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(chēng)，小編整理了電磁測量技術(shù)論文，有興趣的親可以來(lái)閱讀一下!

　　電磁測量技術(shù)論文

　　廣播電臺電磁波測量與分析

　　摘 要：對廣播電臺電磁波進(jìn)行測量與分析，對于發(fā)射電臺是否可能于附近區域產(chǎn)生過(guò)量的電磁場(chǎng)及進(jìn)行實(shí)測時(shí)，對測量區域評估有相當的參考價(jià)值

　　關(guān)鍵詞：電磁波;檢測;方法

　　一、電磁場(chǎng)強?計的原?與特性

　　電磁場(chǎng)強度計的構成主要可分為感測頭、場(chǎng)強度顯示計、以及連結這兩部分的中段高阻傳輸線(xiàn)，在感測到電場(chǎng)時(shí)可產(chǎn)生一個(gè)正比于此入射電場(chǎng)強度平方的`直流輸出信號。不論入射電場(chǎng)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(chǎng)之等效功率密度。正交架構使感測頭對任何入射方向及極化的磁場(chǎng)均可測量，三個(gè)線(xiàn)圈所得分量之和即為此磁場(chǎng)之等效功?密?。只要量得電場(chǎng)強度，即可求得相對之磁場(chǎng)強度及輻射功率密度。

　　顯示計具備的特性主要有下?幾項：

　　(一)場(chǎng)強顯示：場(chǎng)強度顯示值的表示通常以V/m(電場(chǎng)強度)、A/m(磁場(chǎng)強度)、mW/cm2或W/m2(電磁場(chǎng)功率密度)來(lái)表示，有以下之轉換關(guān)系：

　　功率密度P(W/m2)=電場(chǎng)強度E(V/m)×磁場(chǎng)強度H(A/m)

　　功率密度P(mW/cm2)=10×P(W/m2)

　　若測量條件符合遠場(chǎng)條件時(shí)，功率密度P與電場(chǎng)強度E、磁場(chǎng)強度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：當所測量的場(chǎng)強度值超過(guò)所設定的警示位準時(shí)，即會(huì )發(fā)出警示的聲音。當場(chǎng)強度計利用信號傳輸線(xiàn)以遠距離的方式進(jìn)行測量時(shí)，亦可利用一傳輸線(xiàn)將此警示聲音信號經(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(chǎng)頻率高于300MHz時(shí)，使用電場(chǎng)強度計測量電場(chǎng)即可;當電磁場(chǎng)頻率低于30MHz時(shí)，則需分別使用電場(chǎng)強度計及磁場(chǎng)強度計對電場(chǎng)及磁場(chǎng)作測量，因為此時(shí)多屬近場(chǎng)測量電場(chǎng)與磁場(chǎng)間并無(wú)377歐姆的比值關(guān)系;而在電磁場(chǎng)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(chǎng)及磁場(chǎng)或測量其中之一。

　　二、廣播電臺電磁波測量

　　(一)方法概要

　　主要采用三軸全向性電磁場(chǎng)感測頭搭配電磁場(chǎng)強度顯示器為檢測儀器，測量結果與非游離輻射環(huán)境建議值比較，若超過(guò)環(huán)境建議值則采用天線(xiàn)與頻譜分析儀(接收機)組成測量系統進(jìn)行測量及確認。適用范圍為調幅(AM)廣播電臺、調頻(FM)廣播電臺、無(wú)線(xiàn)電視臺及移動(dòng)電話(huà)基地臺等中高頻(10kHz～2165MHz)電磁波發(fā)射源。干擾為可能經(jīng)由連接線(xiàn)或直接對測量?jì)x器內部電路造成影響。因此必須選擇有良好電磁隔離效果量表，而連接線(xiàn)部分應為非金屬導線(xiàn)，例如以高阻線(xiàn)或光纖制成連接線(xiàn)。使用的儀器及設備有，全向性電磁場(chǎng)強度計：頻寬涵蓋被測電磁場(chǎng)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、可執行三軸全向性測量。天線(xiàn)與接收機：天線(xiàn)與頻譜分析儀之工作頻率須涵蓋被測電磁場(chǎng)的頻率。

　　(二)測量方法：

　　避免接觸電臺或基地臺附近之金屬導體電臺或基地臺通常包含有使用高電壓之設備、必須小心勿近以避免電擊。

　　1.測量點(diǎn)選擇

　　依據電臺或基地臺之種類(lèi)，將測量點(diǎn)之選擇分為三類(lèi)：

　　(1)調幅(AM)廣播電臺

　　測量區域之最大半徑定為發(fā)射信號之1/4波長(cháng)，為約在45公尺至150公尺之范圍，圓形區域內選擇四個(gè)正交軸線(xiàn)為測量線(xiàn)，如圖所示，于每一測量線(xiàn)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域內定出5點(diǎn)。

　　(2)調頻(FM)廣播電臺、無(wú)線(xiàn)電視臺

　　扇形區域，取其發(fā)射天線(xiàn)最大增益的3dB張角(半功率波束寬)。測量區域之最大半徑則定為50m。選定測量區域后，在扇形區域中以天線(xiàn)最大增益方向為中央測量線(xiàn)，在中央測量線(xiàn)兩側扇形區域內再各取一測量線(xiàn)，以此三條軸線(xiàn)為測量線(xiàn)，于每一測量線(xiàn)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域內定出5點(diǎn)為測量點(diǎn)。

　　(3)室外測量點(diǎn)選定

　　由于所輻射信號為900/1800/2000MHz頻段，波長(cháng)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)測量區域面積在20平方公尺以?xún)葧r(shí)，在區域內以每邊長(cháng)約一公尺為單位，定出方格線(xiàn)，在每一方格線(xiàn)交點(diǎn)上(無(wú)障礙物且人員可達處)進(jìn)行測量。2)測量區域面積在20至100平方公尺以?xún)葧r(shí)，在區域內以每邊長(cháng)約二公尺為單位，定出方格線(xiàn)，在每一方格線(xiàn)交點(diǎn)上(無(wú)障礙物且人員可達處)進(jìn)行測量。3)測量區域面積大于100平方公尺時(shí)，在區域內以每邊長(cháng)約三公尺為單位，定出方格線(xiàn)，在每一方格線(xiàn)交點(diǎn)上(無(wú)障礙物且人員可達處)進(jìn)行測量。4)測量基地臺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之處及住家/辦公室內等。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(xiàn)上進(jìn)行連續的移動(dòng)掃瞄測量。

　　2.測量方式

　　在測量時(shí)必須由距發(fā)射天線(xiàn)最遠的測量點(diǎn)往天線(xiàn)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(chǎng)強度計之感測頭或天線(xiàn)皆必須距離金屬物體或墻面20公分以上。

　　(1)AM廣播電臺

　　1)由全向性電磁場(chǎng)強度計為測量?jì)x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的連續掃瞄，掃瞄時(shí)間不得小于10sec，記錄最大值為測量結果。此測量須分別使用電場(chǎng)感測頭及磁場(chǎng)感測頭對電場(chǎng)及磁場(chǎng)分別進(jìn)行測量。2)對任一測量點(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，并于該位置持續測量6min，取其6min平均值，確認該值是否超出環(huán)境建議值。3)倘若以全向性電磁場(chǎng)強度計6分鐘平均值之測量結果仍高于環(huán)境建議值，得以天線(xiàn)與頻譜分析儀組成之測量系統在此測量點(diǎn)上進(jìn)行三軸向的場(chǎng)強測量，取其6min最大值，并以三軸測量結果取其和方根值，以確認此輻射電磁場(chǎng)是否均由該發(fā)射電臺所產(chǎn)生。選用適當之天線(xiàn)分別對電場(chǎng)與磁場(chǎng)進(jìn)行測量。(近場(chǎng)：天線(xiàn)周?chē)�一個(gè)波長(cháng)內的區域，其中電場(chǎng)與磁場(chǎng)的關(guān)聯(lián)并不按自由空間的特性阻抗) 　　

　　2.調頻(FM)廣播電臺與室外移動(dòng)電話(huà)基地臺

　　全向性電磁場(chǎng)強度計可為電場(chǎng)或磁場(chǎng)感測頭，其余程序同AM�，F場(chǎng)測量亦可直接使用天線(xiàn)與頻譜分析儀組成測量系統依據測量點(diǎn)選擇的規定，進(jìn)行初步掃瞄找出最大值，再以天線(xiàn)與頻譜分析儀組成測量系統，在該測量點(diǎn)上對各發(fā)射頻率進(jìn)行三軸向的場(chǎng)強測量，取其6分鐘最大值，并以三軸測量結果取其和方根值，以決定是否超過(guò)環(huán)境建議值;如果該值超過(guò)環(huán)境建議值則需重新再檢視其它各測量點(diǎn)并計算之，以決定是否超過(guò)環(huán)境建議值。

　　(三)結果處理

　　測量結果紀錄內容至少需包括測量地點(diǎn)、當時(shí)溫濕度、測量人員、發(fā)射功率與頻率、各頻率相對應的環(huán)境建議值、測量?jì)x器廠(chǎng)牌型號、測量位置與射源相對位置圖示等。當使用天線(xiàn)與頻譜分析儀組成測量系統測量，得多個(gè)強度發(fā)射訊號時(shí)，取其前六個(gè)最大強度訊號(每一訊號皆須進(jìn)行三軸測量并取其和方根值)，每一訊號皆計算其功率密度值(或電場(chǎng)強度或磁場(chǎng)強度)再以下列公式計算，結果小于1，則判定未超過(guò)環(huán)境建議值;大于1，則判定超過(guò)環(huán)境建議值，必須采取必要的安全措施。其計算公式為：

　　1.電場(chǎng)強度位準計算方法

　　以天線(xiàn)及頻譜分析儀進(jìn)行測量時(shí)，電場(chǎng)強度位準可依下列公式計算而得：E0(dBμV/m)=P(dBm)+107(dB)+AF(dB1/m)+CL(dB)

　　其中E0：為電場(chǎng)強度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歐姆阻抗系統中的轉換系數

　　AF：為天線(xiàn)因子CL：為CableLoss

　　2.磁場(chǎng)強度位準計算方法

　　以環(huán)形天線(xiàn)及頻譜分析儀進(jìn)行測量時(shí)，磁場(chǎng)強度位準可依下列公式計算而得：

　　H(dBA/m)=P(dBm)-13(dB)+AFH(dBA/Vm)+CL(dB)

　　其中H：為磁場(chǎng)強度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歐姆阻抗系統中的轉換系數

　　AFH：為環(huán)形天線(xiàn)之磁場(chǎng)天線(xiàn)因子CL：為CableLoss

　　電磁場(chǎng)強度相關(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(chǎng)強度值

　　E2：為以V/m單位表示的電場(chǎng)強度值

　　P：為以mW/cm2單位表示的電磁場(chǎng)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(mǎn)足遠場(chǎng)條件時(shí)。

　　由于電磁波能提供大眾無(wú)所不在的便捷通訊功能，因此也使得移動(dòng)電話(huà)基地臺或變電所等電力設施如雨后春筍般的設立，目前對于電磁波是否有害人體，在醫學(xué)上的論證亦尚無(wú)定論。以下圖為從3kHzto300GHz頻率范圍內，對于在控制環(huán)境及非控制環(huán)境中的環(huán)境電磁場(chǎng)強度的建議值。

　　使得測量電磁波時(shí)有標準檢測方法依循，對于發(fā)射電臺是否可能于附近區域產(chǎn)生過(guò)量的電磁場(chǎng)及進(jìn)行實(shí)測時(shí)，對測量區域評估有相當的參考價(jià)值。

　　參考文獻：

　　[1]W.Xie，X.Tang，Y.Yan，Q.Zhang，T.M.Tritt，Appl.Phys.Lett.2009，94：102，111.

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