(wù)的第一步。

以HP8593頻譜分析儀為主體的HP8593微波電磁環(huán)境測試系統(tǒng)（如圖1所示），由寬頻帶標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線、高頻衰減器、微波低噪聲放大器、微波低損耗電纜、HP8593E頻譜分析儀和便攜式計算機(jī)等設(shè)備組成，能夠完成1 GHz～18 GHz頻段的電磁環(huán)境監(jiān)測工作。

值得注意的是，頻譜分析儀等測試儀表應(yīng)符合GB6113的規(guī)定，并經(jīng)計量部門檢定，以保證測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

圖1 HP8593微波測試系統(tǒng)

3 測試系統(tǒng)可行性論證

依據(jù)被測微波頻段接收設(shè)備的靈敏度，對所搭建的測試系統(tǒng)進(jìn)行可行性論證，以確認(rèn)該系統(tǒng)是否滿足“測試系統(tǒng)的靈敏度必須高于微波接收設(shè)備的靈敏度”的測試要求。可行性論證是保證電磁環(huán)境監(jiān)測工作科學(xué)、真實和有效的前提。

（1）測試系統(tǒng)性能論證

電磁環(huán)境測試系統(tǒng)性能主要體現(xiàn)在接收靈敏度方面，即對微弱信號的接收能力。接收機(jī)噪聲系數(shù)和靈敏度是衡量接收機(jī)對微弱信號接收能力的兩個重要參數(shù)，并且可相互轉(zhuǎn)換。

接收機(jī)靈敏度是接收機(jī)在指定帶寬下監(jiān)測弱信號的能力，以μV或dBμV為單位；而噪聲系數(shù)是指接收機(jī)（或頻譜儀）內(nèi)部產(chǎn)生的附加噪聲折合到輸入端與輸入本身的理論熱噪聲之比，屬無量綱參數(shù)，一般以dB為單位。即：

FN=NO/GNI ①

其中： FN 為噪聲系數(shù)；

NI 為輸入理論熱噪聲功率，NI=kT0B，k是波爾茲曼常數(shù)，T0是室溫的絕對溫度，B是接收機(jī)有效噪聲帶寬（或頻譜儀的分辨帶寬）；

NO 為輸出噪聲功率；

G 為電路系統(tǒng)增益。

電路的輸出噪聲除以增益即為電路的等效噪聲輸入，所以NI FN為等效電路的輸入噪聲功率。即：

NI FN =kT0B FN

在接收機(jī)應(yīng)用中，kT0B FN表示接收機(jī)輸入端的噪聲功率，信號電平必須超過此噪聲功率。若S/N=1，則輸入信號功率等于kT0B FN，如用對數(shù)形式表示則為：

10lgNI=10lgkT0B=-174+10lgB（dBm） ②

若B=1Hz，則：10lgNI=-174+10lgB =-174(dBm/Hz)；

若B=1kHz，則：10lgNI=-174+10lgB =-144(dBm/kHz)。

若S/N=1，接收機(jī)噪聲系數(shù)為NF=10lgFN，則接收機(jī)（或頻譜儀）的靈敏度為：

SN=10lgkT0BFN=-174+10lgBFN（dBm/Hz） ③

若B=1Hz，則：SN=-174+NF（dBm/Hz）；

若B=1kHz，則：SN =-144+NF（dBm/kHz）。

HP8593E頻譜儀噪聲系數(shù)的典型取值是32dB,即NF=10lgFN=32。那么在頻譜儀前端沒有衰減的條件下，其接收靈敏度為(若前端衰減設(shè)置為10dB，則頻譜儀靈敏度下降10dB)：

S=10lgkT0BFN=-174+10lgBFN =-174+32+10lgB。

若B=1Hz，則：S =-142（dBm/Hz）；

若B=1kHz，則：S =-112（dBm/kHz）。

對于較為弱小的信號，在頻譜儀前端增設(shè)低噪聲放大器，將明顯提高接收系統(tǒng)靈敏度。

（2）測試系統(tǒng)靈敏度論證

在本測試系統(tǒng)中，頻譜儀接收靈敏度為：S=-142（dBm/Hz），滿足GB13616-92《微波接力站電磁環(huán)境保護(hù)要求》指標(biāo)要求，DH微波低噪聲放大器增益G為30dB,噪聲系數(shù)為5。那么，高頻低噪聲放大器輸出端的噪聲功率（即最小信號電平功率）由公式③得出，可用對數(shù)表示為：

SNo=10lgkT0BGFN

=-174+10lgBFN+G =-174+5+30+10lgB

若B=1Hz，則：SNo=-174+5+28=-141（dBm/Hz）；

若B=1000Hz，則：SNo=-174+5+28+30=-111（dBm/kHz）。

此值高于頻譜儀接收靈敏度，即對于經(jīng)低噪聲放大器放大輸出的空中信號，HP8593E頻譜分析儀均能可靠接收。低噪聲放大器接收靈敏度為169dBm,考慮到天線的增益，本測試系統(tǒng)接收小信號的能力，即折算到天線口面處能接收的最小信號電平Pr可用公式表示為：

Pr=低噪聲放大器接收靈敏度-天線增益G2+電纜損耗1.5dB

即：

＊1300 MHz～1800 MHz頻段：

Pr =-169-8.5+1.5=-176（dBm/Hz）；

＊3700 MHz～4200 MHz 頻段：

Pr =-169-10.8+1.5=-178.3（dBm/Hz）；

＊4400 MHz～5000 MHz 頻段：

Pr=-169-11.1+1.5 =-178.6（dBm/Hz）；

＊12.55 GHz～12.85 GHz 頻段：

Pr=-169-12.7+1.5 =-180.2（dBm/Hz）。

依據(jù)表1中的“DH30010T2寬帶雙脊喇叭天線技術(shù)指標(biāo)”可計算出其他頻段的Pr，表2為HP8593E頻譜分析儀的平均噪聲電平。

以上論證說明，該測試系統(tǒng)靈敏度高于工作在擬測微波頻段的雷達(dá)和微波等接收設(shè)備的靈敏度，即可滿足相關(guān)測試要求。

表1 DH30010T2寬帶雙脊喇叭天線技術(shù)指標(biāo)

表2 HP8593E頻譜分析儀的平均噪聲電平

4 測試方法和步驟

（1）選定測試點

依據(jù)相關(guān)微波通信系統(tǒng)的組織運(yùn)用情況，結(jié)合微波臺站電磁環(huán)境測試對周邊地形、地貌的要求確定測試點,并將測試的基本情況記入《微波電磁環(huán)境測試記錄資料——測試基本情況記錄》（如表3所示）。