微波電磁環境測試的實用方法

0 前言

電磁環境測試是電磁頻譜管理的一項基礎性工作，它廣泛應用于無線電臺站選址、頻率指配、無線電管制和電磁環境*估等電磁頻譜管理的各個環節。掌握科學的測試方法并不斷積累實踐經驗對微波電磁環境測試至關重要。本文結合具體的工作實際，以“HP8593監測測向系統”為例（其他系統可參考進行）介紹微波電磁環境測試的基本方法。

1 測試依據的標準

微波電磁環境測試所依據的標準，主要有GB 13616-92《微波接力站電磁環境保護要求》和GB 13619-92《微波接力通信系統干擾計算方法》。

2 測試系統組成

根據不同的測試任務搭建相應的測試系統，是順利完成電磁環境測試任務的第一步。

以HP8593頻譜分析儀為主體的HP8593微波電磁環境測試系統（如圖1所示），由寬頻帶標準喇叭天線、高頻衰減器、微波低噪聲放大器、微波低損耗電纜、HP8593E頻譜分析儀和便攜式計算機等設備組成，能夠完成1 GHz～18 GHz頻段的電磁環境監測工作。

值得注意的是，頻譜分析儀等測試儀表應符合GB6113的規定，并經計量部門檢定，以保證測試數據的準確性。

圖1 HP8593微波測試系統

3 測試系統可行性論證

依據被測微波頻段接收設備的靈敏度，對所搭建的測試系統進行可行性論證，以確認該系統是否滿足“測試系統的靈敏度必須高于微波接收設備的靈敏度”的測試要求。可行性論證是保證電磁環境監測工作科學、真實和有效的前提。

（1）測試系統性能論證

電磁環境測試系統性能主要體現在接收靈敏度方面，即對微弱信號的接收能力。接收機噪聲系數和靈敏度是衡量接收機對微弱信號接收能力的兩個重要參數，并且可相互轉換。

接收機靈敏度是接收機在指定帶寬下監測弱信號的能力，以μV或dBμV為單位；而噪聲系數是指接收機（或頻譜儀）內部產生的附加噪聲折合到輸入端與輸入本身的理論熱噪聲之比，屬無量綱參數，一般以dB為單位。即：

FN=NO/GNI ①

其中： FN 為噪聲系數；

NI 為輸入理論熱噪聲功率，NI=kT0B，k是波爾茲曼常數，T0是室溫的絕對溫度，B是接收機有效噪聲帶寬（或頻譜儀的分辨帶寬）；

NO 為輸出噪聲功率；

G 為電路系統增益。

電路的輸出噪聲除以增益即為電路的等效噪聲輸入，所以NI FN為等效電路的輸入噪聲功率。即：

NI FN =kT0B FN

在接收機應用中，kT0B FN表示接收機輸入端的噪聲功率，信號電平必須超過此噪聲功率。若S/N=1，則輸入信號功率等于kT0B FN，如用對數形式表示則為：

10lgNI=10lgkT0B=-174+10lgB（dBm） ②

若B=1Hz，則：10lgNI=-174+10lgB =-174(dBm/Hz)；

若B=1kHz，則：10lgNI=-174+10lgB =-144(dBm/kHz)。

若S/N=1，接收機噪聲系數為NF=10lgFN，則接收機（或頻譜儀）的靈敏度為：

SN=10lgkT0BFN=-174+10lgBFN（dBm/Hz） ③

若B=1Hz，則：SN=-174+NF（dBm/Hz）；

若B=1kHz，則：SN =-144+NF（dBm/kHz）。

HP8593E頻譜儀噪聲系數的典型取值是32dB,即NF=10lgFN=32。那么在頻譜儀前端沒有衰減的條件下，其接收靈敏度為(若前端衰減設置為10dB，則頻譜儀靈敏度下降10dB)：

S=10lgkT0BFN=-174+10lgBFN =-174+32+10lgB。

若B=1Hz，則：S =-142（dBm/Hz）；

若B=1kHz，則：S =-112（dBm/kHz）。

對于較為弱小的信號，在頻譜儀前端增設低噪聲放大器，將明顯提高接收系統靈敏度。

（2）測試系統靈敏度論證

在本測試系統中，頻譜儀接收靈敏度為：S=-142（dBm/Hz），滿足GB13616-92《微波接力站電磁環境保護要求》指標要求，DH微波低噪聲放大器增益G為30dB,噪聲系數為5。那么，高頻低噪聲放大器輸出端的噪聲功率（即最小信號電平功率）由公式③得出，可用對數表示為：

SNo=10lgkT0BGFN

=-174+10lgBFN+G =-174+5+30+10lgB

若B=1Hz，則：SNo=-174+5+28=-141（dBm/Hz）；

若B=1000Hz，則：SNo=-174+5+28+30=-111（dBm/kHz）。

此值高于頻譜儀接收靈敏度，即對于經低噪聲放大器放大輸出的空中信號，HP8593E頻譜分析儀均能可靠接收。低噪聲放大器接收靈敏度為169dBm,考慮到天線的增益，本測試系統接收小信號的能力，即折算到天線口面處能接收的最小信號電平Pr可用公式表示為：

Pr=低噪聲放大器接收靈敏度-天線增益G2+電纜損耗1.5dB

即：

＊1300 MHz～1800 MHz頻段：

Pr =-169-8.5+1.5=-176（dBm/Hz）；

＊3700 MHz～4200 MHz 頻段：

Pr =-169-10.8+1.5=-178.3（dBm/Hz）；

＊4400 MHz～5000 MHz 頻段：

Pr=-169-11.1+1.5 =-178.6（dBm/Hz）；

＊12.55 GHz～12.85 GHz 頻段：

Pr=-169-12.7+1.5 =-180.2（dBm/Hz）。

依據表1中的“DH30010T2寬帶雙脊喇叭天線技術指標”可計算出其他頻段的Pr，表2為HP8593E頻譜分析儀的平均噪聲電平。

以上論證說明，該測試系統靈敏度高于工作在擬測微波頻段的雷達和微波等接收設備的靈敏度，即可滿足相關測試要求。

表1 DH30010T2寬帶雙脊喇叭天線技術指標

表2 HP8593E頻譜分析儀的平均噪聲電平

4 測試方法和步驟

（1）選定測試點

依據相關微波通信系統的組織運用情況，結合微波臺站電磁環境測試對周邊地形、地貌的要求確定測試點,并將測試的基本情況記入《微波電磁環境測試記錄資料——測試基本情況記錄》（如表3所示）。