电磁辐射照射场强单位及其换算.docx

优选文档zhaoruifeng?2006-8-61电磁辐射照射的场强单位及其换算2:12:00电磁辐射照射的场强单位及其换算大纲：电磁搅乱场强单位及其换算，是广大电磁兼容工作者经常遇到的、关切的问题之一电磁搅乱场强既有电场强度、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状况下，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一、电磁搅乱场强的基本单位高频、微波电磁搅乱场强有三种基本单位：电场强度V/m、磁场强度A/m和功率通量密度W/m210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单位表示之所测搅乱场强小于1V/m时，可用mV/m、μV/m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A/m刻度时，则可用A/m、mA/m、μA/m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必然困难；也许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外国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260KHZ~26GHZ、，故测试电路中实现|E|2、|H|2较为方便。

所以，大多采用功率通量密度测量，并以mW/Cm2为表头刻单位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同为电磁搅乱场强的基本单位它们的地位是等同的一、电磁搅乱场强单位间的相互换算在一般状况下，V/m、A/m和mW/Cm之间不能够相互换算只有在被测场为平面波状况下，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，在自由空间中流传的电磁波，皆为平面波依照电磁场理论，在平面波状况下，S=ZoH2=E2/Zo在自由空间中，Z=120π≈376.7Ω，代入上式后可得：E单位为V/m2，S单位为mW/Cm2值得指出的是：平常A、B波段（10Khz~30MHZ）的搅乱场强测量仪（比方德R/S公司的ESH3、日本Anritu公司的ML428B）使用环形天线进行测量诚然环形天线只对磁场重量起作用，但在自由空间中，由于E=Z0H（称等效电场重量），故表头可用等效电场重量刻度但对近区场而言，电场E和磁场H并无确定的比率关系可能E很大，H很小，也可能H很大，E很小；需视场源状况而定此时，公式（1）~（2）已不成立，充其量只能“等效换算“，仅供参照而已。

二、电磁搅乱场强的分贝制单位在电磁搅乱场强的测试中，经常会遇到量值相差特别悬殊（甚至千百万倍的信号）为了便于表达、表达和运算（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A=10lgp2/p1（dB）..（3）鉴于p=U2/R=I2R，所以下述表达式A=20lgU2/U2=20lgI1/I220lg..(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搅乱场强计量测试中的用法有以下三种：（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，或空间某两点电磁搅乱场强的相对大小例1RR3A型搅乱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RAAM4A型全向宽带场强仪测量空间A点的功率通量密度为20mW/Cm2，测量空间B点的功率通量密度为20wμ/Cm2，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频率点上耗费为6dB2）在指定参照电平（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。

此参照电平通称为零电平在搅乱、场强测量仪的检定测试中，经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1μV=0dBμV（简写为dBμ），此即“分贝微伏”的由来同样，定义场强1μV/m==0dBμV/m(简写为dBμ)，称“分贝微伏/米”尚须指出，dBμ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）别的，“80dB电压“这种称号是不合适的确实的说法应是“80dBμ电压”，由于dB是电压比，而不是电压值表1给出电场强度与dBμV/m对应关系表1电场强度与dBμV/m的对应关系μV/mdBμ101020406080100120140例4说某搅乱电值为86dBμ，何意？答：86dBμ是80和6这两个数字之和而80dB、6dB的对应电压比为1042.故有：104×2=2×104=20×103所以，86dBμ即为20mV例五说场强仪的量程是6~126dBμ，何意？答：该场强仪的量程上限是2×10μV/m，或2V/m量程下限为2×10μV/m，即μV/m3）用分贝表示电压或场强的误差大小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？答：不确定度±1dB意味着百分误差为+12.2℅,-10.87℅。

例七某搅乱场强测量仪的不确定度为±3dB，对应百分误差是多少？答：+41.25℅,-29.2℅表2电场强度分贝误差与百分误差比较表供大家引用参照表2电场强度分贝——百分误差比较表分贝误差百分误差分贝误差百分误差o.11.16-0.1-1.140.22.32-0.2-2.270.33.5I-O.3-3.39O.44.7I-0.4-4.500.55.93-0.5-5.590.67.15-0.6-6.670.78.39-0.7-7.740.89.65-0.8-8.410.910.92-0.9-9.841.012.20-1.0-10.871.518.85-1.5-15.862.025.89-2.0-20.562.533.35-2.5-25.013.041.25-3.0-29.203.549.62-3.5-33.164.058.49-4.0-36.90三、dBm与dBμ的换算近来几年来，频谱仪在电磁搅乱测量中使用日见广泛美国hp8568B电磁搅乱测量仪、日本Auritsu公司生产的MS2601A电磁搅乱测量仪和德国R/S的ESA-1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，亦适用dBμ的。

别的，从外国进的合成信号发生器中，有的只标有dBm和dBμ如何换算呢？（1）dBm的定义DBm是dBmW的简写，称为“分贝毫瓦”1mw=0dBm(5)上式是以1mW功率电平为参照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既可表示很小的功率，亦可表示很大的功率PdBm=101gPmw(6)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BW（分贝瓦）这个单位其定义为：PdBw=101gPmw.(7)1W=0dBW(8)它是以1W为参照电平的绝对功率值大于1W为正dBW，小于1W为负dBW显然0dBW=30dBm(9)(2)dBm与dBμ的换算对50Ω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Uuv=√50p×106(10)代入P=1mW=10-3W,可得UμV：UμV=√50×10-3×106=223606.7978其dBμ值为：UdBμ=201g223606.7978=106.9897≈107(11)例9用频谱仪测得搅乱电压为-87dBm，它等于多少dBμ？答：-87+107=20dBμ，即10μV。

四、绝对分贝值的加减问题应该指出，在电磁搅乱场强的计量测试中，引入分贝制单位后，把乘除变成加减，大方便了表达、表达和运算但是，有些分贝制单位是不能够直接相加减的，这其实不是由于何相位关系下面举例说明：例140dBμ+40dBμ/=80dBμ，为什么？答：40dBμ=100μV,40dBμ+40dBμ=200μV201g200(μV)=46dBμ.例20dBm+0dBm/=0dBm，为什么？答:0dBm=1mW0dBm+0dBm=2mW101g2=3dBmdBvanddBu小写的v和u表示相似的东西,dBv和dBu也是在一个电子电路内,求得一声频讯号电平(AudioSignalLevel)的量测单位.而且它们在分贝(decibel)的领域内,所依照的基准也是0.775VRMS值,与上述dBm不同样之处是它会运用在任何的阻抗状况下去算出数据来,我们会经常有到dBu但较少见到dBv,是由于dBv它会混淆到我们以为是dBV,dBv和dBV这两者是不同样的.另一方面要知道的是dBu是欧洲惯用的,而dBv是美国惯用的.知道么?所以dBv或dBu小写的v和u在基本上表示同样的事物,当一个电压在做测量的时候,没有牵拖到电路阻抗,但初步运算是拿0.775V来导入,这样说好了,假设忧如电路是600Ω这是我们以为的,(在实质状况上,这可能是不知道的.)由于电路阻抗是不清楚的,所以实质有效功率是不明确的,那求出的值亦是不正确,若是要认真讲,严革的,使用dBvordBu来求取数值时.其实不是一个正确的dB测量法,但是它所得的果还是适用的.我们来瞧瞧不同样之处。

dBm=20log(E/0.775),dBv=20log(E/0.775),dBm式子里的0.775V是以正600奥姆求出的.dBv式子里的0.775V则是假设它们是600奥姆的,式中的E是经量测后所获取的电压值,至后此两式子的差值在此刻已被画成等号了.也就是说dBm=dBvordBu而且很不幸的是dBv变成此刻大家通用的运算法规.这是为什么?这两只式子,都没有问题.故事告诉我们,业者的产品设备虽不达学术标准,但足以供民生花销上运用,这在音响商业里,特别方便的宣告自己的产品规格数据,以这样的方式去讲解「分贝」(Decibel).但又没有真实说明.dBVdBV也是运用在一个电子电路内,求得一声频讯号电平(AudioSignalLevel)的量测单位它在分贝(decibel)的领域内所依照的基准是1VRMS值的分贝.它量测时的条件很松.可作用在任何的阻抗值上,dBV的测量是相似于dBv(或dBu)测量的方式,但大V表示参照于1伏特电压(电压基准),且无论恩赐的任何阻抗值,那么这个值就更不是那么的精准了.但是最少能知道任一电路架构的讯号电平位准差不多在那处.是的,dBV会在那处出现呢?平常呀是运.用在－10dBV的非平衡式(Unbalanced)or高阻抗(HighImpedance)的花销性电子装置设备上,一般制造商所供应的文件上,会注明输入及输出是依照于「－10」的,又应注明何时是利用dBV参照,(这点有时被忽略了).以及何时又是利用dBvordBu参照的,大体上高阶的器。