微波电磁环境测试的基本方法介绍

电磁环境测试是电磁频谱管理的一项基础性工作，它广泛应用于无线电台站选址、频率指配、无线电管制和电磁环境*估等电磁频谱管理的各个环节。掌握科学的测试方法并不断积累实践经验对微波电磁环境测试至关重要。本文结合具体的工作实际，以“HP8593监测测向系统”为例（其他系统可参考进行）介绍微波电磁环境测试的基本方法。

1 测试依据的标准

微波电磁环境测试所依据的标准，主要有GB 13616-92《微波接力站电磁环境保护要求》和GB 13619-92《微波接力通信系统干扰计算方法》。

2 测试系统组成

根据不同的测试任务搭建相应的测试系统，是顺利完成电磁环境测试任务的第一步。

以HP8593频谱分析仪为主体的HP8593微波电磁环境测试系统（如图1所示），由宽频带标准喇叭天线、高频衰减器、微波低噪声放大器、微波低损耗电缆、HP8593E频谱分析仪和便携式计算机等设备组成，能够完成1 GHz～18 GHz频段的电磁环境监测工作。

值得注意的是，频谱分析仪等测试仪表应符合GB6113的规定，并经计量部门检定，以保证测试数据的准确性。

图1 HP8593微波测试系统

3 测试系统可行性论证

依据被测微波频段接收设备的灵敏度，对所搭建的测试系统进行可行性论证，以确认该系统是否满足“测试系统的灵敏度必须高于微波接收设备的灵敏度”的测试要求。可行性论证是保证电磁环境监测工作科学、真实和有效的前提。

（1）测试系统性能论证

电磁环境测试系统性能主要体现在接收灵敏度方面，即对微弱信号的接收能力。接收机噪声系数和灵敏度是衡量接收机对微弱信号接收能力的两个重要参数，并且可相互转换。

接收机灵敏度是接收机在指定带宽下监测弱信号的能力，以μV或dBμV为单位；而噪声系数是指接收机（或频谱仪）内部产生的附加噪声折合到输入端与输入本身的理论热噪声之比，属无量纲参数，一般以dB为单位。即：

FN=NO/GNI ①

其中： FN 为噪声系数；

NI 为输入理论热噪声功率，NI=kT0B，k是波尔兹曼常数，T0是室温的绝对温度，B是接收机有效噪声带宽（或频谱仪的分辨带宽）；

NO 为输出噪声功率；

G 为电路系统增益。

电路的输出噪声除以增益即为电路的等效噪声输入，所以NI FN为等效电路的输入噪声功率。即：

NI FN =kT0B FN

在接收机应用中，kT0B FN表示接收机输入端的噪声功率，信号电平必须超过此噪声功率。若S/N=1，则输入信号功率等于kT0B FN，如用对数形式表示则为：

10lgNI=10lgkT0B=-174+10lgB（dBm） ②

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

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

若S/N=1，接收机噪声系数为NF=10lgFN，则接收机（或频谱仪）的灵敏度为：

SN=10lgkT0BFN=-174+10lgBFN（dBm/Hz） ③

若B=1Hz，则：SN=-174+NF（dBm/Hz）；

若B=1kHz，则：SN =-144+NF（dBm/kHz）。

HP8593E频谱仪噪声系数的典型取值是32dB，即NF=10lgFN=32。那么在频谱仪前端没有衰减的条件下，其接收灵敏度为（若前端衰减设置为10dB，则频谱仪灵敏度下降10dB）：

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

若B=1Hz，则：S =-142（dBm/Hz）；

若B=1kHz，则：S =-112（dBm/kHz）。

对于较为弱小的信号，在频谱仪前端增设低噪声放大器，将明显提高接收系统灵敏度。

（2）测试系统灵敏度论证

在本测试系统中，频谱仪接收灵敏度为：S=-142（dBm/Hz），满足GB13616-92《微波接力站电磁环境保护要求》指标要求，DH 微波低噪声放大器增益G为30dB，噪声系数为5。那么，高频低噪声放大器输出端的噪声功率（即最小信号电平功率）由公式③得出，可用对数表示为：

SNo=10lgkT0BGFN

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

若B=1Hz，则：SNo=-174+5+28=-141（dBm/Hz）；

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

此值高于频谱仪接收灵敏度，即对于经低噪声放大器放大输出的空中信号，HP8593E频谱分析仪均能可靠接收。低噪声放大器接收灵敏度为169dBm，考虑到天线的增益，本测试系统接收小信号的能力，即折算到天线口面处能接收的最小信号电平Pr可用公式表示为：

Pr=低噪声放大器接收灵敏度-天线增益G2+电缆损耗1.5dB

即：

＊1300 MHz～1800 MHz频段：

Pr =-169-8.5+1.5=-176（dBm/Hz）；

＊3700 MHz～4200 MHz 频段：

Pr =-169-10.8+1.5=-178.3（dBm/Hz）；

＊4400 MHz～5000 MHz 频段：

Pr=-169-11.1+1.5 =-178.6（dBm/Hz）；

＊12.55 GHz～12.85 GHz 频段：

Pr=-169-12.7+1.5 =-180.2（dBm/Hz）。

依据表1中的“DH30010T2宽带双脊喇叭天线技术指标”可计算出其他频段的Pr，表2为HP8593E频谱分析仪的平均噪声电平。

以上论证说明，该测试系统灵敏度高于工作在拟测微波频段的雷达和微波等接收设备的灵敏度，即可满足相关测试要求。

表1 DH30010T2宽带双脊喇叭天线技术指标

表2 HP8593E频谱分析仪的平均噪声电平

4 测试方法和步骤

（1）选定测试点