天线电场场强测量过程 匀强电场的场强

天线电场场强测量过程 匀强电场的场强

一、几个概念:

1、电平值,是可以用电流,电压,功率表征,分别以μA(dBμA),μV(dBμV)

mW(dBm)作为单位。

P=UI=U2/R=I2*R(一般R=50Ω)

dBμA=20log(μA)

dBμV=20log(μV)

dBm=10log(mW)

dBμA=73+dBm

dBμV=107+dBm

2、电场强度是空间某点处感应电信号的大小(是客观存在,不以测量仪器的不同而不同),以μV/m或(dBμV/m)作为单位。

3、磁场强度:是以μA/m或(dBμA/m)

电平和场强、电平表和场强仪(频谱分析仪)是有很大区别的。可是在一些场合常被混淆了。

二:测试设备:

频谱分析仪:

频谱仪本身就是测量频谱范围内的信号电平,即可以测得以μA(dBμA),μV(dBμV)和mW(dBm)为单位的电平值。如果加上标准测试天线,在频谱仪上就可测量场强!比较好的频谱仪,它可以将天线系数存在机内,使用时直接显示场强数值μV/m。如果不可存天线系数频谱仪,则需要按下面式(2)代入天线系数进行计算。


三、电平值与电场强度间的转化

电场强度测量示意图(1)

射频电压ER(dBμv):仪表(频谱仪)读取的电平值。当线路匹配良好时,仪表输入端口阻抗一般为50Ω或75Ω。

ER可用下式表示

ER=E+Ga+20lgle-Lf-6---(1)

ER为仪表输入口的读取电平(dBμV);

E为电场强度(dBμV/m);

Ga为接收天线增益(dB)。如果采用半波长偶极天线时Ga=0dB;

le为接收天线有效长度(λ/π);

Lf为接收馈线损耗(dB);

6为从终端接值换算为开放口的校正值(dB)。

而电场强度E(dBμV/m)则可从(1)式求出,即:

E =Er-Ga-20lgle+Lf+6---(2)

现举实例具体说明:设测试频率433.92MHz(λ=0.691m)

则20lgλ/π=20lg0.691/π≈-13.9dB;

接收天线为半波长偶极天线,Ga=0dB;Lf选用衰减10dB/100m型电缆,实用长度3m时衰减为0.3dB;仪表指示电平为15dBμV。

将上列数据代入(2)式时,即得

E =Er-Ga-20lgle+Lf+6

=15-0-(-13.9)+0.3+6=15+13.9+0.3+6=35.2dBμV/m


电磁兼容单位换算

dB = 10 log [P2/P1]

dB = 20 log [V1/V2]

dB = 20 log [I1/I2]

dBm = 10 log [Signal (mW)/1mW]

dBμv = 20 log [Signal(μV)/1μV]

dBμA = 20 log [Signal(μA)/1μA]

dBm = dBw + 30

dBμv = dBv + 120

dBμA = dBA + 120

dBm = dBμv - 107

* RF 系统阻抗为R=50Ω

dBm = dBμA – 73

功率密度

dBw/M2 = 10Log10[V/M- A/M]

dBm/M2 = dBw/M2 +30

常量 30 是1000 按下式换算后的对数值:

10Log10[1000] = 30

电场与功率密度

dBm/M2 = dBμV/M -115.8

Ζo 是自由空间特性阻抗,等于 120π。

电场电压

V/M = 10{[(dBμV/M)-120]/20}

Electric Field Current

dBμA/M = dBμv/M - 51.5

51.5 是自由空间特性阻抗120π的dΒ值: 20Log10[120π] = 51.5

A/M = 10{[(dBμA/M)-120]/20}

天线因子

AFdB = EdB -ErdB

这里:

AF = 天线因子dB/ME =电场强度dBμv/M Er= 天线输出电压dBμv

AF (对于50 Ω) = 20 log f (MHz) -G(dBi) - 29.78 dB. 这里 f 是频率,G 是天线全向增益(dBi).

(E) dBμv/M = (Vo) dBμv + (AF)dB/M

AF 是天线因子。 E是电场强度。 Vo 频谱仪的校准输出。

磁通量密度

dBpT = dBμA/M + 2.0

常量计算如下:

磁通密度 B(T)等于磁场强度H(A/m)除以磁导率μ(H/m)。

对于自由空间,μ0=4π×10-7H/m

将T 转换成 pT 将A/m 转换成mA/m,两边取对数,则:

240 - 120 + 20Log10[4π x 10 -7] = 2.0

1、电场强度E(dBµV/m)=频谱仪校准输出Er(dBµV)+天线因子AF(dB/m)

2、天线因子AF(dB/m):

①天线系数AF(v/M)=场强E(dbuv)/Er接收机 端电压(uv/m)

AF=E(dBuV/m)-Er(dBuv)
②有标准天线并知道其天线系数的天线因子计算为:
场强E(dBuV/m)=频谱仪电平Er(dBuV)+天线系数(K也称天线因子)

如:发射不变,标准天线接收,标准天线因子为K1,频谱仪电平为Er1

改用待测天线接收,频谱仪读数为Er2,求待测天线的天线因子K2?

∵场强E不为因为接收天线的不同而不同,

∴K2=E-Er2

E=Er1+K1
③天线因子AF=频谱仪电平Er(dBuV)-20log天线有效长度(入/3.14)+增益G(半波偶极子增益G=0)-同轴线损耗+6(6为从终接值换算开放口的校正值(dB)。)
④AF=9.73/


对数天线的天线因子与增益:
  

频率(MHz)

天线因子(dB)

增益(dB)

80

3.79

4.49

85

3.77

5.04

90

4.06

5.24

95

4.36

5.41

100

4.53

5.69

110

5.9

5.05

120

6.23

5.57

130

6.86

5.64

140

7.28

5.86

150

7.58

6.16

160

8.53

5.77

170

8.83

6

180

9.25

6.08

190

10.21

5.59

200

10.32

5.92

220

11.09

5.98

240

12.38

5.44

260

12.17

6.35

280

12.87

6.29

300

13.34

6.42

  

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