中短波天线场形测量新技术的研究

2018-12-23杨红波

无线互联科技 2018年7期

杨红波

（国家新闻出版广电总局五○一台，云南安宁 650302）

随着科学技术的发展，自动记录场强仪等先进的技术设备在中短波天线场形测量中得到了应用，在数据处理过程中，信息化技术软件也发挥出重要作用，使场形测量效率和测量结果的可靠性得到显著提升。因此，有必要对各种测量新技术在中短波天线场形中的应用进行分析和总结，促进中短波天线场形测量技术的发展，从而使中短波天线发射系统能够保持良好的运行状态。

1 中短波天线场形测量技术概述

1.1 场形测量技术概述

进行中短波天线场形测量的主要目的是通过对场形测量数据的分析，验证中短波天线发射效果，及时掌握天馈线系统实际工作情况，判断其是否处于正常工作状态。利用中短波天线场形测量技术可以快速得到关键技术参数，并以此为依据，对天线发射系统进行调整，保证中短波天线系统的正常运行。在实际测量工作中，中短波测量会受多方面因素干扰，有必要针对传统测量技术存在的不足，通过引进新的技术手段，提高中短波天线场形测量能力[1]。

1.2 传统测量技术

在传统技术条件下，天线场形测量需要找到完美的水平高度测量面，而这在实际工作中难以实现。因此，为达到测量目的，工作人员不得不放大天线测量半径，从远距离处开展测量工作。在这种测量方式下，对一个频率进行场形测量往往需要花费数十天的时间。此外，热气球也是在传统场形测量工作中常用的方法，从工作实践情况来看，这种测量方法的精度难以保障，而且安全性较低[2]。

2 场形测量数据收集与处理

2.1 数据收集

新场形测量技术采用无人飞行器为垂直场形测量提供支持，在无人飞行器上携带场强仪，其中配套设置有全球定位设备（Global Position Device，GPD），可以用于确定场强仪的空中位置坐标。在无人飞行器上携带的场强仪设备负责记录场强数据，返回地面后，采用专用软件提取存储器中的记录数据，并进行分析计算，自动绘制场形图。

随着场强仪和自动测量技术的研究发展，目前在市面上已经提供了多种自动记录场强仪，比如由广世无限科技有限责任公司研发的GB521型中短波自动记录场强仪，适合用于空中测量，可以自动测量并记录待测发射天线的周围电场强度。该设备的自身重量轻、体积小，具有较强的抗干扰能力，能够为多种测量方式提供支持，满足现场场形测量的需求[3]。

2.2 数据处理

使用自动记录场强仪测量得到基础场强数据后，可以使用专用数据处理软件对其进行处理。比如应用CQDP场强测量数据专用处理软件对测量数据进行处理，目前该软件的功能已经较为完善，可以根据天线场形测量工作以及天馈线系统调整的需要，自动完成数据分析工作，绘制场强方向图，生成场强记录表格，供后续的分析处理以及系统调整决策使用[4]。

3 场形测量新技术在中短波天线场形测量中的应用

3.1 中短波自动记录场强仪的应用

自动记录场强仪的应用为中短波场形测量工作提供了有力支持，以GB521型自动记录场强仪为例，设备主要由以下几部分功能系统组成：（1）全自动电调谐天线系统，该系统与主机同步调谐，能够省略所有天线操作。针对不同测量频段以及不同的天线，仪器可以使用对应的天线修正系数，对其进行自动修正，从而自动完成场强值的读取工作。（2）自动测量系统，在仪器开始进行测量工作后，先校正测量通道增益，以3次/s的频率对GPS数据和场强值进行测量记录，并同步读取空间位置、场强和时间信心，实现自动校对、测量和记录。（3）GPS定位系统，在该仪器内自带高精度的GPS定位系统，采用高性能GPS模块实现自动定位功能，可以为系统提供经纬度、海拔数据等空间位置信息，其天线使用航空天线。（4）测量天线，该场强仪带有无方向窄带鞭状天线，在出厂前经过计量校准，可以排除带外信号，同时配备有无方向水平极化星形天线，更适合近程场形测量。

3.2 测量技术参数分析

在自动记录场强仪的应用过程中，要对其主要技术参数进行了解。GB521型自动记录场强仪的频率测量范围为500 kHz～30 MHz，场强测量范围为45～150 dB，单位量为dBμV/m，可以充分满足中短波场形测量的需要。仪器频率稳定性为10-6，输入阻抗为50Ω，驻波系数为1.2（RFATT＞10 dB），2（RFATT=0）。其终端电压的测量范围为0～120 dB，电压测量误差率≤±2 dB。中频衰减≥40 dB，镜像波道衰减≥35 dB。GB521型场强仪的整机通频带为500 Hz～30 MHz，采用平均值检波方式，杂散干扰抑制≥40 dB，屏蔽效果≥60 dB。仪器寄生信号≤3点，且电平＜30 dB。在自动校对、测量和记录工作方式下，仪器对场强测量值和GPS数据的存储时间间隔均＜1s。由于采用高精度GPS模块，其水平测量误差可以控制在2.5 m以内，海拔高度误差可以控制在3 m以内。此外，从仪器的外形尺寸来看，主机小盒采用尺寸为225 mm×99 mm×77 mm的铝镁合金外壳，主机重量较强，仅为1.5 kg。机内使用的锂蓄电池，主机小盒为12 V，显示小盒为7.4 V。其中，主机小盒的工作电流＜200 mA，一次充满电后可以连续工作4 h以上。

3.3 专业数据处理软件的应用

在采用自动记录场强仪进行自动化数据采集后，还要利用专业测量数据处理软件，对仪器存储器记录的数据进行分析和处理。CQDP专业数据处理软件可以与GB521型中短波自动记录场强仪配套使用，对场强仪存储器中记录的数据进行自动计算还筛选，最终绘制出垂直和水平场强方向图，并生成相关记录表格。CQDP专业数据处理软件主要具备以下几方面功能：

3.3.1 数据录入功能

作为自动记录场强仪的配套软件，CQDP软件可以直接读取场强仪中的记录数据，以文本形式读取出来，供软件分析处理使用。具体包括测量频率、时间、经纬度、海拔高度和场强值等数据。

3.3.2 数据计算功能

CQDP软件提供了强大的数据计算功能，可以根据输入的记录数据，自动计算测量点与天线的方位角、距离和仰角等数据，并对计算出的数据进行筛选，通过设置测量半径和角度选取范围，根据平均值数据等自动筛选，最后计算天线参数，为图表绘制提供支持。

3.3.3 场强方向图绘制功能

根据上述步骤的计算结构，由软件完成数据归一化处理，分别绘制出水平和垂直场强方向图，同时支持图形的放大、存储等操作，能够直观地反映测量结果，为工作人员掌握天线场形情况提供帮助。

完成图形绘制后，软件还可以将处理后的数据以表格的形式存储下来，方便以后查看历史数据时调用，同时支持各种报表的自动生成和打印操作。

3.3.4 天线参数计算功能

在中短波天线场形数据较为完整的情况下，可以通过输入发射机功率，直接在场形图形界面，计算天线增益、半功率角、前后比等参数，进一步为天线系统的测量分析和调整提供支持。

通过上述功能的实现，可以有效降低传统中短波天线场形测量工作中的人工计算量，同时提高计算精度和分析结果的可靠性。因此，应积极采用新的测量技术手段，提高中短波天线场形测量工作水平。