短波接收机标准场强校准方法

王志雄

（国家广播电视总局二九一台，甘肃 兰州 730105）

0 引 言

基于监测业务的实际需求，需要在业务软件显示标准场强值，单位为dBμV/m。在实际应用场景下，软件界面显示的是接收机采集后经过数模转换（Analog /Digital，A/D）的信号强度。相比标准场强，该信号强度包含了内部链路K值，包括器件损耗、射频信号增益等。本文采用外场测试方法来校验接收机内部链路的K值，最终将A/D采集后的信号强度值折算成标准场强值[1]。

1 标准场强处理流程

标准场强处理流程如图1所示。

图1 标准场强处理流程

在天线阵中心位置，放置标准天线。标准天线连接频谱仪，通过频谱仪获取当前接收信号的场强值，记录为Sr。根据德国R&S公司HE525标准天线的资料获取标准天线的天线因子AF，不同的频段有不同的AF值。接收信号的实际场强值为：

短波信号经过接收机在中频处理器A/D采样后，在服务软件测量信号功率为Pad，计算其信号强度为Sad。在此基础上，可以计算出接收机内部链路的K值为：

根据式（2）可以计算出不同频点接收机内部链路的多个K值，通过对K值进行插值及拟合处理，从而得到较为平滑的K值曲线[2]。

2 内部链路K值的确定

2.1 实验场景

本次实验持续7 d，每天早、晚各测量一次，每次测量约1 h，测量结果选取中位值[3]。在每天较为固定的时间段进行测量，对测得数据进行比较，得到较为稳定的结果[4]。同时，充分考虑了测量点周围的环境因素，选取的测量地点周围平坦，坡度为1.5°，周围25 m范围内开阔无障碍物，避开了电力传输线及其他金属垂直物[5]。为了避免测量设备引起的测量误差，在实验前选用高精度标准信号源对设备进行了校准，尽量消除设备造成的测量误差。实验场景如图2所示。

图2 实验场景

信号源设备连接发射天线，发射标准短波信号，发射信号频率遍历2～30 MHz短波频段，随机选取频点进行发射。标准天线和接收天线放置在同一位置，距离发射天线1 000 m。将标准天线连接场强仪和频谱仪，测量标准场强值。两个设备的场强测量值可以相互进行校对，剔除误差较大的测量值，提高实验的准确性和可靠性。接收天线连接接收机来模拟实际短波接收系统，接收机与后端软件通过光纤连接。

2.2 测量设备

本次实验主要使用安捷伦4438C信号源、安捷伦N9913A手持式频谱分析仪、ML428B场强仪以及HE525标准天线[6]。发射/接收天线则采用短波分节负荷天线，天线高度10.8 m。

2.3 实验步骤

在远场利用信号源发射标准短波信号，发射功率分别设定为25 dBm、20 dBm。实验遍历2～30 MHz短波频段，随机选取频点进行测试，共29个频点。利用N9913A频谱仪测量场强，记为Sr；利用ML428B测量场强，记为Sr'；在服务软件测量场强，记为Sad。综合所有测量数据后，对Sr、Sr'、Sad取平均值，最终得到每个频点的场强测量数据。根据标准天线HE525数据资料获取天线因子，利用式（2）计算出接收机内部链路K值。对K值进行插值及拟合处理，得到K值的平滑曲线。在实际接收条件下，代入K值计算后即可得到标准场强值[7]。

2.4 实验数据

根据实验步骤，搭建实验平台进行测试。将频谱仪与场强仪数据进行比对和校准，在数据差距较大时重新测量，最终得到准确的场强值。其中，服务软件设置接收系统增益为0，从而消除系统增益造成的影响[8]。当发射功率为25 dBm时，场强测量结果如表1所示。

表1 发射功率为25 dBm的场强测量结果

当发射功率为20 dBm时，场强测量结果如表2所示。

表2 发射功率为20 dBm的场强测量结果

为了得到较为准确的测量值，将频谱仪和场强仪的测量结果进行了比较。通过实验数据比对，频谱仪和场强仪测量误差在±1 dB以内，符合30 MHz以下场强测量的准确度要求[9]。

2.5 K值处理及拟合

计算每个测试频点的接收机内部链路K值，该值随着频点的变化而变化。馈线对不同频段的短波信号损耗不同，低频段损耗小、高频段损耗大，馈线修正值根据历史测试数据得到。修正K值曲线如图3所示。

图3 修正后的K值曲线

利用MATLAB对修正后的K值进行线性插值，步进设置为100 kHz，得到预测值后进行曲线拟合，使得误差在某种意义上达到最小[10]。拟合K值曲线如图4所示。

图4 拟合K值曲线

将K值固化到服务软件程序中，假设基于中频AD采样后的信号功率为Pad1、转换后信号强度为Sad1，考虑接收机增益G1和不同频点对应的内部链路K值，即可得到标准信号功率：

最终，将标准信号场强Sr1显示在软件界面上。

3 结 论

在实际短波监测场景下，场强测量往往受到测量场地、环境、仪器设备、接收机内部链路K值、器件损耗以及射频信号增益等的影响而出现偏差，本文采用外场测试的方法来校验接收机内部链路K值，通过计算校准最终得到标准场强值。需要明确的是，接收机内部链路K值是针对具体接收系统而言的，不同接收机系统的内部链路K值并不相同。