一體化室外單元遠場測量系統的場地驗證

安志懷　王杏林　張文強

摘 要： 一體化室外單元是衛星電視接收系統的重要組成部分，測量一體化室外單元時需保證測試場地的均勻性和對反射波的有效抑制。介紹了一體化室外單元遠場測量系統，測試了場地中被測一體化室外單元有效體積內的電場變化量和兩個正交極化的場強差值，分析了場地反射波抑制量測試數據，驗證了測試場地的均勻性及對反射波的抑制效果。理論分析和測試結果表明，遠場測試系統測試場地能夠滿足一體化室外單元的測試需求。

關鍵詞： 一體化室外單元； 場地均勻性反射波； 測試場地； 衛星電視接收系統

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0024?03

0 引 言

一體化室外單元是衛星電視接收系統的重要組成部分[1]，其質量優劣直接影響到衛星電視接收系統的收視效果[2]。一體化室外單元由一體化饋源、低噪聲放大器和變頻器三部分組成。饋源普遍采用圓形波導，且口徑大小不統一，這給波導法測量[3]帶來了極大困難。遠場測量系統是在一個小型微波暗室中建立收、發裝置，被測一體化室外單元置于接收裝置上，發射裝置安裝標準發射喇叭。收與發裝置均可在計算機控制下做水平方向或繞自身軸向旋轉。

對測試系統而言，發射天線所發射的電磁波應在被測一體化室外單元所處區域形成均勻的場強覆蓋[4]。為此發射天線與被測一體化室外單元應相隔足夠的距離，并且場地反射應足夠小。即便如此，也難確保電場在被測一體化室外單元處區域的均勻性[5?6]，需要對測試場地均勻性和反射波信號抑制效果[7]進行驗證。論文結合某典型一體化室外測量系統，測試了場地中被測一體化室外單元有效體積內的電場變化量和兩個正交極化的場強差值兩個重要指標，結合理論模型，分析了場地反射波抑制量測試數據，根據實驗數據驗證了測試場地的均勻性及對反射波的抑制效果。理論分析和測試結果表明，遠場測試系統測試場地能夠滿足一體化室外單元的測試需求。

1 測量系統的遠場測試條件

一體化室外單元遠場測量系統示意圖如圖1所示。

測試系統收端和發端的距離在一體化室外單元測試頻段上（11.7～12.2 GHz）應滿足遠場測試條件：

式中：D為源天線的輻射孔徑的最大尺寸（單位：m）；d為被測一體化室外單元的最大尺寸（單位：m）；λ為測試頻率對應的波長（單位：m）。

由于發射源天線和增益基準天線口徑為0.08 m，一體化室外單元口徑一般在0.06 m左右，因此在一體化室外單元測試頻段上L最小應達到1.6 m，一體化室外單元遠場測量系統收端和發端的距離為2.6 m，滿足了遠場條件。

2 測試場地的均勻性分析

由于被測一體化室外單元并非固定不動，在某些指標測試時要在水平方向做旋轉運動，而且在進行交叉極化隔離度測試時還需要調整極化方式，因此場地的均勻性表現在兩個方面[6]：一是一體化室外單元所處活動區域的場強應是均勻的；二是在極化改變下場強應是不變的。SJ/T 11387?2008/XG1?2009 《直播衛星電視廣播接收系統及設備通用規范》規定：在被測一體化室外單元的有效體積內，電場變化小于1.5 dB，兩個正交極化的場強差值小于1 dB。

下面就這兩個方面分別進行研究試驗。

2.1 所處活動區域的場強

發射天線和一體化室外單元設置為水平極化方式。信號源設置為中心工作頻率。調整被測一體化室外單元使接收電平最大，保持極化對準，穩定后記錄一體化高頻頭的輸出電平值。保持信號源設置不變，將被測一體化室外單元進行軸向移動和左右移動，由于常見的高頻頭在測試系統上安裝后，其軸向移動范圍≤4 cm，而高頻頭的電氣尺寸≤16 cm，因此，驗證時被測饋源前后移動4 cm，左右移動16 cm。

軸向移動時，被測一體化室外單元向發射每移動1 cm，記錄一次一體化室外單元輸出電平值。左右移動時，被測一體化室外單元左右移動8 cm和16 cm，記錄相應的一體化室外單元輸出電平值。測試數據見表1。

在表1中可以看出，當被測一體化室外單元向發射天線軸向移動時，其輸出電平最大變化值為0.33 dB；當被測一體化室外單元左右移動時，其輸出電平最大變化值為0.50 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

表1 水平極化測試數據

改變發射天線和一體化室外單元的極化方式，重復上述步驟，數據見表2。

表2 垂直極化測試數據

由表2中可以看出，當被測一體化室外單元向發射天線軸向移動時，其輸出電平最大變化值為0.17 dB；當被測一體化室外單元左右移動時，其輸出電平最大變化值為0.33 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

2.2 極化改變下場強

由第2.1節中試驗得到的測試數據，將不同極化時一體化室外單元輸出電平進行對比，如表3所示。

由表3可知，軸向移動時，一體化室外單元在相同位置上，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.67 dB；左右移動時，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.34 dB。兩個正交極化的場強差值小于1 dB。

表3 不同極化時測試數據

3 場地反射信號的抑制

反射波之所以對一體化室外單元測量精度能產生影響，是因為其影響了直射波的測量電平。反射波比直射波能量越小影響程度就越小，對于一體化室外單元而言反射波能量比入射波低20 dB即可[7]。下面對微波暗室吸波材料對反射波的抑制效果進行試驗。

由圖1分析可知，微波暗室的地面、天花板、左右兩個側壁和測試轉臺后側壁五個位置的反射會對測試產生嚴重影響。發射天線和一體化室外單元設置為水平極化方式。信號源設置為中心工作頻率。調整被測一體化室外單元對準發射天線，然后將一體化室外單元水平旋轉180°，對準后側壁。后側壁加反射板，記錄此時一體化室外單元輸出電平；保持測試狀態不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。

將被測一體化室外單元旋轉回原來的位置與發射天線對準，調整發射天線和被測一體化室外單元同時偏左45°暗室左側壁加反射板，記錄此時一體化室外單元輸出電平；保持測試狀態不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。同樣的，按此方式對暗室右側壁、地面、天花板進行測試，并記錄相應數據。測試數據見表4。

表4 場地反射測試數據

4 結 語

通過對一體化室外單元遠場測量系統場地均勻性和反射信號抑制效果分析可知，在被測一體化室外單元的有效體積內，電場變化小于1.5 dB，兩個正交極化的場強差值小于1 dB；同時暗室吸波材料對反射信號的衰減值大于26 dB，均滿足規定的限值，因此遠場測試系統能夠滿足一體化室外單元的測試需求。

參考文獻

[1] 楊社年，賈長江.一體化室外單元測試研究[J].無線電工程， 2005（7）：49?51.

[2] 劉進軍.衛星電視接收技術[M].3版.北京：國防工業出版社， 2010.

[3] 國家技術監督局.GB/T11298.3?1997衛星電視地球接收站測量方法：室外單元測量[S].北京：中國標準出版社，1998.

[4] 盧萬錚.天線理論與技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004.

[5] 謝鳴，吳釩.電波暗室1～18 GHz性能的測試方法[J].安全與電磁兼容，2005（3）：70?76.

[6] 中華人民共和國工業和信息化部.SJ 11387?2008 直播衛星電視廣播接收系統及設備通用規范[S].北京：電子工業出版社， 2008.

[7] 安志懷，王杏林.時域法消除移動通信基站天線測試場地反射研究[J].電子科技，2013（5）：64?67.

[8] 竇曉杰，程乃平，倪淑燕. 相控陣天線遠場測試場測量方法[J].現代電子技術，2013，36（9）：54?56.

摘 要： 一體化室外單元是衛星電視接收系統的重要組成部分，測量一體化室外單元時需保證測試場地的均勻性和對反射波的有效抑制。介紹了一體化室外單元遠場測量系統，測試了場地中被測一體化室外單元有效體積內的電場變化量和兩個正交極化的場強差值，分析了場地反射波抑制量測試數據，驗證了測試場地的均勻性及對反射波的抑制效果。理論分析和測試結果表明，遠場測試系統測試場地能夠滿足一體化室外單元的測試需求。

關鍵詞： 一體化室外單元； 場地均勻性反射波； 測試場地； 衛星電視接收系統

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0024?03

0 引 言

一體化室外單元是衛星電視接收系統的重要組成部分[1]，其質量優劣直接影響到衛星電視接收系統的收視效果[2]。一體化室外單元由一體化饋源、低噪聲放大器和變頻器三部分組成。饋源普遍采用圓形波導，且口徑大小不統一，這給波導法測量[3]帶來了極大困難。遠場測量系統是在一個小型微波暗室中建立收、發裝置，被測一體化室外單元置于接收裝置上，發射裝置安裝標準發射喇叭。收與發裝置均可在計算機控制下做水平方向或繞自身軸向旋轉。

對測試系統而言，發射天線所發射的電磁波應在被測一體化室外單元所處區域形成均勻的場強覆蓋[4]。為此發射天線與被測一體化室外單元應相隔足夠的距離，并且場地反射應足夠小。即便如此，也難確保電場在被測一體化室外單元處區域的均勻性[5?6]，需要對測試場地均勻性和反射波信號抑制效果[7]進行驗證。論文結合某典型一體化室外測量系統，測試了場地中被測一體化室外單元有效體積內的電場變化量和兩個正交極化的場強差值兩個重要指標，結合理論模型，分析了場地反射波抑制量測試數據，根據實驗數據驗證了測試場地的均勻性及對反射波的抑制效果。理論分析和測試結果表明，遠場測試系統測試場地能夠滿足一體化室外單元的測試需求。

1 測量系統的遠場測試條件

一體化室外單元遠場測量系統示意圖如圖1所示。

測試系統收端和發端的距離在一體化室外單元測試頻段上（11.7～12.2 GHz）應滿足遠場測試條件：

式中：D為源天線的輻射孔徑的最大尺寸（單位：m）；d為被測一體化室外單元的最大尺寸（單位：m）；λ為測試頻率對應的波長（單位：m）。

由于發射源天線和增益基準天線口徑為0.08 m，一體化室外單元口徑一般在0.06 m左右，因此在一體化室外單元測試頻段上L最小應達到1.6 m，一體化室外單元遠場測量系統收端和發端的距離為2.6 m，滿足了遠場條件。

2 測試場地的均勻性分析

由于被測一體化室外單元并非固定不動，在某些指標測試時要在水平方向做旋轉運動，而且在進行交叉極化隔離度測試時還需要調整極化方式，因此場地的均勻性表現在兩個方面[6]：一是一體化室外單元所處活動區域的場強應是均勻的；二是在極化改變下場強應是不變的。SJ/T 11387?2008/XG1?2009 《直播衛星電視廣播接收系統及設備通用規范》規定：在被測一體化室外單元的有效體積內，電場變化小于1.5 dB，兩個正交極化的場強差值小于1 dB。

下面就這兩個方面分別進行研究試驗。

2.1 所處活動區域的場強

發射天線和一體化室外單元設置為水平極化方式。信號源設置為中心工作頻率。調整被測一體化室外單元使接收電平最大，保持極化對準，穩定后記錄一體化高頻頭的輸出電平值。保持信號源設置不變，將被測一體化室外單元進行軸向移動和左右移動，由于常見的高頻頭在測試系統上安裝后，其軸向移動范圍≤4 cm，而高頻頭的電氣尺寸≤16 cm，因此，驗證時被測饋源前后移動4 cm，左右移動16 cm。

軸向移動時，被測一體化室外單元向發射每移動1 cm，記錄一次一體化室外單元輸出電平值。左右移動時，被測一體化室外單元左右移動8 cm和16 cm，記錄相應的一體化室外單元輸出電平值。測試數據見表1。

在表1中可以看出，當被測一體化室外單元向發射天線軸向移動時，其輸出電平最大變化值為0.33 dB；當被測一體化室外單元左右移動時，其輸出電平最大變化值為0.50 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

表1 水平極化測試數據

改變發射天線和一體化室外單元的極化方式，重復上述步驟，數據見表2。

表2 垂直極化測試數據

由表2中可以看出，當被測一體化室外單元向發射天線軸向移動時，其輸出電平最大變化值為0.17 dB；當被測一體化室外單元左右移動時，其輸出電平最大變化值為0.33 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

2.2 極化改變下場強

由第2.1節中試驗得到的測試數據，將不同極化時一體化室外單元輸出電平進行對比，如表3所示。

由表3可知，軸向移動時，一體化室外單元在相同位置上，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.67 dB；左右移動時，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.34 dB。兩個正交極化的場強差值小于1 dB。

表3 不同極化時測試數據

3 場地反射信號的抑制

反射波之所以對一體化室外單元測量精度能產生影響，是因為其影響了直射波的測量電平。反射波比直射波能量越小影響程度就越小，對于一體化室外單元而言反射波能量比入射波低20 dB即可[7]。下面對微波暗室吸波材料對反射波的抑制效果進行試驗。

由圖1分析可知，微波暗室的地面、天花板、左右兩個側壁和測試轉臺后側壁五個位置的反射會對測試產生嚴重影響。發射天線和一體化室外單元設置為水平極化方式。信號源設置為中心工作頻率。調整被測一體化室外單元對準發射天線，然后將一體化室外單元水平旋轉180°，對準后側壁。后側壁加反射板，記錄此時一體化室外單元輸出電平；保持測試狀態不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。

將被測一體化室外單元旋轉回原來的位置與發射天線對準，調整發射天線和被測一體化室外單元同時偏左45°暗室左側壁加反射板，記錄此時一體化室外單元輸出電平；保持測試狀態不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。同樣的，按此方式對暗室右側壁、地面、天花板進行測試，并記錄相應數據。測試數據見表4。

表4 場地反射測試數據

4 結 語

通過對一體化室外單元遠場測量系統場地均勻性和反射信號抑制效果分析可知，在被測一體化室外單元的有效體積內，電場變化小于1.5 dB，兩個正交極化的場強差值小于1 dB；同時暗室吸波材料對反射信號的衰減值大于26 dB，均滿足規定的限值，因此遠場測試系統能夠滿足一體化室外單元的測試需求。

參考文獻

[1] 楊社年，賈長江.一體化室外單元測試研究[J].無線電工程， 2005（7）：49?51.

[2] 劉進軍.衛星電視接收技術[M].3版.北京：國防工業出版社， 2010.

[3] 國家技術監督局.GB/T11298.3?1997衛星電視地球接收站測量方法：室外單元測量[S].北京：中國標準出版社，1998.

[4] 盧萬錚.天線理論與技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004.

[5] 謝鳴，吳釩.電波暗室1～18 GHz性能的測試方法[J].安全與電磁兼容，2005（3）：70?76.

[6] 中華人民共和國工業和信息化部.SJ 11387?2008 直播衛星電視廣播接收系統及設備通用規范[S].北京：電子工業出版社， 2008.

[7] 安志懷，王杏林.時域法消除移動通信基站天線測試場地反射研究[J].電子科技，2013（5）：64?67.

[8] 竇曉杰，程乃平，倪淑燕. 相控陣天線遠場測試場測量方法[J].現代電子技術，2013，36（9）：54?56.

摘 要： 一體化室外單元是衛星電視接收系統的重要組成部分，測量一體化室外單元時需保證測試場地的均勻性和對反射波的有效抑制。介紹了一體化室外單元遠場測量系統，測試了場地中被測一體化室外單元有效體積內的電場變化量和兩個正交極化的場強差值，分析了場地反射波抑制量測試數據，驗證了測試場地的均勻性及對反射波的抑制效果。理論分析和測試結果表明，遠場測試系統測試場地能夠滿足一體化室外單元的測試需求。

關鍵詞： 一體化室外單元； 場地均勻性反射波； 測試場地； 衛星電視接收系統

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0024?03

0 引 言

一體化室外單元是衛星電視接收系統的重要組成部分[1]，其質量優劣直接影響到衛星電視接收系統的收視效果[2]。一體化室外單元由一體化饋源、低噪聲放大器和變頻器三部分組成。饋源普遍采用圓形波導，且口徑大小不統一，這給波導法測量[3]帶來了極大困難。遠場測量系統是在一個小型微波暗室中建立收、發裝置，被測一體化室外單元置于接收裝置上，發射裝置安裝標準發射喇叭。收與發裝置均可在計算機控制下做水平方向或繞自身軸向旋轉。

對測試系統而言，發射天線所發射的電磁波應在被測一體化室外單元所處區域形成均勻的場強覆蓋[4]。為此發射天線與被測一體化室外單元應相隔足夠的距離，并且場地反射應足夠小。即便如此，也難確保電場在被測一體化室外單元處區域的均勻性[5?6]，需要對測試場地均勻性和反射波信號抑制效果[7]進行驗證。論文結合某典型一體化室外測量系統，測試了場地中被測一體化室外單元有效體積內的電場變化量和兩個正交極化的場強差值兩個重要指標，結合理論模型，分析了場地反射波抑制量測試數據，根據實驗數據驗證了測試場地的均勻性及對反射波的抑制效果。理論分析和測試結果表明，遠場測試系統測試場地能夠滿足一體化室外單元的測試需求。

1 測量系統的遠場測試條件

一體化室外單元遠場測量系統示意圖如圖1所示。

測試系統收端和發端的距離在一體化室外單元測試頻段上（11.7～12.2 GHz）應滿足遠場測試條件：

式中：D為源天線的輻射孔徑的最大尺寸（單位：m）；d為被測一體化室外單元的最大尺寸（單位：m）；λ為測試頻率對應的波長（單位：m）。

由于發射源天線和增益基準天線口徑為0.08 m，一體化室外單元口徑一般在0.06 m左右，因此在一體化室外單元測試頻段上L最小應達到1.6 m，一體化室外單元遠場測量系統收端和發端的距離為2.6 m，滿足了遠場條件。

2 測試場地的均勻性分析

由于被測一體化室外單元并非固定不動，在某些指標測試時要在水平方向做旋轉運動，而且在進行交叉極化隔離度測試時還需要調整極化方式，因此場地的均勻性表現在兩個方面[6]：一是一體化室外單元所處活動區域的場強應是均勻的；二是在極化改變下場強應是不變的。SJ/T 11387?2008/XG1?2009 《直播衛星電視廣播接收系統及設備通用規范》規定：在被測一體化室外單元的有效體積內，電場變化小于1.5 dB，兩個正交極化的場強差值小于1 dB。

下面就這兩個方面分別進行研究試驗。

2.1 所處活動區域的場強

發射天線和一體化室外單元設置為水平極化方式。信號源設置為中心工作頻率。調整被測一體化室外單元使接收電平最大，保持極化對準，穩定后記錄一體化高頻頭的輸出電平值。保持信號源設置不變，將被測一體化室外單元進行軸向移動和左右移動，由于常見的高頻頭在測試系統上安裝后，其軸向移動范圍≤4 cm，而高頻頭的電氣尺寸≤16 cm，因此，驗證時被測饋源前后移動4 cm，左右移動16 cm。

軸向移動時，被測一體化室外單元向發射每移動1 cm，記錄一次一體化室外單元輸出電平值。左右移動時，被測一體化室外單元左右移動8 cm和16 cm，記錄相應的一體化室外單元輸出電平值。測試數據見表1。

在表1中可以看出，當被測一體化室外單元向發射天線軸向移動時，其輸出電平最大變化值為0.33 dB；當被測一體化室外單元左右移動時，其輸出電平最大變化值為0.50 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

表1 水平極化測試數據

改變發射天線和一體化室外單元的極化方式，重復上述步驟，數據見表2。

表2 垂直極化測試數據

由表2中可以看出，當被測一體化室外單元向發射天線軸向移動時，其輸出電平最大變化值為0.17 dB；當被測一體化室外單元左右移動時，其輸出電平最大變化值為0.33 dB。兩種情況下電平最大變化值均小于1.5 dB。

2.2 極化改變下場強

由第2.1節中試驗得到的測試數據，將不同極化時一體化室外單元輸出電平進行對比，如表3所示。

由表3可知，軸向移動時，一體化室外單元在相同位置上，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.67 dB；左右移動時，水平極化和垂直極化輸出電平最大變化為0.34 dB。兩個正交極化的場強差值小于1 dB。

表3 不同極化時測試數據

3 場地反射信號的抑制

反射波之所以對一體化室外單元測量精度能產生影響，是因為其影響了直射波的測量電平。反射波比直射波能量越小影響程度就越小，對于一體化室外單元而言反射波能量比入射波低20 dB即可[7]。下面對微波暗室吸波材料對反射波的抑制效果進行試驗。

由圖1分析可知，微波暗室的地面、天花板、左右兩個側壁和測試轉臺后側壁五個位置的反射會對測試產生嚴重影響。發射天線和一體化室外單元設置為水平極化方式。信號源設置為中心工作頻率。調整被測一體化室外單元對準發射天線，然后將一體化室外單元水平旋轉180°，對準后側壁。后側壁加反射板，記錄此時一體化室外單元輸出電平；保持測試狀態不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。

將被測一體化室外單元旋轉回原來的位置與發射天線對準，調整發射天線和被測一體化室外單元同時偏左45°暗室左側壁加反射板，記錄此時一體化室外單元輸出電平；保持測試狀態不變，去掉反射板，記錄一體化室外單元輸出電平。同樣的，按此方式對暗室右側壁、地面、天花板進行測試，并記錄相應數據。測試數據見表4。

表4 場地反射測試數據

4 結 語

通過對一體化室外單元遠場測量系統場地均勻性和反射信號抑制效果分析可知，在被測一體化室外單元的有效體積內，電場變化小于1.5 dB，兩個正交極化的場強差值小于1 dB；同時暗室吸波材料對反射信號的衰減值大于26 dB，均滿足規定的限值，因此遠場測試系統能夠滿足一體化室外單元的測試需求。

參考文獻

[1] 楊社年，賈長江.一體化室外單元測試研究[J].無線電工程， 2005（7）：49?51.

[2] 劉進軍.衛星電視接收技術[M].3版.北京：國防工業出版社， 2010.

[3] 國家技術監督局.GB/T11298.3?1997衛星電視地球接收站測量方法：室外單元測量[S].北京：中國標準出版社，1998.

[4] 盧萬錚.天線理論與技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004.

[5] 謝鳴，吳釩.電波暗室1～18 GHz性能的測試方法[J].安全與電磁兼容，2005（3）：70?76.

[6] 中華人民共和國工業和信息化部.SJ 11387?2008 直播衛星電視廣播接收系統及設備通用規范[S].北京：電子工業出版社， 2008.

[7] 安志懷，王杏林.時域法消除移動通信基站天線測試場地反射研究[J].電子科技，2013（5）：64?67.

[8] 竇曉杰，程乃平，倪淑燕. 相控陣天線遠場測試場測量方法[J].現代電子技術，2013，36（9）：54?56.