电磁波检测讲解

1、电磁波检测黄艺王涛谢智勇 摘要当今无线通讯技术迅猛发展, 如何对变电所及输电线与移动电话基地台所产生的电磁场强度进行评估, 便成为一个重要的工作。通过分析电磁波特征, 论述了对这些电磁波辐射设施所产生的电磁场强度检测的方法。关键词电磁波; 辐射; 电磁场强度1引言意大利的马可尼在1895年成功以自制火花放电发报机在实验室里传送无线脉波, 从此便正式开启了无线通讯的时代。短短几十年, 无线电波随即被大量的应用在广播及军事用途。提出电磁场强度检测的新方法, 通过实验得出日常生活周边几乎无所不在的电视、广播、通讯等电磁辐射, 由于其能量远低于人体可承受的程度, 一般不致对人体造成伤害。2实验部分电磁

2、波是电磁场的一种运动形态。使用电磁场强度计, 对日常生活周边电磁波进行测量, 测量方式与传统方式的不同是本文的创新之处, 合理选择测量点, 并排除干扰, 得到最佳测量结果。2. 1试剂与仪器选择电磁场强度计时依测量环境与对象不同应考虑的条件, 此处采用TES-1390 /1391 /1392型电磁场强度测试仪(高斯计) (深圳京联泰科公司), 应用三轴全向性电磁场感测头搭配电磁场强度显示器为检测仪器。2. 2实验方法2. 2. 1方法概要广播电台、无线电视台、移动电话基地台环仪境中电磁波检测方法, 主要采用三轴全向性电磁场感测头搭配电磁场强度显示器为检测仪器, 测量结果与非游离辐射环境建议值比

3、较, 若超过环境建议值则采用天线与频谱分析(接收机)组成测量系统进行测量及确认。2. 2. 2测量方法避免接触电台或基地台附近之金属导体电台或基地台通常包含有使用高电压之设备、必须小。( 1) 测量点选择依据电台或基地台之种类, 将测量点之选择分为3类:调幅(AM )广播电台:测量区域之最大半径定为发射信号之1 /4波长, 为约在45m 至150m 之范围, 圆形区域内选择四个正交轴线为测量线, 如图1所示, 于每一测量线上划出等间隔的测量点, 自最小测量半径至最大测量半径区域内定出5点。调频(FM )广播电台、无线电视台:扇形区域, 取其发射天线最大增益的-3dB 张角(半功率波束宽)。测量

4、区域之最大半径则定为50m。选定测量区域后, 在扇形区域中以天线最大增益方向为中央测量线, 在中央测量线两侧扇形区域内再各取一测量线, 以此三条轴线为测量线, 于每一测量线上划出等间隔的测量点, 自最小测量半径至最大测量半径区域内定出5点为测量点。移动电话基地台图1移动电话基地台测量点室外移动电话基地台(包括铁塔型)所使用天线为具有方向性的阵列天线, 其辐射场为扇形场型, 水平方位角的半功率波束宽大多在65左右, 最宽者约将近90, 所发射能量主要在此角度方向内辐射。扇形区域取其发射天线最大增益的3dB 张角(半功率波束宽), 最大半径为20m(水平距离), 如图1所示:室外移动电话基地台测量

5、点选定由于移动电话基地台所辐射信号为900 /1800 /2000MH z 频段, 波长约为0. 16 至0. 30m, 因此在测量点的选定上要较为密集, 需分下列情况:a. 测量区域面积在20平方米以内时, 在区域内以每边长约一米为单位, 定出方格线, 在每一方格线交点上(无障碍物且人员可达处)进行测量。b. 测量区域面积在20至100平方米以内时, 在区域内以每边长约二米为单位, 定出方格线, 在每一方格线交点上(无障碍物且人员可达处)进行测量。c. 测量区域面积大于100平方米时, 在区域内以每边长约三米为单位, 定出方格线, 在每一方格线交点上(无障碍物且人员可达处)进行测量。d. 测

6、量基地台周边在上述测量范围/测量点以外的其他位置, 包括楼顶一般人员可达之处及住家/办公室内等。室内移动电话基地台测量区域范围的选定架设在室内墙面或柱子上, 其场型与室外移动电话基地台所使用天线类似。架设在室内天花板上之天线, 所辐射之电磁能量涵盖范围主要为天线正下方, 前后左右各75之圆形区域。在圆形区域内选择两个正交轴线为测量线, 进行测量时, 以距离地板高度2m 为测量高度, 在每一测量线上进行连续的移动扫瞄测量。( 2)测量方式在测量时必须由距发射天线最远的测量点往天线方向移动逐点进行测量, 以避免危及人员与仪器的安全。任何测量电磁场强度计之感测头或天线皆必须距离金属物体或墙面0. 2

7、m 以上。3282 光谱实验室第30 卷AM 广播电台a. 由全向性电磁场强度计为测量仪器, 以最大值测量模式, 于每一测量点进行距地面高度0. 2至2m 的连续扫瞄, 扫瞄时间不得小于10s, 记录最大值为测量结果。此测量须分别使用电场感测头及磁场感测头对电场及磁场分别进行测量。b. 对任一测量点倘若最大值高于环境建议值, 则须在此测量点上找出最大值发生位置, 并于该位置持续测量6m in, 取其6m in平均值, 确认该值是否超出环境建议值。c. 倘若以全向性电磁场强度计6m in平均值之测量结果仍高于环境建议值, 得以天线与频谱分析仪组成之测量系统在此测量点上进行三轴向的场强测量, 取其

8、6m in最大值, 并以三轴测量结果取其和方根值, 以确认此辐射电磁场是否均由该发射电台所产生。选用适当之天线分别对电场与磁场进行测量。(近场: 天线周围一个波长内的区域, 其中电场与磁场的关联并不按自由空间的特性阻抗)调频(FM )广播电台与室外移动电话基地台全向性电磁场强度计可为电场或磁场感测头, 其余程序同AM。现场测量亦可直接使用天线与频谱分析仪组成测量系统依据测量点选择的规定, 进行初步扫瞄找出最大值, 再以天线与频谱分析仪组成测量系统, 在该测量点上对各发射频率进行三轴向的场强测量 1, 取其6m in最大值, 并以三轴测量结果取其和方根值, 以决定是否超过环境建议值; 如果该值超

9、过环境建议值则需重新再检视其他各测量点并计算之, 以决定是否超过环境建议值。3结果与讨论测量结果纪录内容至少需包括测量地点、当时温湿度、测量人员、发射功率与频率、各频率相对应的环境建议值、测量仪器厂牌型号、测量位置与射源相对位置图示等。当使用天线与频谱分析仪组成测量系统测量, 得多个强度发射讯号时, 取其前6个最大强度讯号(每一讯号皆须进行三轴测量并取其和方根值), 每一讯号皆计算其功率密度值(或电场强度或磁场强度)再以下列公式计算,结果小于1, 则判定未超过环境建议值; 大于1, 则判定超过环境建议值, 必须采取必要的安全措施。其计算公式为:3. 1电场强度位准计算方法E 0( dBV /m

10、 )= P( dBm )+ 107( dB)+ A F( dB1 /m )+ CL ( dB )式中: E0 电场强度, P 频谱分析仪测得功率读值, 107( dB ) 电压值( dBV )与功率值( dBm )在50欧姆阻抗系统中的转换系数, A F 天线因子; CL 电缆损耗。3. 2磁场强度位准计算方法以环形天线及频谱分析仪进行测量时, 磁场强度位准可依下列公式计算而得:H ( dBA /m )= P( dBm ) - 13( dB)+ A FH ( dBA /Vm )+ CL ( dB )式中: H 磁场强度; P 频谱分析仪测得功率读值; - 13( dB ) 电压值( dBV )

11、与功率值( dBm )在50M 阻抗系统中的转换系数; A FH 环形天线之磁场天线因子; CL 电磁场强度相关单位之换算方式为:E0(dBV /m )= 20 logE 1(V /m )E2(V /m )= E 1(V /m ) /106P(mW /cm2 )= E 2(V /m ) 2 /( 10 Zo)= E 2(V /m ) 2 /3770式中: E 1 以V /m 单位表示的电场强度值; 2 以V /m 单位表示的电场强度值; P 以mW /cm2单位表示的电磁场功率密度值; Zo 自由空间波阻抗, 约等于377。第 6期 黄 艺等: 电磁波检测 3283。使得测量电磁波时有标准检测

12、方法依循, 对于发射电台是否可能于附近区域产生过量的电磁场及进行实测时, 对测量区域评估有相当的参考价值。4结论由于电磁波能提供大众无所不在的便捷通讯功能, 因此也使得移动电话基地台或变电所等电力设施如雨后春笋般的设立, 目前对于电磁波是否有害人体, 在医学上的论证亦尚无定论。通过测量电磁波时有标准检测方法依循, 对于发射电台是否可能于附近区域产生过量的电磁场及进行实测时, 对测量区域评估有相当的参考价值。参考文献1 程惠生. 电磁波发射源之检测技术说明介绍及实务操作M . 第3版. 北京: 科学出版社, 2008. 56 58.Detection of The Electromagnetic

13、WaveHUANG Y iWANG T aoXIE Zh i-Y ong(N anchang B u sine ss Col leg e, J iang x i Ag r icu lturalU n iv ersity, N anchang 330044, P. R. C hina )AbstractW ire less commun ications techno log y is deve loping fast, H ow to ev aluate thee lectrom agnet ic f ield in tensity o f substat ion and transm iss

14、ion line and m ob ile phone base sta tions,becom e an im po rtan t task. By analy zing the e lectrom agnet ic w ave characteristics, it w as d iscussedabout them ethod o f electrom agnetic field in tensity de tection from the e lectrom agnet ic facilities.KeywordsE lect rom ag ne ticW ave; Rad iation; E lectrom agnet ic F ield In tensity光谱实验室30年( 1984- 2013)歇业回顾1高效、保质、宽容的办刊特色;2出版宗旨只有一个: 交流学术;3主编要名副其实, 既要“主”也要“编”; 不赞成挂名主编和挂名编委;4坚持自负盈亏是科技学术刊物改革的关键;5