电磁干扰场强单位及其换算
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1 电磁干扰场强单位及其换算 中国计量科学研究院 杨盛祥 北京成功信息处理有限公司 杨秀薇 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 摘要 电磁干扰场强单位及其换算，是广大电磁兼容工作者经常遇到的、关切的问题之一。电磁干扰场强既有电场强度、磁场强度和功率通量密度等基本单位，又有分贝制导出单位。在某些情况下，单位之间还可相互换算。本文将就这些单位的使用及换算作一简要的介绍。
一、电磁干扰场强的基本单位 高频、微波电磁干扰场强有三种基本单位：电场强度V／m、磁场强度A／m和功率通量密度w／m2。 在测量电场时，若仪器的表头刻度用的是电场强度单位时，则用V／m单位表示之。所测干扰场强小于1V／m时，可用mV／m、V／m单位。 当使用环天线、框天线或磁性天线等来测量磁场，且仪器的表头刻度按磁场强度单位A／m刻度时，则可用A／m、mA／m、A／m等单位表示之。 当电磁场频率高至微波段时，由于对电场、磁场的单独测量在技术上有一定困难；或者功率密度测量比电场、磁场测量要方便，所以可采用功率通量密度测量。功率通量密度的单位为W／m2。国外生产的全向宽带场强仪、辐射危险计，因其工作频率范围极宽，从260kHz～26GHz，故测试电路
中实现2E、2H较为方便。因此，大多采用功率通量密度测量，并以mW／cm2为表头刻度单位。 场强仪测得的功率通量密度值是Poynting矢量模的时间平均值，亦代表电磁场的强度。它的单位W／m2和电场强度单位V／m、磁场强度单位A／m同为电磁干扰场强的基本单位。它们的地位是等同的。
二、电磁干扰场强单位间的相互换算 在一般情况下，V／m、A／m和mV／cm之间不能相互换算。只有在被测场为平面波情况下，三者间才能相互换算。否则，只能“等效换算”。 何谓平面波？凡远离发射天线，在自由空间中传播的电磁波，皆为平面波。 根据电磁场理论，在平面波情况下，
0220Z
EHZS (1)
在自由空间中，Z0=120π≈ 376.7Ω 代入上式后可得： SE7.376 (2)
式中，E单位为V／m，s单位为mW／cm2。 值得指出的是：通常A、B波段（10kHz～30MHz）的干扰场强测量仪（例如德国R／S公司的ESH3、日本Anritu公司的ML428B）使用环形天线进行测量。虽然环形天线只对磁场分量起作用， 2
但在自由空间中，由于E＝Z0H（称等效电场分量），故表头可用等效电场分量刻度。但对近区场而言，电场E和磁场H并无确定的比例关系。可能E很大，H很小，也可能H很大，E很小，需视场源情况而定。此时，公式(1)～(2)已不成立，充其量只能“等效换算”，仅供参考而已。
三、电磁干扰场强的分贝制单位 在电磁干扰场强的测试中，往往会遇到量值相差非常悬殊(甚至达千百万倍的信号)。为了便于表达、叙述和运算（变乘除为加减），常采用对数单位——分贝(dB)。 分贝(dB)是表征两个功率电平比值的单位，即
12lg10PPA (3)
鉴于RIRUP22 ，因此上述表达式 2121lg20lg20IIUUA (4) 亦被接受为dB的定义，但这针对的是同一阻抗。 分贝制单位在电磁干扰场强计量测试中的用法有如下三种： 1．表示信号传输系统中任意两点间功率（或电压）的相对大小，或空间某两点电磁干扰场强的相对大小。
例1．RR3A型干扰场强测量仪。当其输入端接入20dB固定衰减器，则其测量范围扩大20dB。这表示仪器输入电平前后相差20dB。
例2．用RAHAM4A型全向宽带场强仪测量空间A点的功率通量密度为20mW／cm2：，测量空间B点的功率通量密度为20μW／cm2，则A、B两点功率通量密度相差30dB。
例3．有20m长电缆一根，馈入1000MHz高频信号电压100mV，测其输出电压只有5mV，则该电缆在1000MHz频率点上损耗为6dB。
2．在指定参考电平(电压或电场强度)时，可用分贝表示电压或电场强度的绝对值。此参考电平通称为零电平。 在干扰、场强测量仪的检定测试中，常常对测量接收机施加高频标准小电压，以检定其端电压测量精度。定义1μV＝0dBμv（简写为dBμ），此即“分贝微伏”的由来。 同样，定义场强1μV／m＝0dBμV／m（简写为dBμ），称“分贝微伏／米”。 尚须指出，dBμ只对小电压使用较方便，而对大电压则可采用 V（分贝伏，1V＝0dBV）；或dBmV（分贝毫伏，1mV＝0dBmV）。另外，“80dB电压”这种称谓是不恰当的。确切的说法应是“80dBμ电压”，因为dB是电压比，而不是电压值。 表l.给出电场强度与dBμV／m的对应关系。
表1. 电场强度与dBμV／m的对应关系 E(μV／m) 100 101 102 103 104 105 106 107 dBμ 0 20 40 60 80 100 120 140
例4．说某干扰电压值为86dBμ，何意？ 答，86dBμ是80和6这两个数字之和而80dB、6dB的对应电压比为104、2。故有l04×2＝2× 3
104＝20×103。因此，86dBμ即为20mV。 例5．说某场强仪的量程是6～126dBμV，何意？ 答：该场强仪的量程上限是2×106μV／m，或2V／m。量程下限为2× 100μV／m，即2μV。
3．用分贝表示电压或场强的误差大小。 例6．某场强标准装置的不确定度为±1dB，对应的百分误差是多少7 答：不确定度±dB意味着百分误差为＋12.2％、－10.87％。
例7．某干扰场强测量仪的不确定度为±3dB，对应百分误差是多少？ 答：＋41.25％，－29.2％。
表2.为电场强度分贝误差与百分误差对照表。供大家引用参考。 表2. 电场强度分贝——百分误差对照表 分贝误差 dB 百分误差 ％ 分贝误差 dB 百分误差 ％ 0.1 1.16 －0.1 －1.14 0.2 2.32 －0.2 －2.27 0.3 3.51 －0.3 －3.39 0.4 4.71 －0.4 －4.50 0.5 5.93 －0.5 －5.59 0.6 7.15 －0.6 －6.67 0.7 8.39 －0.7 －7.74 0.8 9.65 －0.8 －8.14 0.9 10.92 －0.9 －9.84 1.0 12.20 －1.0 －10.87 1.5 18.85 －1.5 －15.86 2.0 25.89 －2.0 －20.56 2.5 33.35 －2.5 －25.01 3.0 41.25 －3.0 －29.20 3.5 49.62 －3.5 －33.16 4.0 58.49 －4.0 －36.90
四、dBm与dBμ的换算 近年来，频谱仪在电磁干扰测量中使用日见广泛。美国hP8568B电磁干扰测量仪、日本Auritsu公司生产的MS260lA电磁干扰测量仪和德国R／S的ESA－1型EMI测量仪等都是以频谱仪为主机附加其他功能发展而成的。其电压显示单位多为dBm，亦有用dBμ的。另外，从国外引进的合成信号发生器中，有的只标有dBm单位(如Fluke6060B)。dBm和dBμ如何换算呢？ 1．dBm的定义。dBm是dBmW的简写，称为“分贝毫瓦”。 1mW＝0dBm (5) 上式是以1mW功率电平为参考基准的绝对功率值。正的dBm表示大于1mW功率，负的dBm表示小于1mW的功率。由此可见，采用dBm既可表示很小的功率，亦可表示很大的功率。 4
PdBm＝10lgPmw (6) 例8 功率信号发生器XG26，最小输出功率10-8mW，最大输出功率27W。请换算成dBm。 答：最小输出功率为－60dBm，最大输出功率为＋44.3dBm。 实践中，有时还可遇到dBW(分贝瓦)这个单位。其定义为： PdBm＝10lgPw (7) 1W＝0dBW (8) 它是以1W为参考电平的绝对功率值。大于1W为正dBW，小于1W为负dBW。 显然
0 dBW＝30dBm (9) 2．dBm与dBμ的换算 对50Ω源阻抗的信号发生器而言，当其输出功率为1mW(0dBm)时，其端电压输出应为
61050PU
V (10)
代入P＝1mw＝10-3W，可得UμV： 63101050VU
＝223606.7978
其dBμ值为 UdBμ＝20lg223606.7978＝106.9897≈107
例9.用频谱仪测得干扰电压为－87dBm，它等于多少？ 答： －87＋107＝20dBμ， 即10μV。
五、绝对分贝的加减问题 应当指出，在电磁干扰场强的计量测试中，引入分贝制单位后，把乘除变为加减，大大方便了表达、叙述和运算。但是，有些分贝制单位是不能直接相加减的，这并不是因为什么相位关系。下面举例说明：
例1. 40dBμ＋40 dBμ≠80dBμ，为什么? 答： 40dBμ＝100μV，40dBμ＋40 dBμ＝200μV。 20lg200(μV)＝46 dBμ。
例2. 0dBμ＋0 dBμ≠0dBμ，为什么? 答： 0dBμ＝1mW， 0dBμ＋0 dBμ＝2mW 10lg2＝3dBm。
