簡易數(shù)字電視接收天線測試系統(tǒng)

賈小嬌 安徽省廣播電視科研所

1．引言

天線用于發(fā)射或接收電磁波信號(hào)，是無線通信系統(tǒng)中的重要組成部分，使用在廣播、電視、遙感玩具、手機(jī)通信、無線上網(wǎng)、物流快遞跟蹤服務(wù)、電子對(duì)抗等設(shè)備和系統(tǒng)中。由于種類繁多，數(shù)量巨大，使得天線測試技術(shù)亦發(fā)展起來。目前國內(nèi)外研究天線測試的廠家有很多，如美國的麻省理工、是德科技、中電四十一所等[1]。但市場上的天線測試系統(tǒng)，價(jià)格從十幾萬至幾十萬不等，需要的環(huán)境亦較苛刻，性價(jià)比不高?；诖耍覀冄芯看罱撕喴椎奶炀€測試系統(tǒng)，只需要矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、發(fā)射天線、接收天線、手控轉(zhuǎn)臺(tái)等，就能夠?qū)Ρ葴y量出數(shù)字電視接收天線的增益、駐波比、阻抗等參數(shù)。

2.簡易數(shù)字電視接收天線測試系統(tǒng)

本測試系統(tǒng)由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、發(fā)射天線、接收天線、手控轉(zhuǎn)臺(tái)組成，采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀作發(fā)射信號(hào)源和分析設(shè)備，可以滿足我們的測量要求；轉(zhuǎn)臺(tái)使用我們自制的手控轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度能滿足我們的基本測量要求，發(fā)射天線為自行研發(fā)，參考接收天線亦經(jīng)過檢驗(yàn)測試。

簡易數(shù)字電視接收天線測試系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.1　矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀

測試系統(tǒng)使用的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀為中電四十一所的AV3656A[2]，單獨(dú)使用時(shí)，其能夠快速測試被測天線的駐波比、阻抗，加上發(fā)射天線后，它利用內(nèi)部激勵(lì)源外加天線，形成發(fā)射接收回路系統(tǒng)，能分析接收天線增益等性能參數(shù)。

圖1　簡易數(shù)字電視接收天線測試系統(tǒng)框圖

圖2　558MHz半波折合振子天線駐波比

2.2　發(fā)射天線

發(fā)射天線使用自制的半波折合振子天線[3]，用細(xì)銅管做折合振子，同軸電纜做巴倫匹配，利用公式c=λ?f（c為電磁波在真空中的傳播速度，λ為電磁波波長，f為頻率）,根據(jù)電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，則 v=λ1?f(v為電磁波在銅內(nèi)部的傳輸速度，λ1為電磁波在銅內(nèi)部傳播時(shí)的波長，f為頻率)，可以算出折合振子的長度。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，我們制作了幾個(gè)發(fā)射天線，理論上都是窄帶點(diǎn)頻天線，增益為2.15dBi[3]，以其中558MHz天線為例，其駐波比如圖2所示。

2.3　接收參考天線

理論上可用半波偶極子天線做參考接收天線，因其增益為2.15dBi。但用一個(gè)半波偶極子天線測試一個(gè)全頻帶天線，難以測得精確，如果用多個(gè)半波偶極子天線測試待測天線，待測天線增益要測試多次，效率較低，所以我們用幾個(gè)半波偶極子天線去校對(duì)現(xiàn)有的幾個(gè)室內(nèi)寬帶接收天線，從中選擇性能較好的作為參考接收天線。經(jīng)測試驗(yàn)證和對(duì)比，平板八木天線測試結(jié)果與廠家標(biāo)注一致，增益曲線與半波偶極子天線差距較準(zhǔn)確，我們選擇它作為參考接收天線。

2.4　手控轉(zhuǎn)臺(tái)

手控轉(zhuǎn)臺(tái)是放置接收天線的載體，用手控制轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)面，可以旋轉(zhuǎn)一定的角度，能夠測試接收天線在不同角度的接收情況，它的承重范圍為10kg，旋轉(zhuǎn)角度為0～360°。

3.利用系統(tǒng)測試天線

3.1　駐波和帶寬的測試

將參考天線和待測天線放在手控轉(zhuǎn)臺(tái)上，直接與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口1（端口2）相連，對(duì)比看S參數(shù)S11（S22）下的駐波比和帶寬。

3.2　增益測試

（1）利用圖1所示系統(tǒng)，連接各設(shè)備；（2）端口2信號(hào)由發(fā)射天線輻射出去，參考接收天線將接收信號(hào)輸入網(wǎng)絡(luò)分析儀端口1，查看S12，選對(duì)數(shù)幅度格式，記錄參考接收天線某個(gè)頻段的增益；（3）端口2信號(hào)由發(fā)射天線輻射出去，待測天線將接收信號(hào)輸入網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口1，看S12，選對(duì)數(shù)幅度格式，記錄待測天線某個(gè)頻段的增益；

（4）比較3、4兩步的數(shù)值（曲線），可測出待測天線在某頻帶內(nèi)增益。

3.3　阻抗測試

將天線直接與矢量網(wǎng)路分析儀連接，利用下列步驟測試。

（1）按照駐波比測試方式連接校準(zhǔn)器件后，進(jìn)行S11 或 S22 測量；

（2）觀測阻抗數(shù)據(jù) ①選擇史密斯圓圖格式；②對(duì)顯示的測量結(jié)果設(shè)置比例以便進(jìn)行最佳觀察；③打開光標(biāo)，沿著軌跡移動(dòng)光標(biāo)讀取需要數(shù)據(jù)點(diǎn)阻抗的電阻和電抗分量，之后可以打印或存儲(chǔ)記錄數(shù)據(jù)。

4. 結(jié)束語

此簡易數(shù)字電視天線測試系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，能夠測試天線的主要參數(shù)，包括駐波比、阻抗、帶寬、增益等，適用于近距離測試民用天線。

[1] 《基于射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的天線測試系統(tǒng)》，郭榮斌，吳杰，王亞海，中電四十一所。

[2] AV3656A 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀用戶手冊(cè)，AV2.733.1038SS。

[3] 《現(xiàn)代天線設(shè)計(jì)》，[美]Thomas A.Milligan 著，郭玉春，方如云，張光生等譯，詹逸，張建強(qiáng)校，電子工業(yè)出版社。