一体化室外单元远场测量系统的场地验证

安志怀　王杏林　张文强

摘 要： 一体化室外单元是卫星电视接收系统的重要组成部分，测量一体化室外单元时需保证测试场地的均匀性和对反射波的有效抑制。介绍了一体化室外单元远场测量系统，测试了场地中被测一体化室外单元有效体积内的电场变化量和两个正交极化的场强差值，分析了场地反射波抑制量测试数据，验证了测试场地的均匀性及对反射波的抑制效果。理论分析和测试结果表明，远场测试系统测试场地能够满足一体化室外单元的测试需求。

关键词： 一体化室外单元； 场地均匀性反射波； 测试场地； 卫星电视接收系统

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）06?0024?03

0 引 言

一体化室外单元是卫星电视接收系统的重要组成部分[1]，其质量优劣直接影响到卫星电视接收系统的收视效果[2]。一体化室外单元由一体化馈源、低噪声放大器和变频器三部分组成。馈源普遍采用圆形波导，且口径大小不统一，这给波导法测量[3]带来了极大困难。远场测量系统是在一个小型微波暗室中建立收、发装置，被测一体化室外单元置于接收装置上，发射装置安装标准发射喇叭。收与发装置均可在计算机控制下做水平方向或绕自身轴向旋转。

对测试系统而言，发射天线所发射的电磁波应在被测一体化室外单元所处区域形成均匀的场强覆盖[4]。为此发射天线与被测一体化室外单元应相隔足够的距离，并且场地反射应足够小。即便如此，也难确保电场在被测一体化室外单元处区域的均匀性[5?6]，需要对测试场地均匀性和反射波信号抑制效果[7]进行验证。论文结合某典型一体化室外测量系统，测试了场地中被测一体化室外单元有效体积内的电场变化量和两个正交极化的场强差值两个重要指标，结合理论模型，分析了场地反射波抑制量测试数据，根据实验数据验证了测试场地的均匀性及对反射波的抑制效果。理论分析和测试结果表明，远场测试系统测试场地能够满足一体化室外单元的测试需求。

1 测量系统的远场测试条件

一体化室外单元远场测量系统示意图如图1所示。

测试系统收端和发端的距离在一体化室外单元测试频段上（11.7～12.2 GHz）应满足远场测试条件：

式中：D为源天线的辐射孔径的最大尺寸（单位：m）；d为被测一体化室外单元的最大尺寸（单位：m）；λ为测试频率对应的波长（单位：m）。

由于发射源天线和增益基准天线口径为0.08 m，一体化室外单元口径一般在0.06 m左右，因此在一体化室外单元测试频段上L最小应达到1.6 m，一体化室外单元远场测量系统收端和发端的距离为2.6 m，满足了远场条件。

2 测试场地的均匀性分析

由于被测一体化室外单元并非固定不动，在某些指标测试时要在水平方向做旋转运动，而且在进行交叉极化隔离度测试时还需要调整极化方式，因此场地的均匀性表现在两个方面[6]：一是一体化室外单元所处活动区域的场强应是均匀的；二是在极化改变下场强应是不变的。SJ/T 11387?2008/XG1?2009 《直播卫星电视广播接收系统及设备通用规范》规定：在被测一体化室外单元的有效体积内，电场变化小于1.5 dB，两个正交极化的场强差值小于1 dB。

下面就这两个方面分别进行研究试验。

2.1 所处活动区域的场强

发射天线和一体化室外单元设置为水平极化方式。信号源设置为中心工作频率。调整被测一体化室外单元使接收电平最大，保持极化对准，稳定后记录一体化高频头的输出电平值。保持信号源设置不变，将被测一体化室外单元进行轴向移动和左右移动，由于常见的高频头在测试系统上安装后，其轴向移动范围≤4 cm，而高频头的电气尺寸≤16 cm，因此，验证时被测馈源前后移动4 cm，左右移动16 cm。

轴向移动时，被测一体化室外单元向发射每移动1 cm，记录一次一体化室外单元输出电平值。左右移动时，被测一体化室外单元左右移动8 cm和16 cm，记录相应的一体化室外单元输出电平值。测试数据见表1。

在表1中可以看出，当被测一体化室外单元向发射天线轴向移动时，其输出电平最大变化值为0.33 dB；当被测一体化室外单元左右移动时，其输出电平最大变化值为0.50 dB。两种情况下电平最大变化值均小于1.5 dB。

表1 水平极化测试数据

改变发射天线和一体化室外单元的极化方式，重复上述步骤，数据见表2。

表2 垂直极化测试数据

由表2中可以看出，当被测一体化室外单元向发射天线轴向移动时，其输出电平最大变化值为0.17 dB；当被测一体化室外单元左右移动时，其输出电平最大变化值为0.33 dB。两种情况下电平最大变化值均小于1.5 dB。

2.2 极化改变下场强

由第2.1节中试验得到的测试数据，将不同极化时一体化室外单元输出电平进行对比，如表3所示。

由表3可知，轴向移动时，一体化室外单元在相同位置上，水平极化和垂直极化输出电平最大变化为0.67 dB；左右移动时，水平极化和垂直极化输出电平最大变化为0.34 dB。两个正交极化的场强差值小于1 dB。

表3 不同极化时测试数据

3 场地反射信号的抑制

反射波之所以对一体化室外单元测量精度能产生影响，是因为其影响了直射波的测量电平。反射波比直射波能量越小影响程度就越小，对于一体化室外单元而言反射波能量比入射波低20 dB即可[7]。下面对微波暗室吸波材料对反射波的抑制效果进行试验。

由图1分析可知，微波暗室的地面、天花板、左右两个侧壁和测试转台后侧壁五个位置的反射会对测试产生严重影响。发射天线和一体化室外单元设置为水平极化方式。信号源设置为中心工作频率。调整被测一体化室外单元对准发射天线，然后将一体化室外单元水平旋转180°，对准后侧壁。后侧壁加反射板，记录此时一体化室外单元输出电平；保持测试状态不变，去掉反射板，记录一体化室外单元输出电平。

将被测一体化室外单元旋转回原来的位置与发射天线对准，调整发射天线和被测一体化室外单元同时偏左45°暗室左侧壁加反射板，记录此时一体化室外单元输出电平；保持测试状态不变，去掉反射板，记录一体化室外单元输出电平。同样的，按此方式对暗室右侧壁、地面、天花板进行测试，并记录相应数据。测试数据见表4。

表4 场地反射测试数据

4 结 语

通过对一体化室外单元远场测量系统场地均匀性和反射信号抑制效果分析可知，在被测一体化室外单元的有效体积内，电场变化小于1.5 dB，两个正交极化的场强差值小于1 dB；同时暗室吸波材料对反射信号的衰减值大于26 dB，均满足规定的限值，因此远场测试系统能够满足一体化室外单元的测试需求。

参考文献

[1] 杨社年，贾长江.一体化室外单元测试研究[J].无线电工程， 2005（7）：49?51.

[2] 刘进军.卫星电视接收技术[M].3版.北京：国防工业出版社， 2010.

[3] 国家技术监督局.GB/T11298.3?1997卫星电视地球接收站测量方法：室外单元测量[S].北京：中国标准出版社，1998.

[4] 卢万铮.天线理论与技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.

[5] 谢鸣，吴钒.电波暗室1～18 GHz性能的测试方法[J].安全与电磁兼容，2005（3）：70?76.

[6] 中华人民共和国工业和信息化部.SJ 11387?2008 直播卫星电视广播接收系统及设备通用规范[S].北京：电子工业出版社， 2008.

[7] 安志怀，王杏林.时域法消除移动通信基站天线测试场地反射研究[J].电子科技，2013（5）：64?67.

[8] 窦晓杰，程乃平，倪淑燕. 相控阵天线远场测试场测量方法[J].现代电子技术，2013，36（9）：54?56.

摘 要： 一体化室外单元是卫星电视接收系统的重要组成部分，测量一体化室外单元时需保证测试场地的均匀性和对反射波的有效抑制。介绍了一体化室外单元远场测量系统，测试了场地中被测一体化室外单元有效体积内的电场变化量和两个正交极化的场强差值，分析了场地反射波抑制量测试数据，验证了测试场地的均匀性及对反射波的抑制效果。理论分析和测试结果表明，远场测试系统测试场地能够满足一体化室外单元的测试需求。

关键词： 一体化室外单元； 场地均匀性反射波； 测试场地； 卫星电视接收系统

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）06?0024?03

0 引 言

一体化室外单元是卫星电视接收系统的重要组成部分[1]，其质量优劣直接影响到卫星电视接收系统的收视效果[2]。一体化室外单元由一体化馈源、低噪声放大器和变频器三部分组成。馈源普遍采用圆形波导，且口径大小不统一，这给波导法测量[3]带来了极大困难。远场测量系统是在一个小型微波暗室中建立收、发装置，被测一体化室外单元置于接收装置上，发射装置安装标准发射喇叭。收与发装置均可在计算机控制下做水平方向或绕自身轴向旋转。

对测试系统而言，发射天线所发射的电磁波应在被测一体化室外单元所处区域形成均匀的场强覆盖[4]。为此发射天线与被测一体化室外单元应相隔足够的距离，并且场地反射应足够小。即便如此，也难确保电场在被测一体化室外单元处区域的均匀性[5?6]，需要对测试场地均匀性和反射波信号抑制效果[7]进行验证。论文结合某典型一体化室外测量系统，测试了场地中被测一体化室外单元有效体积内的电场变化量和两个正交极化的场强差值两个重要指标，结合理论模型，分析了场地反射波抑制量测试数据，根据实验数据验证了测试场地的均匀性及对反射波的抑制效果。理论分析和测试结果表明，远场测试系统测试场地能够满足一体化室外单元的测试需求。

1 测量系统的远场测试条件

一体化室外单元远场测量系统示意图如图1所示。

测试系统收端和发端的距离在一体化室外单元测试频段上（11.7～12.2 GHz）应满足远场测试条件：

式中：D为源天线的辐射孔径的最大尺寸（单位：m）；d为被测一体化室外单元的最大尺寸（单位：m）；λ为测试频率对应的波长（单位：m）。

由于发射源天线和增益基准天线口径为0.08 m，一体化室外单元口径一般在0.06 m左右，因此在一体化室外单元测试频段上L最小应达到1.6 m，一体化室外单元远场测量系统收端和发端的距离为2.6 m，满足了远场条件。

2 测试场地的均匀性分析

由于被测一体化室外单元并非固定不动，在某些指标测试时要在水平方向做旋转运动，而且在进行交叉极化隔离度测试时还需要调整极化方式，因此场地的均匀性表现在两个方面[6]：一是一体化室外单元所处活动区域的场强应是均匀的；二是在极化改变下场强应是不变的。SJ/T 11387?2008/XG1?2009 《直播卫星电视广播接收系统及设备通用规范》规定：在被测一体化室外单元的有效体积内，电场变化小于1.5 dB，两个正交极化的场强差值小于1 dB。

下面就这两个方面分别进行研究试验。

2.1 所处活动区域的场强

发射天线和一体化室外单元设置为水平极化方式。信号源设置为中心工作频率。调整被测一体化室外单元使接收电平最大，保持极化对准，稳定后记录一体化高频头的输出电平值。保持信号源设置不变，将被测一体化室外单元进行轴向移动和左右移动，由于常见的高频头在测试系统上安装后，其轴向移动范围≤4 cm，而高频头的电气尺寸≤16 cm，因此，验证时被测馈源前后移动4 cm，左右移动16 cm。

轴向移动时，被测一体化室外单元向发射每移动1 cm，记录一次一体化室外单元输出电平值。左右移动时，被测一体化室外单元左右移动8 cm和16 cm，记录相应的一体化室外单元输出电平值。测试数据见表1。

在表1中可以看出，当被测一体化室外单元向发射天线轴向移动时，其输出电平最大变化值为0.33 dB；当被测一体化室外单元左右移动时，其输出电平最大变化值为0.50 dB。两种情况下电平最大变化值均小于1.5 dB。

表1 水平极化测试数据

改变发射天线和一体化室外单元的极化方式，重复上述步骤，数据见表2。

表2 垂直极化测试数据

由表2中可以看出，当被测一体化室外单元向发射天线轴向移动时，其输出电平最大变化值为0.17 dB；当被测一体化室外单元左右移动时，其输出电平最大变化值为0.33 dB。两种情况下电平最大变化值均小于1.5 dB。

2.2 极化改变下场强

由第2.1节中试验得到的测试数据，将不同极化时一体化室外单元输出电平进行对比，如表3所示。

由表3可知，轴向移动时，一体化室外单元在相同位置上，水平极化和垂直极化输出电平最大变化为0.67 dB；左右移动时，水平极化和垂直极化输出电平最大变化为0.34 dB。两个正交极化的场强差值小于1 dB。

表3 不同极化时测试数据

3 场地反射信号的抑制

反射波之所以对一体化室外单元测量精度能产生影响，是因为其影响了直射波的测量电平。反射波比直射波能量越小影响程度就越小，对于一体化室外单元而言反射波能量比入射波低20 dB即可[7]。下面对微波暗室吸波材料对反射波的抑制效果进行试验。

由图1分析可知，微波暗室的地面、天花板、左右两个侧壁和测试转台后侧壁五个位置的反射会对测试产生严重影响。发射天线和一体化室外单元设置为水平极化方式。信号源设置为中心工作频率。调整被测一体化室外单元对准发射天线，然后将一体化室外单元水平旋转180°，对准后侧壁。后侧壁加反射板，记录此时一体化室外单元输出电平；保持测试状态不变，去掉反射板，记录一体化室外单元输出电平。

将被测一体化室外单元旋转回原来的位置与发射天线对准，调整发射天线和被测一体化室外单元同时偏左45°暗室左侧壁加反射板，记录此时一体化室外单元输出电平；保持测试状态不变，去掉反射板，记录一体化室外单元输出电平。同样的，按此方式对暗室右侧壁、地面、天花板进行测试，并记录相应数据。测试数据见表4。

表4 场地反射测试数据

4 结 语

通过对一体化室外单元远场测量系统场地均匀性和反射信号抑制效果分析可知，在被测一体化室外单元的有效体积内，电场变化小于1.5 dB，两个正交极化的场强差值小于1 dB；同时暗室吸波材料对反射信号的衰减值大于26 dB，均满足规定的限值，因此远场测试系统能够满足一体化室外单元的测试需求。

参考文献

[1] 杨社年，贾长江.一体化室外单元测试研究[J].无线电工程， 2005（7）：49?51.

[2] 刘进军.卫星电视接收技术[M].3版.北京：国防工业出版社， 2010.

[3] 国家技术监督局.GB/T11298.3?1997卫星电视地球接收站测量方法：室外单元测量[S].北京：中国标准出版社，1998.

[4] 卢万铮.天线理论与技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.

[5] 谢鸣，吴钒.电波暗室1～18 GHz性能的测试方法[J].安全与电磁兼容，2005（3）：70?76.

[6] 中华人民共和国工业和信息化部.SJ 11387?2008 直播卫星电视广播接收系统及设备通用规范[S].北京：电子工业出版社， 2008.

[7] 安志怀，王杏林.时域法消除移动通信基站天线测试场地反射研究[J].电子科技，2013（5）：64?67.

[8] 窦晓杰，程乃平，倪淑燕. 相控阵天线远场测试场测量方法[J].现代电子技术，2013，36（9）：54?56.

摘 要： 一体化室外单元是卫星电视接收系统的重要组成部分，测量一体化室外单元时需保证测试场地的均匀性和对反射波的有效抑制。介绍了一体化室外单元远场测量系统，测试了场地中被测一体化室外单元有效体积内的电场变化量和两个正交极化的场强差值，分析了场地反射波抑制量测试数据，验证了测试场地的均匀性及对反射波的抑制效果。理论分析和测试结果表明，远场测试系统测试场地能够满足一体化室外单元的测试需求。

关键词： 一体化室外单元； 场地均匀性反射波； 测试场地； 卫星电视接收系统

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）06?0024?03

0 引 言

一体化室外单元是卫星电视接收系统的重要组成部分[1]，其质量优劣直接影响到卫星电视接收系统的收视效果[2]。一体化室外单元由一体化馈源、低噪声放大器和变频器三部分组成。馈源普遍采用圆形波导，且口径大小不统一，这给波导法测量[3]带来了极大困难。远场测量系统是在一个小型微波暗室中建立收、发装置，被测一体化室外单元置于接收装置上，发射装置安装标准发射喇叭。收与发装置均可在计算机控制下做水平方向或绕自身轴向旋转。

对测试系统而言，发射天线所发射的电磁波应在被测一体化室外单元所处区域形成均匀的场强覆盖[4]。为此发射天线与被测一体化室外单元应相隔足够的距离，并且场地反射应足够小。即便如此，也难确保电场在被测一体化室外单元处区域的均匀性[5?6]，需要对测试场地均匀性和反射波信号抑制效果[7]进行验证。论文结合某典型一体化室外测量系统，测试了场地中被测一体化室外单元有效体积内的电场变化量和两个正交极化的场强差值两个重要指标，结合理论模型，分析了场地反射波抑制量测试数据，根据实验数据验证了测试场地的均匀性及对反射波的抑制效果。理论分析和测试结果表明，远场测试系统测试场地能够满足一体化室外单元的测试需求。

1 测量系统的远场测试条件

一体化室外单元远场测量系统示意图如图1所示。

测试系统收端和发端的距离在一体化室外单元测试频段上（11.7～12.2 GHz）应满足远场测试条件：

式中：D为源天线的辐射孔径的最大尺寸（单位：m）；d为被测一体化室外单元的最大尺寸（单位：m）；λ为测试频率对应的波长（单位：m）。

由于发射源天线和增益基准天线口径为0.08 m，一体化室外单元口径一般在0.06 m左右，因此在一体化室外单元测试频段上L最小应达到1.6 m，一体化室外单元远场测量系统收端和发端的距离为2.6 m，满足了远场条件。

2 测试场地的均匀性分析

由于被测一体化室外单元并非固定不动，在某些指标测试时要在水平方向做旋转运动，而且在进行交叉极化隔离度测试时还需要调整极化方式，因此场地的均匀性表现在两个方面[6]：一是一体化室外单元所处活动区域的场强应是均匀的；二是在极化改变下场强应是不变的。SJ/T 11387?2008/XG1?2009 《直播卫星电视广播接收系统及设备通用规范》规定：在被测一体化室外单元的有效体积内，电场变化小于1.5 dB，两个正交极化的场强差值小于1 dB。

下面就这两个方面分别进行研究试验。

2.1 所处活动区域的场强

发射天线和一体化室外单元设置为水平极化方式。信号源设置为中心工作频率。调整被测一体化室外单元使接收电平最大，保持极化对准，稳定后记录一体化高频头的输出电平值。保持信号源设置不变，将被测一体化室外单元进行轴向移动和左右移动，由于常见的高频头在测试系统上安装后，其轴向移动范围≤4 cm，而高频头的电气尺寸≤16 cm，因此，验证时被测馈源前后移动4 cm，左右移动16 cm。

轴向移动时，被测一体化室外单元向发射每移动1 cm，记录一次一体化室外单元输出电平值。左右移动时，被测一体化室外单元左右移动8 cm和16 cm，记录相应的一体化室外单元输出电平值。测试数据见表1。

在表1中可以看出，当被测一体化室外单元向发射天线轴向移动时，其输出电平最大变化值为0.33 dB；当被测一体化室外单元左右移动时，其输出电平最大变化值为0.50 dB。两种情况下电平最大变化值均小于1.5 dB。

表1 水平极化测试数据

改变发射天线和一体化室外单元的极化方式，重复上述步骤，数据见表2。

表2 垂直极化测试数据

由表2中可以看出，当被测一体化室外单元向发射天线轴向移动时，其输出电平最大变化值为0.17 dB；当被测一体化室外单元左右移动时，其输出电平最大变化值为0.33 dB。两种情况下电平最大变化值均小于1.5 dB。

2.2 极化改变下场强

由第2.1节中试验得到的测试数据，将不同极化时一体化室外单元输出电平进行对比，如表3所示。

由表3可知，轴向移动时，一体化室外单元在相同位置上，水平极化和垂直极化输出电平最大变化为0.67 dB；左右移动时，水平极化和垂直极化输出电平最大变化为0.34 dB。两个正交极化的场强差值小于1 dB。

表3 不同极化时测试数据

3 场地反射信号的抑制

反射波之所以对一体化室外单元测量精度能产生影响，是因为其影响了直射波的测量电平。反射波比直射波能量越小影响程度就越小，对于一体化室外单元而言反射波能量比入射波低20 dB即可[7]。下面对微波暗室吸波材料对反射波的抑制效果进行试验。

由图1分析可知，微波暗室的地面、天花板、左右两个侧壁和测试转台后侧壁五个位置的反射会对测试产生严重影响。发射天线和一体化室外单元设置为水平极化方式。信号源设置为中心工作频率。调整被测一体化室外单元对准发射天线，然后将一体化室外单元水平旋转180°，对准后侧壁。后侧壁加反射板，记录此时一体化室外单元输出电平；保持测试状态不变，去掉反射板，记录一体化室外单元输出电平。

将被测一体化室外单元旋转回原来的位置与发射天线对准，调整发射天线和被测一体化室外单元同时偏左45°暗室左侧壁加反射板，记录此时一体化室外单元输出电平；保持测试状态不变，去掉反射板，记录一体化室外单元输出电平。同样的，按此方式对暗室右侧壁、地面、天花板进行测试，并记录相应数据。测试数据见表4。

表4 场地反射测试数据

4 结 语

通过对一体化室外单元远场测量系统场地均匀性和反射信号抑制效果分析可知，在被测一体化室外单元的有效体积内，电场变化小于1.5 dB，两个正交极化的场强差值小于1 dB；同时暗室吸波材料对反射信号的衰减值大于26 dB，均满足规定的限值，因此远场测试系统能够满足一体化室外单元的测试需求。

参考文献

[1] 杨社年，贾长江.一体化室外单元测试研究[J].无线电工程， 2005（7）：49?51.

[2] 刘进军.卫星电视接收技术[M].3版.北京：国防工业出版社， 2010.

[3] 国家技术监督局.GB/T11298.3?1997卫星电视地球接收站测量方法：室外单元测量[S].北京：中国标准出版社，1998.

[4] 卢万铮.天线理论与技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.

[5] 谢鸣，吴钒.电波暗室1～18 GHz性能的测试方法[J].安全与电磁兼容，2005（3）：70?76.

[6] 中华人民共和国工业和信息化部.SJ 11387?2008 直播卫星电视广播接收系统及设备通用规范[S].北京：电子工业出版社， 2008.

[7] 安志怀，王杏林.时域法消除移动通信基站天线测试场地反射研究[J].电子科技，2013（5）：64?67.

[8] 窦晓杰，程乃平，倪淑燕. 相控阵天线远场测试场测量方法[J].现代电子技术，2013，36（9）：54?56.