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电磁兼容原理、技术和应用(第2版)课件——邹澎5-4-2
⑴、结构 图5-4-15
①、电流互感器C,测量传输线中的干扰电流。 ②、一组铁氧体环D,作为传输线的吸收负载,作用是使
传输线中高频干扰信号的传播保持阻抗匹配状态。 ③、一组铁氧体环E,电流互感器C传输线的吸收负载,
起滤波器的作用,把测量电路和干扰源电路隔离。
⑵、测量原理 测量系统的连接如图5- 4-16 所示,
⑸、选择监测点:满足下列式子的方格小区内可设置监
测点,
ai Ca
(5)
C是选择系数,可根据具体情况(对检测的要求,设
备,人员条件等)确定。
例:郑州市(1988年)图5-4-18
第一行数字:人口密度, (9,4) 火车站附近 (10,6)省政府附近 (4,4) 市委附近
第二行数字:有效辐射功率,(10,6)省电视台 (7,2) 市电视台
等效电路如图5- 4-17所示。 测量时,沿传输线移动吸收钳,测 得最大功率时 (在驻波最大点),干扰 源和负载的阻抗都表现为纯电阻RS、 RL,可以证明,负载吸收的功率PL和 干扰功率PS的关系为:
PL
PS
4m (m 1)2
1 ,
m RS RL
负载匹配时,RS=RL,m=1,∴PL=PS,
∴ 测得PL,即为PS,
几十W, GSM基站辐射脉冲信号,CDMA基站辐射 连续波信号。 3、机动车辆点火系统的放电辐射(也称为汽车电磁噪声) 汽车的电磁噪声是脉冲干扰波,频谱很宽,从几百 KHz到1GHz以上。在交通干线附近(距车辆5m以内), 辐射场强的准峰值一般不超过7OdB。距车辆10m以外, 大体上随距离成反比衰减。30m以外,辐射场强的准 峰值一般不超过4OdB。 4、ISM射频设备:ISM射频设备泄漏的电磁辐射有连续性 的(例如工业高频炉等),也有间断性的(例如塑料 热合机等)。频率一般从几百KHz到几GHz。有的除基 波外,还有多次谐波。在ISM射频设备附近,泄漏的 辐射电平比较大。例如塑料热合机,在5OOm左右时辐 射场强还接近8O dB。
实际上,RL与RS相差不大于4倍(RL大或RS大)时,
PL与PS相差都小于2dB,符合测量要求。
2、电磁干扰测量仪 5-2-2
二、测量方法 图5-4-16
测量时,沿传输线移动吸收钳,寻找最大的辐射功
率,负载匹配时:
2
PS
PL
KI
2 L
K
U in Zin
K
mU
2 in
2
Uin是干扰仪显示的电压, Zin是干扰仪的输入阻抗(50Ω), Km是吸收钳的校准系数,是f的函数,可由厂家提供的设
第三行数字:ai , a 2.933 若选C=1.4, 10个监测点, 若选C=1.8, 6个监测点, 选出的监测点,或者有较强的辐射源,或者人口密度
较大,其中有商业区、工业区、文教区、居民区,都具有 一定的代表性,监测点的分布是合理的。
三、监测系统 图5-4-19是一种电磁环境监测系统示意图,包括
/r2),即场强变化的梯度很大,是一种复杂的非 均匀场。 ∴ 测量近区场强:量程应当足够的大,探头应当足够
的小(测量某点的场)。
二、测量仪器 1、 电场探头 ⑴、一维电场探头 图5-4-8 ①、结构:
小偶极子天线, 检波二极管D, 电容衰减网络,C1是一组
电容,不同档,电容 量不同, 滤波电路,R1、R2、C2。
四、监测点的环境条件 5-4-1 1、比较平坦、开阔,避开高压线和其它导电物体,避开
建筑物和高大树木的遮挡,不要离大功率的辐射源太 近。 2、温度-10°~+40°C,相对湿度小于80%,无雨、 雪、浓雾,风力不大于3级。 3、减小人体的影响, 5-4-1 五、监测时间 全天24小时连续监测,连续3~5天,对每天的辐射 高峰期,还应进行更详细的测量。
5-4-2 近区场的测量 一、近区场测量的特点(P16) 1、近区场是感应场,E和H没有确定的比例关系,需要
分别测量。 对于电压高而电流小的辐射源,主要测量电场, 对于电压低而电流大的辐射源,主要测量磁场。 2、①、近区场强很大,电场强度可达几十~几百V/m,
磁场可达几十A/m。 ②、场强随距离的增大衰减得很快(E∝1/r3,H∝1
e
d dt
d dt
( NBS )
N 0S
dH dt
(3)
H
H e j(t x) 0
e jN 0HS
(4) 与频率有关
采用积分电路(R1、R2、C1),等效电路 如图5-4-11所示,可以算出:
U0
e
1 (RC1)2
U0
e
RC1
N 0HS
RC1
(5) 只要使RC1>>1,
(6) 与频率无关
3、贴近场探头组 用于紧贴辐射源测量电磁泄漏,例如:①射的频谱分布, 2、各监测点电磁辐射的场强或辐射功率密度。 二、布点方法 1、方格法布点
布点方法:以主要的交通干线为参考基准线,把所 要检测的区域分为1km×1km的方格形小区,原则 上选每个方格的中心点作为监测点,以该点的测量 值代表该方各区域内的辐射电平。
⑵、存在的问题 ①、检测点太多,工作量太大。
一般测近区电场,电场探头 近区场强仪。 四、贴近场测量:测量电场、磁场,
贴近场探头、场强接收机或频谱分析仪。 Hz-11,磁场:100K~2.3GHz,电场:100K~3GHz Hz-14,磁场:9K~1GHz, 电场:9K~1GHz
5-4-3 传输线辐射的测量 一、测量仪器: 1、吸收式功率钳 图5-4-14
六、监测方法 ㈠、频谱分析
利用天线开关依次把各频段的天线与频谱仪接通, 把频谱仪的显示调节到相应的频谱宽度,观察并记录电 磁辐射的频谱和各频率的幅度。在每一频段测量时,应 改变天线的接收方向和极化方向,在每一频率上,读取 场强的最大值。以辐射最强的频率的场强为准,小于最 大场强值2OdB的辐射可以忽略,从而确定主要的辐射频 率。这样做主要是为了简化测量过程,下面计算一下由 此引起的测量误差,设最大辐射场强为E1 ,另一频率的辐 射场强为E2,比E1低2OdB,即E2=E1/10,合场强为:
3
Ei
E
2 j
7
j 1
其中Ej是在每一个接收方向(或极化方向)上测得的场
强。
按照上述方法依次测量各主要辐射频率的场强,该
监测点总的辐射场强为:
N
E
Ei2
8
i 1
其中,Ei是某一主要辐射频率的场强,N是主要辐射频率
的数目。
由于在每一频率上都要改变天线的接收方向和极化
方向,使测量过程非常复杂。若采用三维宽频带天线,
计曲线上查得。
为了保证能找到驻波的一个最大值(最大的辐射功率),
传输线的最小长度: (图5- 4-16 )
Lmin
max
2
0.6m
3
5-4-4 市区电磁环境监测 市区电磁环境是指在较大的范围内由各种电磁辐射
源,通过各种传播途径造成的电磁辐射的背景值。有如 下的特点,⑴ 属于电磁辐射的远区场,⑵ 辐射的频谱 非常宽。城市中的一般电磁环境主要是由下列辐射源的 辐射决定的: 1、 广播、电视发射设备:在市区内,中波广播信号是
2、“人口密度加权”和“有效辐射功率加权”布点法。
⑴、利用方格法把被测区域划分成1km×1km的方格小区,
⑵、统计每个方格小区中的人口密度(人口数量/km2),
方格小区的人口密度加权系数:
Ln
n n
(1)
其中,n是该方格小区内的人口密度,n 是被测区域内
的平均人口密度。
⑶、统计每个方格小区内的有效辐射功率:
可使测量过程简化,但三维宽频带天线必须经过严格的
校准。
七、电磁环境的分布特性
1、频谱特性
利用宽带频谱分析仪可以直接测量某一监测点某一
时刻的频谱特性,即辐射场强的振幅随频率变化的特性。
也可以计算在24小时内某一监测点各主要辐射频率的平
均场强值:
E
1 N
N
E fi
i 1
9
其中:Efi是某一频率、某一次测量的场强值,N为24小时
负载,使ω(CA+CL+CS)RL>>1,则:
UD
U0
CA
CA CL
CS
2, 与频率无关。
⑵、三维电场探头 见5-2-3
2、磁场探头
①、结构:图5-4-10
小环天线,
积分电路:R1、R2、C1, 检波和滤波电路:D、R3、R4、C3、
C4, 为了防止电场干扰,环形天线外加了
一个屏蔽套。
②、工作原理 环形天线上的感应电动势(环形天线很小,环平面 上的磁场可以看作是均匀的,环平面与磁场垂直),
E E12 E22 1.005E1
6
因此,略去E2引起的测量误差小于0.5%,略去小于最大 场强值2OdB的各种频率的辐射,可使场强测量过程大为 简化。 ㈡、场强的测量
通过频谱分析确定了该监测点的主要辐射频率,测 量场强时只测量这些主要辐射频率的场强。在某一频率 测量时,首先利用天线开关把相应频段的天线与场强仪 连接,改变天线的接收方向和极化方向,读取场强的最 大值。然后。以场强最大时的接收方向(或极化方向) 为直角坐标系的一轴,依次沿正交的另外两轴改变接收 方向(或极化方向),读取测得的场强值。若所测的场强 值比最大场强值小2OdB以上,也可以忽略。该频率上总 的辐射场强为:
一个城市的市区一般可以被划分成几十~一百多个方 各小区,对每个监测点需要做频谱分析,场强测量 (各种频率,对于每一种频率:水平极化,垂直极 化),为了了解电磁辐射的场强~时间特性和频率~ 时间特性,需要24小时连续监测,考虑到环境电磁 场的波动和随机变化,在每一个测试点都要进行重复 性测量(连续几天),所以检测工作量很大。 ②、所选的监测点大多数没有代表性,我们所关心的是: a、电磁辐射很强的区域内的辐射电平, b、人口稠密区内的电磁环境 采用方格布点,大多数监测点反映不出这些特性,不 能提供我们需要的数据。