[科普]怎样测量和评判电磁辐射水平

[科普]怎样测量和评判电磁辐射水平

电磁辐射是非电离辐射，是指电磁波能量的空间传播。关于电磁辐射，有一系列标准规定测试方法和限值要求，包括电磁环境控制和系列电磁兼容（EMC）标准。天华中威科技小编整理本文简述电磁辐射的基本概念、测试方法和基础原理，帮助专业测量人员掌握测试原理和正确的测试评判方法，同时也是对非专业人员的科普。

民用EMC标准主要目的是让电子产品在电磁环境中兼容正常工作（本文不讨论军标系统级EMC和电子战相关内容）；电磁环境控制标准(如GB 8702)是评估电磁环境对人体影响，规定了对人体产生不良影响的电磁辐射水平的最高限值。

电磁波的传播不需要介质，在真空或气体等介质中，以电磁场的方式进行传播。电磁波遇到导体，会有一部分能量转化为电流和电压，天线就是进行这种转化的装置。

测量电磁辐射的传统仪器是场强仪，其本质是配套连接天线的接收机，用频谱仪替代接收机也可以完成电磁辐射测量工作。天线将电磁辐射能量转化为电压，频谱仪、接收机等测量仪器可以测量这种电压，通过已知天线系数，换算成场强等标定电磁辐射的量值。目前常用的这些仪器，通常内置自动单位功能，只要将天线系数导入仪表即可。

电磁辐射量值定义

01 电场强度

标准官方定义：矢量场量 E，其作用在静止的带电粒子上的力等于 E 与粒子电荷的乘积，其单位为伏特每米（V/m）或者牛顿每库仑（N/C）。

白话解释：射频电场方向放置一根理想直导线，1m长度，其两端电压对应电场强度V/m。

02 磁感应强度

标准官方定义：矢量场量B，其作用在具有一定速度的带电粒子上的力等于速度与B矢量积，再与粒子电荷的乘积，其单位为特斯拉（T）。在空气中，磁感应强度等于磁场强度乘以磁导率μ0，即B=μ0H。

白话解释：磁感应强度是垂直于射频磁场方向长1m，电流为1A的理想直导线所受磁场力的大小。

03 磁场强度

标准官方定义：矢量场量 H，在给定点，等于磁感应强度除以磁导率，并减去磁化强度，其单位为安培每米（A/m）。

白话解释：垂直电磁波传播方向方向放置一根1m周长理想环形导线，导线上的电流对应磁场强度A/m。

04 辐射功率密度

标准官方定义：标量场量S，为穿过与电磁波的能量传播方向垂直的面元的功率除以该面元的面积的值，单位为瓦特每平方米（W/m²）。

白话解释：辐射功率密度等于电场强度与磁场强度的乘积W/m²。

电磁辐射测试常用量值和公式

电磁波阻抗

远场Z₀=120π = 377Ω；近场低阻

功率 

mW=10lg(1mW/1mW)=0dBm

电压 

1V=20lg(10^6μV/1μV)=120dBμV

电流 

1A=20lg(10^6μA/1μA)=120dBμA

磁感应强度

T=20lg(10^12pT/1pT)=240dBpT

换算

0dBm=107dBμV

1V=13dBm

1T=7.96E5 A/m

dBpT=-1.98dBμA/m

证明：伏特每米(V/m)=牛顿每库仑(N/C) 

解：

1C=1A·s

1W=1V·A

1J=1W·s=1V·A·s=1V·C

1J=1N·m

所以

1J=1V·C=1N·m

1V/m=1N/C

电磁辐射测量和计算方法

天线系数k(dB/m)，接收机读数U(dBμV)，或者频谱仪读数P(dBm)，Z₀=377Ω

电场强度

E(dBμV/m) = U(dBμV)+k(dB/m)

                   =P(dBm)+k(dB/m)+107

E(V/m) = 10^((E(dBμV/m)-120)/20)

磁场强度

H(dBμA/m)=E/Z₀=E(dBμV/m)-51.5

H(A/m)=10^((H(dBμA/m)-120)/20)

磁感应强度

B(dBpT) = μ₀H = E(dBμV/m)-49.5

B(T) = 10^((B(dBpT)-240)/20)

辐射功率密度

S(dBpW/m²)=E·H=E(dBμV/m)+H(dBμA/m)

S(W/m²)=E(V/m)·H(A/m)

电磁环境控制限值