Shematic.net

Измерение плотности потока энергии и напряженности электромагнитного поля, метод повышения точности

Схемы >> Методы >> Измерение плотности потока энергии и напряженности электромагнитного поля, метод повышения точности

---

Измерение плотности потока энергии и напряженности электромагнитного поля, метод повышения точности

О. Капраль

Основой измерения плотности потока энергии и напряженности электромагнитного поля есть приборы М3-90, обеспечивающие измерения мощности СВЧ - энергии в диапазоне частот 0.02...17.85 ГГц, М3-91 - в диапазоне 17.44...25.86 ГГц, М3-92 - в диапазоне 25.86... 37.5 ГГц. В приборах используется термоэлектрический метод измерения, обоснован на преобразовании поглощённой мощности в термо э.д.с. Измеряемые параметры находятся в пределах 0.1......10 ·10 мкВт [6].

Измерение плотности потока энергии производится согласно формуле [1, 2, 5]:

где W – плотность потока энергии, Вт/м;
Р – показания прибора, Вт;
S – эффективная площадь измерительной антенны, м;
N– коэффициент полезного действия (к.п.д.) фидерного тракта, зависящий от материала изготовления, геометрических размеров, передачи (проводимости) СВЧ - энергии,

Z – затухание в фидерном устройстве, определяется как произведение погонного коэффициента затухания Z(f) на его длину ; 
КСВ – коэффициент стоячих волн в фидере, или волноводе, если фидерное устройство отсутствует, то Z = 0, а N = 1. КСВ может определяться при помощи коэффициента отражения Гн [3], или отношения импеданса антенны к приемнику. Эффективная площадь антенны определяется по формуле:

где – площадь антенны, определяемая её геометрическими размерами, м;
- коэффициент использования площади, зависит от типа использованных антенн, синфазности электромагнитного поля. Например, для пирамидальных рупоров 0.49, для параболических антенн 0.55.
Коэффициент направленого действия (КНД) антенн D определяется по формуле:

– длина волны, в свою очередь, определяется по формуле:

где C = 2.998 · 10 м/сек.- скорость света в окружающей среде, или скорость распространения элекромагнитных волн [8] ;
f – частота при которой производятся измерения, Гц.
Подставляя формулы (3) и (5) в формулу (4) будем иметь:

, а отсюда:

Подставим теперь формулу (6) в (1), получим формулу для определения плотности потока энергии:

Для приборов М3-90, М3-91, М3-92 основная погрешность измерения мощности становит ± 4...6 % [6]. 
Предельно допустимые уровни для плотности потока энергии приняты начиная с частоты 300 МГц. С формул (4), (6) мы видим, что использование разных антенн не влияет на точность измерений, влияет лишь точность определения их коэффициентов усиления, поэтому с учётом погрешности формула (7) перепишется:

где – истинное значение плотности потока энергии,
– абсолютная погрешность при измерении плотности потока энергии.
В приведенном виде формулу (8) можно записать:

где - приведенная погрешность плотности потока энергии.

При проведении измерений нужно учитывать согласованность и коэффициент затухания в антенно - фидерных устройствах, согласно формуле (2). В [7] описано, что когда КСВ = 1.2, погрешность от несогласования равна ± 3…5 %.
В диапазонах частот 0.03...300 МГц необходимо измерять напряжённость электромагнитного поля. Прибор М3-90 обеспечивает измерение мощности начиная с 0.02 ГГц, поэтому показания прибора необходимо пересчитывать в напряжённость электромагнитного поля. Связь напряжённости электромагнитного поля с его плотностью определяется по формуле:

где E - напряжённость электромагнитного поля, В/м,
– волновое сопротивление свободного пространства, определяется по формуле [3, 4, 8]:

где - магнитная проницаемость, а – диэлектрическая проницаемость свободного пространства, ( 376.8 Ом). 
Подставляя формулу (6) и (11) в (10), а также учитывая к.п.д. N, получим формулу для расчёта напряжённости электромагнитного поля:

Список литературы:
1. Белоцерковский Г. Б. Антенны. Государственное издательство оборонной промышленности, М., 1956.
2. Белоцерковский Г. Б. Основы радиотехники и антенны. ч. II. Антенны. “Советское радио”, М., 1969.
3. Бова М. Т., Лайхман І. Б. Вимірювання параметрів і пристроїв НВЧ. “Вища школа”, К., 1973.
4. Жук М. С., Молочуов Ю. Г. Проектирование антенно - фидерных устройств. “Энергия”, М., 1966.
5. Загальна гігієна. Під редакцією доктора медичних наук Доценка І. І. “Світ”, Л., 1992.
6. Изделия промышленности средств связи. Каталог ’90/91, радиоизмерительные приборы.
7. Методы измерения характеристик антенн СВЧ. Под ред. Цейтлина Н. М. “Радио и связь”, М., 1985.
8. Никольский В. В. Электродинамика и распространение радиоволн. “Наука”, М., 1973.
9. Шандала М. Г., Думанский Ю. Д., Иванов Д. С. Санитарный надзор за источниками електромагнитных излучений в окружаючей среде. “Здоров’я”, К., 1990.

добавлено 18.07.07 01:01:27 | просмотрено 37689 раз