电磁辐射照射的场强单位及其换算

1、电磁辐射照射的场强单位及其换算电磁辐射照射的场强单位及其换算 FK*T2uh  Ql*62Bx  电磁辐射照射的场强单位及其换算 #U 9(44,  摘要：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。在某些情况下，单位之间还可相互换算。本文将就这些单位的使用及换算作一简要的介绍。 (+gL#/u  VTJIaqw  一、电磁干扰场强的基本单位 7dlKdKH  m,1LwBH  高频、微波电磁干扰场强有三种基本单位：电场

2、强度V/m、磁场强度A/m和功率通量密度W/m2。 I| W'n-4Y  oxMUW<gYd    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V/m单位表示之。所测干扰场强小于1V/m时，可用m V /m、µV/m单位。 CCW%G,$U9  oTF<I-C  当使用环天线、框天线或磁性天线等来测量磁场，且仪器的表头刻度按磁场强度单位A/m刻度时，则可用A/m、 mA /m、µA/m单位表示之。 l- 1w$ y  >k&8el6h  当电磁场频率高至微波段

3、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W/ m2。国外生产的全向宽带场强仪、辐射危险计，因其工频率范围极宽，从260KHZ26GHZ、，故测试电路中实现|E|2、|H|2较为方便。因此，大多采用功率通量密度测量，并以mW /Cm2为表头刻单位。 afE46o6<  kfqpI  强场仪测得的功率通量密度是Poyn-ting向量模的时间平均值，亦代表电磁场的强度。它的单位W/m2和电场强度单位V /m、磁场强度单位A/m同为电磁干扰场强的基本单位。它们的地位是等同的。 *

4、%T)H2  5!'R' x5e  一、电磁干扰场强单位间的相互换算 XMN?;Hj>   F/J|VMV  在一般情况下，V/m、A/m和mW /Cm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”。 0$eyT-:d  $nB-ADRu  何谓平面波？凡远离发射天线，在自由空间中传播的电磁波，皆为平面波。 K<_W+  )Qh>0T+(  根据电磁场理论，在平面波情况下，S=ZoH2=E2/Zo xn(+G$m  5/&

5、 1Oxo  在自由空间中，Z=120376.7，代入上式后可得： E单位为V/m2，S单位为mW /C m2。值得指出的是：通常A、B波段（10Khz30MHZ）的干扰场强测量仪（例如德R/S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E=Z0H（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。 Xzl KP;r0

6、60;>tq|R78  二、电磁干扰场强的分贝制单位 /Zo1q  ZlthYuJ  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）。 : 'fpN  BsjuPG  分贝（dB）是表征两个功率电平比值的单位，即 g/cJHQ  A#<vG1  A=10lgp2/p1（dB）.（3） x+4v s s  "37*A<+f  鉴于p=U2/R=I2R，因此下述表达式 Z;hyi

7、'rPJ  sp|q(z  A=20lg U2/U2=20lg I1/I220lg.    (4) NdZ)f:2  djUihcqA  亦被接受为dB的定义，但这针对的是同一阻抗。 sH%&+4!3  ?FN9rhAC  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： : Z#EN H  J;E<_"Hn  （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。 (v!mR+x 

8、0;HcAQBh  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。 G.Tpl-m  (k8Z=/N  例2      用RAAM4A型全向宽带场强仪测量空间A点的功率通量密度为20 mW /Cm2，测量空间B点的功率通量密度为20 w/Cm2 ，则A、B两点功率通量密度相差30dB。 G-%AOK  !N1JLT5h  例3      有20m长电缆一根，馈入10

9、00MHZ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。 G,z (%  2 5Q+1  （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。 )pS8c)E  i:dkJ|        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  aM$=|%9/  pDOM:lGya    压，以检定其端电压测量精度。定义1V=0dBV（简写为dB）

10、，此即“分贝微伏”的由来。 h#Xix7  hM>*a!)U  同样，定义场强1V/m=0dBV/m(简写为 dB)，称“分贝微伏/米”。 2:'lZQ  >rw"Rd'  尚须指出，dB只对小电压使用较方便，而对大电压则可采用dBV（分贝伏，1V=0dBV）；或dBmV（分贝毫伏，1mV=odBmV）。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。 >A($8=+#x  gI =0  表1给出电场强度与dBV/m对应关系。 &am

11、p;$#99 /  wAh#  表1电场强度与dBV/m的对应关系 X$V|+lTk  yW("G-Nm  V/m  dB ziexZ=N  1        0 0T)>.iu#  10      20 s.:r;%a  102    40 nxQ&n  103    60 C:GvP>  104    80 k1fRj_WPT

12、60;105    100 AH;WKn0  106    120 O2v.  107    140 LgHJo-+>  uTGcQs  C).2gQ G  7Fl-(Nv  0x5xLg;Q  例4    说某干扰电值为86dB，何意？ %&<W(|U1<  R2LK.bTVn  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. U)tyzyF  hy-L

13、2E  故有：104×2=2×104 =20×103 。 .7Kk2Y  ow.6!tl0=h            因此，86dB即为20mV。 Q6x8  EXpSh            例五 说场强仪的量程是6126 dB，何意？ 2Ztr)zZ  0ar=cuDm            答：该场强仪的量程上限是2×10V/m，或

14、2V/m。量程下限为2×10V/m，即 Z$;"8XUM  /#t&E_|            2V/m。 #WufZ18#  Z+idLbIs            （3）用分贝表示电压或场强的误差大小。 i_U|j  # *,sa            例六 某场强标准装置的不确定度为±1dB，对应的百分误差是多少？ 77We;a  

15、b!a %YLL            答：不确定度±1dB意味着百分误差为+12.2,-10.87。 :vQM>9l7  B_R'Pf&            例七 某干扰场强测量仪的不确定度为±3dB，对应百分误差是多少？ a %KjM  ULl_5s2            答：+41.25,-29.2。 5(JN  25emQ: 

16、0;          表2  电场强度分贝误差与百分误差对照表。供大家引用参考。 PDCwZd/  UqtHxEI%R  表2 电场强度分贝百分误差对照表 A3s57.Z|  K?1Lp'4  分贝误差 IJP gFZ7  百分误差 ( u f5x  分贝误差 g rbTcLSF  百分误差 OCW+?B;  I,j3bC  o.1 qInb)FeN  1.16 v_in(dk  -0.1 ,so4Lb(vG

17、60;-1.14 Yyg9mi  L;C_GEa  0.2 :t>Q:mX(N  2.32 -+P7:4/  -0.2 ecs Gw  -2.27 wOcg4HlW   _8S4Q!  0.3 D3.VXuKn6  3.5I :c<*%*e  -O.3 ,'_( DJX  -3.39 CWvlr nv  8tc6/3"  O.4 Mz3 f  4.7I %/%gMRXG2  -0.4 dyl 0Z  -4.50 tQ

18、Rc  U2UyN9:6F  0.5 -%=RFgU4  5.93 req-Q |  -0.5 vG3M5G  -5.59 fMpV8vv  _j>L4bT  0.6 7lg9?ZtV  7.15 L,W:,i/C  -0.6 > '.G:b  -6.67 FXxN>76.  Cg7)Szl  0.7 DEcGFRgN  8.39 9 ?y'6l  -0.7 :k I k  -7.74 N|o> %)R &

19、#160;, 7.=#  0.8 zv,Z9.($  9.65 9V.+U7w  -0.8 3#B83C0Z  -8.41 Ls(&HOKp  X:DMT>5k  0.9 *Q0lC1GQ  10.92 s* QT8%  -0.9 80dSQ"y  -9.84 O0-> sR  7(H ?k  1.0 SCqu,  12.20 .#xQ=9  -1.0 !'+eA  -10.87 ZBPd(;"x+ 

20、0;tQPJ  1.5 9zmD6G!t  18.85 P)a("XnJ  -1.5 GAlNIv  -15.86 8 _i?wY  2,rYNu_  2.0 Pnpej5'K  25.89 +s#Sb  -2.0 rhlW  -20.56 67Af >Q  96|ta0;0  2.5 'w>uF g1.  33.35 C: |q'"F  -2.5 X67C;H+  -25.01 be 0I)

21、60;T! &  3.0 >/ *?4  41.25 q v ;1$  -3.0 ZNL;8sI?>  -29.20 <3,C)Zwc  iOX4Kl  3.5 .g(B  49.62 o3SO  -3.5 M2zos(8g  -33.16 "gyXDE1  &4#_(pk  4.0 rUyI3(i  58.49 JF(  -4.0 8 /RfNGY  -36.90 5u u2 _B_L  *k0:a(

22、>  dT: 1s  三、dBm与dB的换算                                        die2<'4%  Fl'xmz  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MS2601A电磁干扰测量仪和德国R/S的ESA-1型EMI测量

23、仪等都是以频谱仪为主机附加其它功能发展而成的。其电压显示单位多为dBm，亦有用dB的。另外，从国外进的合成信号发生器中，有的只标有dBm和dB。如何换算呢？ wTMHoU*>  4-A'fTU8  （1）    dBm的定义。DBm是dBmW的简写，称为“分贝毫瓦”。 OCOO02Wq1  !EmR(x  1mw=0dBm(5) Zz= 4 j  moi4mV  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。此可见，采用dBm既可表示很小的

24、功率，亦可表示很大的功率 M-qxD"VtV=  xO9yULgu  PdBm=101gPmw(6) E_gDwWot  neY=:9  例8 功率信号发生器XG26，最小输出功率10-6mW,最大输出功率27W。请换算成dBm。 tv;t  6q uWO2x  答：最小输出功率为-60dBm，最大输出功率为+44.3dBm。 : $52Ds!i  n.qxxzEN  实践中，有时还可遇到BW（分贝瓦）这个单位。其定义为： a$! Tob2  QfJf3P  PdBw=101gPmw.

25、(7) $E_vCB _  rs<&x(=Hv      1W=0dBW(8) -S3+ h$Y8  A"3&EuvU  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。 *=If1qZs  WT!X"FI$  显 然0dBW=30dBm (9) nfbV/ x  +GHZ,FL  (2)dBm与dB的换算 lgqL)8A  CUOc>*T  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 Z#t