场强测量与计算.doc

电磁干扰场强单位及其换算，是广大电磁兼容工作者经常遇到的、关切的问题之一。电磁干扰场强既有电场强度、磁场强度和功率通量密度等基本单位，又有分贝制导出单位。在某些情况下，单位之间还可相互换算。现将就这些单位的使用及换算作一简要的介绍。一、电磁干扰场强的基本单位 高频、微波电磁干扰场强有三种基本单位：电场强度Vm、磁场强度Am和功率通量密度wm2。在测量电场时，若仪器的表头刻度用的是电场强度单位时，则用Vm单位表示之。所测干扰场强小于1Vm时，可用mVm、Vm单位。当使用环天线、框天线或磁性天线等来测量磁场，且仪器的表头刻度按磁场强度单位Am刻度时，则可用Am、mAm、Am等单位表示之。当电磁场频率高至微波段时，由于对电场、磁场的单独测量在技术上有一定困难；或者功率密度测量比电场、磁场测量要方便，所以可采用功率通量密度测量。功率通量密度的单位为Wm2。国外生产的全向宽带场强仪、辐射危险计，因其工作频率范围极宽，从260kHz26GHz，故测试电路中实现 、 较为方便。因此，大多采用功率通量密度测量，并以mWcm2为表头刻度单位。场强仪测得的功率通量密度值是Poynting矢量模的时间平均值，亦代表电磁场的强度。它的单位Wm2和电场强度单位Vm、磁场强度单位Am同为电磁干扰场强的基本单位。它们的地位是等同的。二、电磁干扰场强单位间的相互换算 在一般情况下，Vm、Am和mVcm之间不能相互换算。只有在被测场为平面波情况下，三者间才能相互换算。否则，只能“等效换算”。何谓平面波？凡远离发射天线，在自由空间中传播的电磁波，皆为平面波。根据电磁场理论，在平面波情况下， (1)在自由空间中，Z0=120 376.7 代入上式后可得： (2)式中，E单位为Vm，s单位为mWcm2。值得指出的是：通常A、B波段（10kHz30MHz）的干扰场强测量仪（例如德国RS公司的ESH3、日本Anritu公司的ML428B）使用环形天线进行测量。虽然环形天线只对磁场分量起作用，但在自由空间中，由于EZ0H（称等效电场分量），故表头可用等效电场分量刻度。但对近区场而言，电场E和磁场H并无确定的比例关系。可能E很大，H很小，也可能H很大，E很小，需视场源情况而定。此时，公式(1)(2)已不成立，充其量只能“等效换算”，仅供参考而已。三、电磁干扰场强的分贝制单位 在电磁干扰场强的测试中，往往会遇到量值相差非常悬殊(甚至达千百万倍的信号)。为了便于表达、叙述和运算（变乘除为加减），常采用对数单位分贝(dB)。分贝(dB)是表征两个功率电平比值的单位，即 (3)鉴于 ，因此上述表达式? (4)亦被接受为dB的定义，但这针对的是同一阻抗。分贝制单位在电磁干扰场强计量测试中的用法有如下三种：1、表示信号传输系统中任意两点间功率（或电压）的相对大小，或空间某两点电磁干扰场强的相对大小。例1、RR3A型干扰场强测量仪。当其输入端接入20dB固定衰减器，则其测量范围扩大20dB。这表示仪器输入电平前后相差20dB。例2、用RAHAM4A型全向宽带场强仪测量空间A点的功率通量密度为20mWcm2：，测量空间B点的功率通量密度为20Wcm2，则A、B两点功率通量密度相差30dB。例3、有20m长电缆一根，馈入1000MHz高频信号电压100mV，测其输出电压只有5mV，则该电缆在1000MHz频率点上损耗为6dB。2、在指定参考电平(电压或电场强度)时，可用分贝表示电压或电场强度的绝对值。此参考电平通称为零电平。在干扰、场强测量仪的检定测试中，常常对测量接收机施加高频标准小电压，以检定其端电压测量精度。定义1V0dBv（简写为dB），此即“分贝微伏”的由来。同样，定义场强1Vm0dBVm（简写为dB），称“分贝微伏米”。尚须指出，dB只对小电压使用较方便，而对大电压则可采用 V（分贝伏，1V0dBV）；或dBmV（分贝毫伏，1mV0dBmV）。另外，“80dB电压”这种称谓是不恰当的。确切的说法应是“80dB电压”，因为dB是电压比，而不是电压值。表l.给出电场强度与dBVm的对应关系。 表1.电场强度与dBVm的对应关系 E(Vm) 100101102103104105106107dB 020406080100120140例4、说某干扰电压值为86dB，何意？答，86dB是80和6这两个数字之和。而80dB、6dB的对应电压比为104、2。故有l042210420103。因此，86dB即为20mV。 四、dBm与dB的换算 近年来，频谱仪在电磁干扰测量中使用日见广泛。美国hP8568B电磁干扰测量仪、日本Auritsu公司生产的MS260lA电磁干扰测量仪和德国RS的ESA1型EMI测量仪等都是以频谱仪为主机附加其他功能发展而成的。其电压显示单位多为dBm，亦有用dB的。另外，从国外引进的合成信号发生器中，有的只标有dBm单位(如Fluke6060B)。dBm和dB如何换算呢？1、dBm的定义。dBm是dBmW的简写，称为“分贝毫瓦”。1mW0dBm(5)上式是以1mW功率电平为参考基准的绝对功率值。正的dBm表示大于1mW功率，负的dBm表示小于1mW的功率。由此可见，采用dBm既可表示很小的功率，亦可表示很大的功率。PdBm10lgPmw(6)例5、? 功率信号发生器XG26，最小输出功率10-8mW，最大输出功率27W。请换算成dBm。答：最小输出功率为60dBm，最大输出功率为44.3dBm。实践中，有时还可遇到dBW(分贝瓦)这个单位。其定义为：PdBm10lgPw(7)1W0dBW(8)它是以1W为参考电平的绝对功率值。大于1W为正dBW，小于1W为负dBW。显然0 dBW30dBm(9)2、dBm与dB的换算对50源阻抗的信号发生器而言，当其输出功率为1mW(0dBm)时，其端电压输出应为 ?(10)代入P1mw10-3W，可得UV： 223606.7978其dB值为UdB20lg223606.7978106.9897107? 例6、用频谱仪测得干扰电压为87dBm，它等于多少？ 答：? 8710720dB， ?即10V。五、绝对分贝的加减问题 应当指出，在电磁干扰场强的计量测试中，