鐵路無線通信系統功率/駐波測試主要問題及解決

王民蘇 鄧剛志 丁 川 馬知宇

王民蘇:成都鐵路局電務處 工程師 610031 成都

鄧剛志:成都鐵路局電務處 工程師 610081 成都

丁 川:成都通信段 工程師 610081 成都

馬知宇:成都鐵路局電務處 高級工程師 610081 成都

發射機射頻 (RF)輸出功率及天饋線駐波，是無線通信系統的基礎參數，也是考核無線列調系統維護質量的重要指標，直接反映系統的運用質量。鐵路無線列調通信系統日常維護，通常使用通過式功率駐波測試儀進行RF功率/駐波測試。目前常用的駐波/功率檢測儀表主要為日本SX-400和W-540系列產品，美國43、44、4303及 AMP-16系列產品。

傳統的大功率無線通信設備采用檢測RF功率放大器工作電流的方式，間接在線監測射頻功放輸出功率，但是測試結果誤差較大，且不能反映天饋系統駐波比狀況，尤其在無線電通信效果不良時，由于缺乏合適的功率/駐波測量手段，不能及時、準確地排查天饋系統故障，容易導致誤判，延誤通信。

1 射頻功率/駐波檢測的主要問題

1．檢測靈敏度低，無法檢測小功率設備的功率/駐波。上述進口駐波功率計均為指針式模擬儀表，檢測靈敏度低，射頻功率小于5 W時檢測誤差大，小于4 W時不能檢測天饋系統駐波比。而鐵路無線通信系統大量使用正是小功率無線通信設備，如無線列調，平面調車，電務、工務、供電維護和鐵路公安等部門使用的便攜電臺，及列尾主機，其發射功率多為1～3 W，差頻式中繼設備射頻輸出功率約為1～5W，射頻直放式中繼器設備射頻信號輸出功率通常不大于1 W。因此小功率無線通信設備的功率/駐波檢測成為無線通信系統日常維護作業、保證系統運用質量的一大難題。

2．檢測誤差大、一致性差。在無線列調系統維護和運用質量檢查中，經常出現對同一臺通信設備使用不同的檢測儀表，得到不同功率/駐波測量結果的事例，同一維護工區配置的幾臺同型號或同類型儀表檢測結果遠大于10%的允許偏差。此外，指針式儀表讀數誤差也可能造成測試數據不確定。

3．無法通過計量檢測來校準測量結果，不滿足相關法律法規和系統維護工作關于檢測儀表應定期計量校準的要求。

4．日常操作使用不便。測試過程必須多次進行自校正、切換量程、轉換測試方向等操作，容易出現人為因素導致測試數據錯誤;測試過程需多次發射，干擾正常通信。部分儀表必須根據正反向功率測試數據查表讀取對應的駐波，現場使用極其不便。

2 功率駐波檢測數據

對于通過式功率駐波測試儀，功率檢測是駐波計算的依據，基于準確測量功率的駐波數據才有意義。根據維護現場技術條件，以常用的SX-400檢測儀為例，以測量精度較高的綜合測試儀IFR-2945B作為基準，在相同條件下分別測量同一個發射系統的功率與駐波。標準負載阻抗50 Ω (駐波:1.02)。比較駐波測量誤差時，分別用 1.40、1.73、1.99三個不同駐波的假負載，功率測量值比較見表1、表2，駐波測量值比較見表3，表4。

表1 功率測量值比較一(功率駐波儀型號:SX-400，出廠編號:80942027E) /W

表2 功率測量值比較二(功率駐波儀型號:SX-400，出廠編號:71040060J) /W

表3 駐波測量值比較一(功率駐波儀型號:SX-400，出廠編號:80942027E)

表4 駐波測量值比較二(功率駐波儀型號:SX-400，出廠編號:71040060J)

上述測試數據具有以下特點:①對同一個信號的測試結果一致性很差;②功率測量誤差大，最高達到68.3%;③駐波測量誤差大，1.73的駐波實測只有1.15;信號功率約5 W時，1.99的駐波實測值只有1.25，將不合格的駐波誤判為合格。因此，這種通過式測試儀測量準確度極低，完全不能反眏天饋系統的實際傳輸特性，不能保證無線通信系統的維護質量。

3 檢測問題分析

為查找導致上述問題的根本原因，拆解分析了SX-400功率/駐波測試儀，其工作原理如圖1所示。從圖1中可以看出，該測試儀僅使用了簡單的定向耦合器和正反向切換開關、射頻檢波電路。由于正反向切換和信號耦合拾取部件的隔離度不足，導致正反向信號相互干擾;二極管檢波器非線性較差，且溫漂、參數離散性較大;因此這類儀表不能檢測小信號，檢測誤差大，不同儀表對同一信號檢測一致性較差，而且同一儀表對同一信號重檢的一致性也較差，不能準確反映被測設備的技術狀態。

4 提高檢測質量方法

為了提高鐵路無線通信系統維護和運用質量，針對功率駐波檢測質量問題，結合成都鐵路局無線通信系統配置和運用情況，分階段開展以下工作。

4.1 提高無線列調系統RF信號功率/駐波檢測水平

在工程設計階段、系統設備招標采購環節，加強與工程設計單位的協作，明確提出系統、車站、區間等無人值守設備的射頻功率駐波參數必須具有定量、遠程監測功能，并明確具體技術指標。

在設備制造階段，與系統設備制造商和功率駐波檢測器件制造商聯合，攻克小功率、寬帶射頻信號定向耦合器正反向比和射頻信號數字化處理等技術難題，研發數字化的功率駐波檢測模塊，并在車站電臺、區間電臺中全面配置，實現了無人值守設備的RF功率/駐波的定量、在線、遠程檢測。無線列調系統RF功率/駐波遠程監測模塊原理如圖2所示。

在設備安裝階段，借助系統網管功能，全面掌握沿線設備安裝施工情況，提高系統工程開通質量和速度。

圖1 功率/駐波測試儀工作原理圖

圖2 無線列調系統RF功率/駐波遠程監測模塊原理圖

在設備運行階段，與設備制造廠密切協作，不斷完善系統網管運用質量，提高功率駐波遠程檢測可靠性和準確性。

4.2 擴展數字式功率/駐波檢測技術的運用范圍

在成功實現無線列調系統射頻功率/駐波在線檢測的基礎上，協調有關廠家研發數字化、智能化便攜式的XY-402駐波比功率自動測量儀。該儀表采用數字式信號分析和計算機處理技術方案，對高頻信號進行放大、整形及線性化處理，提高小信號的監測能力;通過高速、高精度的A/D對信號采樣，采用智能算法和修正曲線，獲得高的功率測量精度和駐波測量精度，有效地解決了中繼器、列尾主機、便攜電臺等小功率發射設備的射頻功率/駐波檢測。XY-402駐波比功率自動測量儀工作原理如圖3所示，面板如圖4所示。IRF-2945B綜合測試儀、SX-400與XY-402實測數據比較見表5、表6。從表5可以看出XY-402的功率測量值與IRF-2945B接近，駐波測量值與標準值相符。

表5 功率測量值比較三 /W

表6 駐波測量值比較 (測試頻率:457MHz)

圖3 XY-402駐波比功率測量儀工作原理圖

XY-402儀表特點:

1．自動測量操作。操作簡單，測試中不需要調校，僅需一次短暫發射即可自動測量正向功率、反向功率、駐波比等多種數據，不僅提高工作效率，而且大大減小現場測試對運用的干擾。

2．制造廠商提供產品校準服務，能有效保證長期運用的測量準確性。

3．LCD屏幕數字顯示測量數據。可選不同計量單位，同時顯示多個測量值，讀數直觀、清晰。

圖4 XY-402駐波比功率自動測量儀面板

4．功率測量精度高，測量誤差＜7%;測試動態范圍大，無需人工切換量程，自動修正測量誤差;沒有讀數視角誤差及刻度誤差。

5．駐波測量精度高。方向性＞30 dB，駐波測量范圍1.0～99.99。可測量射頻功率低至0.2 W的駐波，實現小功率的準確測量。

6．可靠性高。使用中不需進行任何調校操作，無需配置調校開關、旋鈕，有利于減少儀表故障。

7．明亮的夜視背光，黑夜以及隧道等環境中均能方便使用。

8．全中文漢字操作界面，便于現場工人操作使用。

9．提供數字化應用功能擴展，如遠程計算機接口、數據記錄、數據轉儲等功能，適應現場運用新需求。

10．性價比高，具有大動態范圍、高精度的功率/駐波自動測量能力。

目前，該系列設備的測量范圍已覆蓋450 MHz至1 GHz各頻段、0.2 ～50 W不同功率等級，實現鐵路無線通信設備的數字化、智能化RF功率/駐波檢測。

4.3 嚴格執行計量法

在功率/駐波檢測模塊和儀表研發全過程以及設備運用中，始終抓住計量這個關鍵點，要求維護單位和廠家嚴格執行有關規定。目前檢測儀表、模塊均已通過具有國家計量部門的技術鑒定和檢定。

5 總結

自2000年以來，這一新技術在成都局新建無線列調系統積極推廣運用，目前局管大部分線路的無線列調系統地面設備均配置數字式功率/駐波檢測模塊，實現了無人值守設備RF信號功率/駐波的定量、在線、遠程監測，為無人值守的無線通信設備開展狀態維護打下基礎。通過多年運用，該技術對實時監測設備技術狀態、及時發現和處理沿線無線通信設備和天饋線故障、縮短故障時延方面發揮積極作用，提高了系統維護水平和運行質量。此外，通過積極推行數字式射頻功率/駐波檢測儀的運用，提高射頻直放中繼器、車載和便攜無線通信設備的檢測水平，準確判定和處理用戶終端設備障礙，全面提高了系統運用質量。

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［2］ 毛乃宏，俱新德.天線測量手冊［M］.北京:國防工業出版社，1987.

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