電磁波測量技術(shù)論文
電磁波測量技術(shù)論文
電磁波是在高頻電磁振蕩的情況下，部分能量以輻射方式從空間傳播出去形成的電波與磁波的總稱，學(xué)習(xí)啦小編整理了電磁測量技術(shù)論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
電磁測量技術(shù)論文篇一
廣播電臺(tái)電磁波測量與分析
摘 要：對(duì)廣播電臺(tái)電磁波進(jìn)行測量與分析，對(duì)于發(fā)射電臺(tái)是否可能于附近區(qū)域產(chǎn)生過量的電磁場及進(jìn)行實(shí)測時(shí)，對(duì)測量區(qū)域評(píng)估有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值
關(guān)鍵詞：電磁波;檢測;方法
中圖分類號(hào)：TN934 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 (2013) 18-0000-02
一、電磁場強(qiáng)?計(jì)的原?與特性
電磁場強(qiáng)度計(jì)的構(gòu)成主要可分為感測頭、場強(qiáng)度顯示計(jì)、以及連結(jié)這兩部分的中段高阻傳輸線，在感測到電場時(shí)可產(chǎn)生一個(gè)正比于此入射電場強(qiáng)度平方的直流輸出信號(hào)。不論入射電場的方向及極化為何，均能感測得到其三方向分量，而此三分量之和即為此電場之等效功率密度。正交架構(gòu)使感測頭對(duì)任何入射方向及極化的磁場均可測量，三個(gè)線圈所得分量之和即為此磁場之等效功?密?。只要量得電場強(qiáng)度，即可求得相對(duì)之磁場強(qiáng)度及輻射功率密度。
顯示計(jì)具備的特性主要有下?幾項(xiàng)：
(一)場強(qiáng)顯示：場強(qiáng)度顯示值的表示通常以V/m(電場強(qiáng)度)、A/m(磁場強(qiáng)度)、mW/cm2或W/m2(電磁場功率密度)來表示，有以下之轉(zhuǎn)換關(guān)系：
功率密度P(W/m2)=電場強(qiáng)度E(V/m)×磁場強(qiáng)度H(A/m)
功率密度P(mW/cm2)=10×P(W/m2)
若測量條件符合遠(yuǎn)場條件時(shí)，功率密度P與電場強(qiáng)度E、磁場強(qiáng)度H間另具備下列關(guān)系：
E(V/m)=377×H(A/m)
P(mW/cm2)=E2(V/m)2/3770
P(mW/cm2)=37.7×H2(A/m)2
(二)警示裝置：當(dāng)所測量的場強(qiáng)度值超過所設(shè)定的警示位準(zhǔn)時(shí)，即會(huì)發(fā)出警示的聲音。當(dāng)場強(qiáng)度計(jì)利用信號(hào)傳輸線以遠(yuǎn)距離的方式進(jìn)行測量時(shí)，亦可利用一傳輸線將此警示聲音信號(hào)經(jīng)由警示輸出端拉至操作人員處另接警示器。一般在電磁場頻率高于300MHz時(shí)，使用電場強(qiáng)度計(jì)測量電場即可;當(dāng)電磁場頻率低于30MHz時(shí)，則需分別使用電場強(qiáng)度計(jì)及磁場強(qiáng)度計(jì)對(duì)電場及磁場作測量，因?yàn)榇藭r(shí)多屬近場測量電場與磁場間并無377歐姆的比值關(guān)系;而在電磁場頻率介于30MHz及300MHz之間時(shí)，則視測量的電磁波頻率與測量環(huán)境的狀況決定是否同時(shí)測量電場及磁場或測量其中之一。
二、廣播電臺(tái)電磁波測量
(一)方法概要
主要采用三軸全向性電磁場感測頭搭配電磁場強(qiáng)度顯示器為檢測儀器，測量結(jié)果與非游離輻射環(huán)境建議值比較，若超過環(huán)境建議值則采用天線與頻譜分析儀(接收機(jī))組成測量系統(tǒng)進(jìn)行測量及確認(rèn)。適用范圍為調(diào)幅(AM)廣播電臺(tái)、調(diào)頻(FM)廣播電臺(tái)、無線電視臺(tái)及移動(dòng)電話基地臺(tái)等中高頻(10kHz～2165MHz)電磁波發(fā)射源。干擾為可能經(jīng)由連接線或直接對(duì)測量儀器內(nèi)部電路造成影響。因此必須選擇有良好電磁隔離效果量表，而連接線部分應(yīng)為非金屬導(dǎo)線，例如以高阻線或光纖制成連接線。使用的儀器及設(shè)備有，全向性電磁場強(qiáng)度計(jì)：頻寬涵蓋被測電磁場的頻率、具有顯示測量最大值與平均值功能、具有測量均方根值(RMS)的功能、可執(zhí)行三軸全向性測量。天線與接收機(jī)：天線與頻譜分析儀之工作頻率須涵蓋被測電磁場的頻率。
(二)測量方法：
避免接觸電臺(tái)或基地臺(tái)附近之金屬導(dǎo)體電臺(tái)或基地臺(tái)通常包含有使用高電壓之設(shè)備、必須小心勿近以避免電擊。
1.測量點(diǎn)選擇
依據(jù)電臺(tái)或基地臺(tái)之種類，將測量點(diǎn)之選擇分為三類：
(1)調(diào)幅(AM)廣播電臺(tái)
測量區(qū)域之最大半徑定為發(fā)射信號(hào)之1/4波長，為約在45公尺至150公尺之范圍，圓形區(qū)域內(nèi)選擇四個(gè)正交軸線為測量線，如圖所示，于每一測量線上劃出等間隔的測量點(diǎn)，自最小測量半徑至最大測量半徑區(qū)域內(nèi)定出5點(diǎn)。
(2)調(diào)頻(FM)廣播電臺(tái)、無線電視臺(tái)
扇形區(qū)域，取其發(fā)射天線最大增益的�3dB張角(半功率波束寬)。測量區(qū)域之最大半徑則定為50m。選定測量區(qū)域后，在扇形區(qū)域中以天線最大增益方向?yàn)橹醒霚y量線，在中央測量線兩側(cè)扇形區(qū)域內(nèi)再各取一測量線，以此三條軸線為測量線，于每一測量線上劃出等間隔的測量點(diǎn)，自最小測量半徑至最大測量半徑區(qū)域內(nèi)定出5點(diǎn)為測量點(diǎn)。
(3)室外測量點(diǎn)選定
由于所輻射信號(hào)為900/1800/2000MHz頻段，波長約為16至30公分，因此在測量點(diǎn)的選定上要較為密集，需分下列情況：1)測量區(qū)域面積在20平方公尺以內(nèi)時(shí)，在區(qū)域內(nèi)以每邊長約一公尺為單位，定出方格線，在每一方格線交點(diǎn)上(無障礙物且人員可達(dá)處)進(jìn)行測量。2)測量區(qū)域面積在20至100平方公尺以內(nèi)時(shí)，在區(qū)域內(nèi)以每邊長約二公尺為單位，定出方格線，在每一方格線交點(diǎn)上(無障礙物且人員可達(dá)處)進(jìn)行測量。3)測量區(qū)域面積大于100平方公尺時(shí)，在區(qū)域內(nèi)以每邊長約三公尺為單位，定出方格線，在每一方格線交點(diǎn)上(無障礙物且人員可達(dá)處)進(jìn)行測量。4)測量基地臺(tái)周邊在上述測量范圍/測量點(diǎn)以外的其他位置，包括樓頂一般人員可達(dá)之處及住家/辦公室內(nèi)等。進(jìn)行測量時(shí)，以距離地板高度2公尺為測量高度，在每一測量線上進(jìn)行連續(xù)的移動(dòng)掃瞄測量。
2.測量方式
在測量時(shí)必須由距發(fā)射天線最遠(yuǎn)的測量點(diǎn)往天線方向移動(dòng)逐點(diǎn)進(jìn)行測量，以避免危及人員與儀器的安全。任何測量電磁場強(qiáng)度計(jì)之感測頭或天線皆必須距離金屬物體或墻面20公分以上。
(1)AM廣播電臺(tái)
1)由全向性電磁場強(qiáng)度計(jì)為測量儀器，以最大值測量模式，于每一測量點(diǎn)進(jìn)行距地面高度0.2至2m的連續(xù)掃瞄，掃瞄時(shí)間不得小于10sec，記錄最大值為測量結(jié)果。此測量須分別使用電場感測頭及磁場感測頭對(duì)電場及磁場分別進(jìn)行測量。2)對(duì)任一測量點(diǎn)倘若最大值高于環(huán)境建議值，則須在此測量點(diǎn)上找出最大值發(fā)生位置，并于該位置持續(xù)測量6min，取其6min平均值，確認(rèn)該值是否超出環(huán)境建議值。3)倘若以全向性電磁場強(qiáng)度計(jì)6分鐘平均值之測量結(jié)果仍高于環(huán)境建議值，得以天線與頻譜分析儀組成之測量系統(tǒng)在此測量點(diǎn)上進(jìn)行三軸向的場強(qiáng)測量，取其6min最大值，并以三軸測量結(jié)果取其和方根值，以確認(rèn)此輻射電磁場是否均由該發(fā)射電臺(tái)所產(chǎn)生。選用適當(dāng)之天線分別對(duì)電場與磁場進(jìn)行測量。(近場：天線周圍一個(gè)波長內(nèi)的區(qū)域，其中電場與磁場的關(guān)聯(lián)并不按自由空間的特性阻抗) 2.調(diào)頻(FM)廣播電臺(tái)與室外移動(dòng)電話基地臺(tái)
全向性電磁場強(qiáng)度計(jì)可為電場或磁場感測頭，其余程序同AM?，F(xiàn)場測量亦可直接使用天線與頻譜分析儀組成測量系統(tǒng)依據(jù)測量點(diǎn)選擇的規(guī)定，進(jìn)行初步掃瞄找出最大值，再以天線與頻譜分析儀組成測量系統(tǒng)，在該測量點(diǎn)上對(duì)各發(fā)射頻率進(jìn)行三軸向的場強(qiáng)測量，取其6分鐘最大值，并以三軸測量結(jié)果取其和方根值，以決定是否超過環(huán)境建議值;如果該值超過環(huán)境建議值則需重新再檢視其它各測量點(diǎn)并計(jì)算之，以決定是否超過環(huán)境建議值。
(三)結(jié)果處理
測量結(jié)果紀(jì)錄內(nèi)容至少需包括測量地點(diǎn)、當(dāng)時(shí)溫濕度、測量人員、發(fā)射功率與頻率、各頻率相對(duì)應(yīng)的環(huán)境建議值、測量儀器廠牌型號(hào)、測量位置與射源相對(duì)位置圖示等。當(dāng)使用天線與頻譜分析儀組成測量系統(tǒng)測量，得多個(gè)強(qiáng)度發(fā)射訊號(hào)時(shí)，取其前六個(gè)最大強(qiáng)度訊號(hào)(每一訊號(hào)皆須進(jìn)行三軸測量并取其和方根值)，每一訊號(hào)皆計(jì)算其功率密度值(或電場強(qiáng)度或磁場強(qiáng)度)再以下列公式計(jì)算，結(jié)果小于1，則判定未超過環(huán)境建議值;大于1，則判定超過環(huán)境建議值，必須采取必要的安全措施。其計(jì)算公式為：
1.電場強(qiáng)度位準(zhǔn)計(jì)算方法
以天線及頻譜分析儀進(jìn)行測量時(shí)，電場強(qiáng)度位準(zhǔn)可依下列公式計(jì)算而得：E0(dBμV/m)=P(dBm)+107(dB)+AF(dB1/m)+CL(dB)
其中E0：為電場強(qiáng)度P：為頻譜分析儀測得功率讀值、
107(dB)：為電壓值(dBμV)與功率值(dBm)在50歐姆阻抗系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換系數(shù)
AF：為天線因子CL：為CableLoss
2.磁場強(qiáng)度位準(zhǔn)計(jì)算方法
以環(huán)形天線及頻譜分析儀進(jìn)行測量時(shí)，磁場強(qiáng)度位準(zhǔn)可依下列公式計(jì)算而得：
H(dBA/m)=P(dBm)-13(dB)+AFH(dBA/Vm)+CL(dB)
其中H：為磁場強(qiáng)度P：為頻譜分析儀測得功率讀值
-13(dB)：為電壓值(dBV)與功率值(dBm)在50歐姆阻抗系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換系數(shù)
AFH：為環(huán)形天線之磁場天線因子CL：為CableLoss
電磁場強(qiáng)度相關(guān)單位之換算方式為：
E0(dBμV/m)=20×logE1(μV/m)
E2(V/m)=E1(μV/m)/106
P(mW/cm2)=[E2(V/m)]2/(10×Zo)�[E2(V/m)]2/3770
其中E1：為以μV/m單位表示的電場強(qiáng)度值
E2：為以V/m單位表示的電場強(qiáng)度值
P：為以mW/cm2單位表示的電磁場功率密度值
Zo：為自由空間波阻抗，約等于377歐姆
以上公式僅適用于測量點(diǎn)滿足遠(yuǎn)場條件時(shí)。
由于電磁波能提供大眾無所不在的便捷通訊功能，因此也使得移動(dòng)電話基地臺(tái)或變電所等電力設(shè)施如雨后春筍般的設(shè)立，目前對(duì)于電磁波是否有害人體，在醫(yī)學(xué)上的論證亦尚無定論。以下圖為從3kHzto300GHz頻率范圍內(nèi)，對(duì)于在控制環(huán)境及非控制環(huán)境中的環(huán)境電磁場強(qiáng)度的建議值。
圖1 ICNIRP規(guī)范在職業(yè)/一般場所中的環(huán)境電場強(qiáng)度建議值
使得測量電磁波時(shí)有標(biāo)準(zhǔn)檢測方法依循，對(duì)于發(fā)射電臺(tái)是否可能于附近區(qū)域產(chǎn)生過量的電磁場及進(jìn)行實(shí)測時(shí)，對(duì)測量區(qū)域評(píng)估有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1]W.Xie，X.Tang，Y.Yan，Q.Zhang，T.M.Tritt，Appl.Phys.Lett.2009，94：102，111.