短波通信发射台电磁波的测量方法 留言

本文介绍了一款Narda EHP-200型特殊场分析仪在长波、中波、短波广播电台方面的应用。

短波通信

目前，大多数国家都在使用短波向全世界提供新闻广播和服务，并通过短波在未被FM等无线电网络覆盖的地区实现通信。此外，短波具有可靠、稳定、易于接收的战略性质，也使其在广播通信领域保持高度活跃。

 

早在无线电通信的萌芽阶段，人们就发现3-23MHZ的频率范围特别适合超长距离通信。在该频段通信时，由于对流层内特殊的电离区起到了类似于镜子的作用，使入射波反射，因此人们只需使用相对较低的发射功率就能实现数千公里以上的通信。

 

然而，由于电离区是由太阳活动所产生的，所以会随着日夜更迭和季节交替而发生改变，有时能够达到近100%反射，但有时完全没有反射效果；此外，其反射性还深受信号发射频率的影响。因此，广播公司必须采取技术手段来保证长期持续稳定的服务，比如说，白天要视情况来采用不同的频带进行广播。

短波发射台

短波发射台是最复杂的广播系统之一。首先，短波发射台每天要连续24小时不间断工作，平均每小时就要对每个发射器进行以下调整：

 

1.  改变天线，或者至少改变辐射方向图的一个平面(水平或垂直)

 

每个发射中心都装有固定天线或旋转天线。固定天线一般为幕帘式，某些情况下能够在水平和垂直平面上对主瓣进行零点几度的微调，从而使发射方向尽可能地对准目标区域。

 

 

旋转式天线可以根据发射方向判定方位，但数量有限。不管是固定式天线还是旋转式天线都适用于多频通信或波段型通信。总之，要根据服务的类型和涉及的地理区域来决定使用哪种天线。

 

2.  根据国际频谱分配调整发射频率

 

选择发射频率要通过国际认定，以尽可能地减少各个广播公司之间的干扰；选定频率后还要选择合适的天线（保证适用于所选频率及所需方向）。

 

3. 发射功率不得超过国际或国家规定的阈值

 

发射功率要严格遵守管理规定和使用法规，不得超过其中规定的居民和工人所能承受的辐射上限。此外，在个别情况下，各个广播公司之间可以商定各自的发射频率来减轻互相之间的干扰。

 

测量的困难

对于传统的短波广播电台来说，电磁场的测量存在以下困难：

 

技术性难题: 大功率发射机周边的电磁场的特殊性会影响测量仪器，进而导致出现严重误差。比如说电缆、手柄或者金属支架会影响环形天线和各向同性探针的测量结果。

 

测量过程复杂: 测量时往往要覆盖电台周围相当大的一片区域，并要在各种天气条件下对多个点位同时测量。

 

潜在危险: 过高的频率场强度可能会引发生物组织敏感性方面的问题。

 

分析处理并行: 为保证电台各项功能有效，必须及时处理并分析测量结果。

测量方法有限

由于长、中、短波广播电台附近需要测量的电磁场几乎都位于特殊的近场区域内，因此必须在同一位置上测量电场(E, V/m)和磁场(E, V/m)。

 

传统的测量方法是使用各向同性二极管探针测量电场，使用旋转线圈测量磁场，但是会出现本征误差，致使无法正确计算出实际的场值。

 

我们可以从测量仪器和传感器的物理布局中找到产生这些误差的原因：在近场中，三轴偶极子通过电阻线与测量单元相连，使二极管探头的各向同性大幅衰弱；由于无法预测的散射现象，磁环天线的连接电缆也会影响测量精度。

全新测量方法

Narda EHP-200是一种内置9KHZ-30MHZ频谱分析仪的新型各向同性电磁场探头。

 

其主要工作部件为：

–  三个电场传感器，用于测量电场的电分量

–  三个磁场传感器，用于测量磁场的磁性分量

–  内置于传感器的9KHZ-30MHZ接收器、电源和通信电路。

 

整个探头尺寸非常小(92*92*109mm)，因此可以进行实际的现场测量。EHP-200适用的场强范围很大 (0.02至1000 V/m；0.6 mA/m至300 A/m)，可以分别得到三个轴向的测量值或总场强，最小频率分辨率为1 kHz，适用于详细测量。测量结果通过光纤传输至电脑端。

 

基于其独特性质， Narda EHP-200可用来测量广播发射机形成的电磁场，以确保大型天线周围的安全、控制广播方向的发射功率、测试天线的功能以及识别近场和远场之间的边界。

波阻抗计算

由于电场和磁场传感器安装于测量探头中的同一位置，EHP-200可以通过计算E和H的总值（三轴传感器中X轴、Y轴、Z轴的矢量之和）的比值来完成波阻抗Zw（Ω）的计算。Zw的大小取决于与辐射源之间的距离。

 

在远场中，平面波阻抗与无辐射区域相同：377欧姆。

在近场中，Zw则是由辐射源的特性决定的。

在测量长波、中波、短波广播站附近电磁场时，我们通常选择从天线到三倍波长这一距离范围的近场区域。

 

波长范围如下：

-长波发射机: 1500m-2000m

-中波发射机: 200m-600m

-短波发射机: 13m-75m

 

通过计算，可以得出Zw与测量点到天线的距离的关系，从而更好地确定近场和远场边界，并检验发射天线的性能。该方法特别适用于非线性、大型广播天线系统的散射近场区。

户外安装

本设备必须安装在短波发射站的截止区范围内。我们最初的构想是使用光缆实现数据通信，使用直流电缆连接中央直流源供电。

 

但是，这个方案需要地下作业，安装成本过高，更换测量点时还要重新安装探头，难度比较大。因此，重新设计了该产品的几个部分：

 

测量装置：外置一个可透过射频的防雨外壳（材料与AMS-8060区域监视器相同），大小可容纳EHP-200和5GHZ Wi-Fi解调器。

 

电源：采用移动电源供电，其中包括一块充电电池和一块太阳能电池板，并将其放置在距探头很远的地方，防止影响测量结果。

 

通信方式：通过5GHZ Wi-Fi与位于发射站控制室顶部的信号接收点建立无线连接实现通信。

结论

 

由于每个发射机在安装时都要将多个发射参数单独分开进行控制，因此，必须建立局域控制网以确保发射参数的准确性。在发射站周边的合适位置安装一定数量的Narda EHP-200电磁场分析仪，并通过Wi-Fi与中央控制单元（服务器）建立通信链路，就可以实现上述需求。

 

该系统可以同时控制每一个发射台的发射频率、天线和输出功率；其特定的软件程序可以实现自动控制，例如，当发射功率超过规定上限时，会发出警报和情况反馈；通过连续监测和定期数据记录，可以生成整个发射站的电子日志。

作者：

Roberto Grego, Sales Manger

Mirco Scotto, Product Manager, Narda Safety Test Solutions

原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）