发布时间：2023-10-11 17:47:13
绪论：一篇引人入胜的电磁辐射的检测，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
1.前言
在进行电磁兼容测试时，根据实际情况会选择不同类型的电磁兼容测试设施，而在不同的测试环境下所得到的测试结果往往会存在一定的误差。但从理论上说，在同一个独立的标准下进行测试，得到的测试结果应该与测试地点无关。也就是说，如果某设备在某个实验室中通过了电磁兼容测试，那么在其它的实验室里它也应该能够通过测试;反之亦然[1-4]。因此根据偶极子模型，对不同测试环境的相关性进行了分析，得出了各测试环境下测试结果的相关系数。
2.不同测试环境的偶极子模型
2.1 自由空间
首先只考虑一个电偶极子在自由空间下的情况，磁偶极子或是电/磁偶极子复合的情况推导过程与电偶极子相同。对于一个位于原点，沿z轴分布，长度为dl，最大电流I0的短电偶极子，它的远场辐射为：
（1）
其中ω为角频率，μ为偶极子所处介质的磁导率，k=2π/λ（λ为波长），（θ，φ，r）为球坐标系。
引入坡印廷矢量，可以得到电偶极子的总辐射功率Po为：
（2）
其中η为介质的固有阻抗（对于空气来说为120πΩ）。
对于辐射发射测试，最大电场强度Emax与几何形状有关。在上面的几何形状中，当θ=π/2时，式（1）会出现最大值，此时：
（3）
带入（2）式，式（3）可以写作：
（4）
式（4）也可写为：
（5）
在最大方向性Dmax时（对于电/磁偶极子分别为3/2），辐射的电场强度和功率Po最大。在实际测试中，Emax是通过天线的输出电压Vmax与天线的系数AF来测量的。此时Vmax=AFEmax，由此我们可以得出：
（6）
定义传播损耗因子PLFS=1/（4πr2），式（6）最终可以写作：
（7）
2.2 半空间
半空间是指在自由空间中加入一个理想的地平面（无限长的完全导体）。在距地平面高度h的地方加入一个电偶极子，同时向水平和垂直方向发射，向其它方向的发射可以看成是这两种情况的叠加。在分析时我们加入一个镜像偶极子，采用直角坐标系，地平面位于x-y平面上，偶极子在z轴上位于+h处，镜像偶极子位于-h处。设偶极子到测量点的距离为r1，镜像偶极子到测量点的距离为r2，测量点到原点的距离为r，测量点到z轴的垂距为ρ。那么远场的最大电场强度为：
（8）
对于电/磁偶极子，Dmax仍为3/2，几何因子gmax可以由下式定义：
（9）
如果ρ的值大大于偶极子和z轴的距离h，那么ρ/ r1≈1，ρ/ r2≈1，r / r1≈1，r / r2≈1，此时gmax可以简化为：
（10）
从式（10）可以看出，在水平和垂直方向上gmax=2，此时k（r1-r2）=π/2或π。这就表明由于地平面的反射，使得最大场强增加了一倍。在大多数情况下，gmax=2是合理的。因此，我们在实际电磁兼容测试中采用半自由空间测试状态时，可以认为gmax=2。此时，处于地平面上的电偶极子的最大测量电压可以近似写为：
（11）
在半自由空间状态下：
PLHS=4/（πr2）
如果需要更精确的计算，那么可取：
PLHS=gmax/（πr2）。
2.3 TEM室
TEM线上的偶极子会和TEM耦合并在测试端产生电压。将这个电压和偶极子的旋转相结合就可以得出偶极子辐射出的总能量。例如，电偶极子的Po为[5]：
（12）
其中Z0为特性阻抗（通常为50Ω），是标准化的场因子，是偶极子和隔板的距离，SV表示偶极子旋转一圈后测量到的输出电压。
如果我们使偶极子向最大耦合处发射，那么测量到的电压最大值为，而且：
（13）
将e0y带入上式，将3/2化为Dmax，那么上式可以化为：
（14）
R为到测试单元的垂矩，在连续的TEM传播线上，r就是偶极子到测量端的距离[6]。等价的天线因子可以写为：
（15）
使用相同的方法，式（14）可以写为：
（16）
2.4 混响室
混响室是在数理统计上来模拟平面波的情况。一束理想的平面波应该是向所有方向发射和极化的，好的混响室就可以很接近这种情况。匹配的无损耗天线接收到的处于谐振腔中的信号源的平均功率<Pr>为[7]：
（17）
其中Q是混响室的质量因子，V是混响室的体积，P0是电偶极子的辐射总功率。
但是由于Q很难确定，而且要考虑天线的损耗，因此式（17）在实际应用中很难计算。因此，确定P0的常规做法是在混响室条件不变的情况下，通过已知的信号源功率Pref来计算Po：
（18）
简化<Pr>，并用平均接收电压来表示式（18）有：
（19）
其中Pr=V2/Zc（Zc是天线测试端的阻抗，通常为50Ω）。我们定义Dmax，RC=1（无方向性），V2max，RC≈< V2 >，AF2RC=sZc/η（s=1m在测试条件中已经给出），而且：
（20）
我们可以得到：
（21）
3.辐射测试在不同的测试条件下的相关系数
式（7）、（11）、（16） 和（21）分别显示了在四种不同的测试条件下（自由空间、半空间、TEM和混响室）测到的偶极子发射电压。假设在每种情况下偶极子的发射功率不变，那么不同测试条件下的相关性可以用下式来描述：
（22）
其中的A和B代表FS、HS、TL和RC的任意两两组合。
式（22）是由电偶极子（Dmax=3/2）的情况推算出的，但上式也适用于磁偶极子（Dmax=3/2）的情况或是实际中的测试设备。如果我们不与混响室相比较，那么待测设备的方向性也可以不考虑。对于混响室来说，Dmax，RC=1，那么与它比较时，其它测试条件下的Dmax必须是已知或可以推断的[8]。
表1 辐射测试在不同测试场地下的相关系数表
综上所述，不同测试条件下的相关系数如表1所示。根据这些相关系数对测试结果进行修正，可以提高测试的精度和可重复性。
参考文献
[1]Sreenivasiah I，Chang D，Ma M.Emission characteristics of electrically small radiating sources from inside a TEM cell.IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility，1989，23（3）：113-121.
[2]Wilson P.On correlating TEM cell and OATS emission measurement.IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility，1995，37（1）：1-16.
[3]Kanda M，Hill D.A three-loop method for determining the radiation characteristics of an electrically small source.IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility，1992，34（1）：1-2.
[4]Holloway C，Wilson P，Koepke G，Candidi M.Total radiated power limits for emission measurements in a reverberation chamber. IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility on Electromagnetic，New York： IEEE Press，2003：838-843.
[5]Electromagnetic Compatibility part 4-testing and measurement techniques section 20：Emission and immunity testing in transverse electromagnetic waveguides.International Electrotechnical Commission Press，2003：13.
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（a）-0178-02
目前基站的电磁辐射计算都是基于电磁辐射体为点源的理论公式，而实际测量结果往往与理论计算结果相差很大。因此，该文基于数学分析方法对移动通信基站电磁辐射实际测量结果进行建模，通过模拟得出的经验公式帮助工程计算。
1 理论计算和实际测量
1.1 理论计算
根据《辐射环境保护管理导则――电磁辐射监测仪器和方法》（HJ/T10.2-1996），功率密度S按照
（1）
其中，S楣β拭芏龋W/m2；取单个项目的贡献管理限值0.08 W/m2。P为天线口功率，W；G为天线增益，倍数；d为离天线直线距离，m。
以某种型号的基站为例，其天线详细参数为：频段935～954 MHz，载频数为4，天线挂高40 m，0°俯角，增益15.5dBi，15W/载频。
根据公式（1），代入相关参数，得到A基站T型号天线的功率密度理论计算值，距离天线2 m、4 m、8 m、12 m、16m、20 m、24 m具体数值分别为（单位：×10-2 W/m2）：671.59、167.90、41.97、18.66、10.49、6.72、4.66。
1.2 实际测量
按照《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》（HJ/T10.2-1996）、《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（试行）及仪器操作规程对A基站T型号天线进行实际测量。
测量时间：上午10：00～11：00；天气：晴好；测量仪器：NBM-550型综合场强仪，探头型号为EF0391，量程为100 kHz～3 GHz，在检定有效期内。距离天线2 m、4 m、8 m、12 m、16 m、20 m、24 m的具体测量结果分别为（单位：×10-2 W/m2）：420.85、123.98、31.84、17.91、13.29、6.88、4.53。
1.3 对比分析
通过对比，可以看出理论计算与实际测量值之间存在巨大差异。这是由于理论计算值是按照天线主瓣方向进行预测，而实际测量时，限于实际情况，测点位置往往不在主瓣范围之内，因此实际测量值与理论预测值相差很大。
随着距离的增大，因为电磁辐射和距离的平方成反比，电磁场能量迅速减弱，因此，距离天线越远，理论预测值与实际测量值越来越接近。
2 数值分析建模
由于工程实际需要，可以用数值分析的方法来模拟建立符合实际测量值的模型，从而解决未测量点的预测问题。
2.1 插值法
由于实际测量结果是趋于收敛的，因此，首先考虑使用插值多项式建模[1]。根据实测数据，采用Newton插值法[2]，利用距离天线2 m、4 m、8 m和12 m，4个点位数据作为节点数据，则根据Newton插值法计算差商，可得模拟多项式N（x）=420.85-148.435（x-2）+20.9（x-2）（x-4）-1.84559375（x-2）（x-4）（x-8）。代入x=20进行检验，则N（20）=-2610.1736，与实际测量值6.88明显不符。
原因分析：由于高次插值的Runge现象，即在零点附近逼近程度较好，在其他地方误差就很大，因此，Newton插值法不适用。
2.2 逼近法
根据实测值和预测值的曲线，采用最佳平方逼近的最小二乘法[3]进行拟合。
根据数据，初步判别可采用y=axb函数建模，其中功率密度为y，与天线的距离为x。将实际测量结果进行转换，y=lny、x=lnx。将由于y=axb两边取自然对数，则y=a0+a1X，因此，其正规方程组为。其中s0，s1Xi，s2Xi2，T0Yi，T1XiTi。
3 对比分析
将该基站的理论预测值、实际测量值和拟合函数算值进行对比，如图1所示。
通过对比，可以很明显地看出，拟合函数算值与实测结果两条曲线基本是重合的，因此，采用最小二乘法对实际测量结果进行建模是可行的。
4 结语
在实际工作中，可以只测量基站一条直线方向4个点位的电磁辐射数值，利用最小二乘法对其进行建模，从而达到掌握该方向上实际电磁辐射分布的目的，这不仅大大减少了工作量，也为进一步探究基站周围电磁场分布提供了一个新思路。
参考文献
环境污染可分为物质流污染和能量流污染两大类。物质流污染物进入环境使大气、水的质量变坏，并进而影响到土壤和食品。能量流污染同样会使环境质量变坏，并进而影响到人体健康。电磁辐射是一种重要的能量流污染。电磁辐射按其来源可分为天然和人工两大类。现在环境中的电磁辐射主要来自人工辐射，天然辐射相对人工电磁辐射可以忽略不计。人工电磁辐射来自广播、电视、雷达发射设施、通信系统、电牵引系统、电器与电子设备及电磁能在工业、科学、医疗中的应用设备。
1电磁辐射影响环境质量的主要污染源
1.1通信系统
随着移动电话用户的增多，移动通信公司必然要建设更多的移动通信发射基站来扩大容量。移动通信基站的建设要求一定的高度，但是城市中的高层建筑物必定是有限的，随着高层建筑物顶部的空间被全部占用，越来越多的基站建在了5、6层高的居民楼顶上。再由于高层空间和选址的限制，有的建筑物上同时建有三家移动通信公司的基站。在泰州市就发现有的建筑物顶上同时建有联通公司、移动通信公司和世纪公司（CDMA）的基站。有的虽然没有建在同一个建筑物上，但是距离也很近，这必然要增加环境中的电磁辐射水平。虽然基站的发射功率并不大，一般只有十几瓦，但是基站的分布密度大，而且是24h连续发射的，有的基站距居民很近，所以移动通信基站对电磁辐射环境质量的贡献是不可忽视的。以泰州市联通移动通信公司为例，泰州市行政区域内共有基站399个，分布在市区的有144个，其中距居民不超过50m的就有38个，据联通公司上报的材料中得知，最近，有的基站就建在居民楼群中，已经引起了当地居民的关注。
1.2 声音、广播、电视发射系统由于接收机（无论是声音还是电视）的数量十分庞大，一个大城市中可能超过千万台。如果采取提高接收机灵敏度（像移动通信那样）的方法保证信号接收，从总体上看是十分不经济的。此外，由于电磁环境中的电磁噪声广泛存在，而声音广播与电视广播的接收带宽又都较宽（如调频广播带宽200kHz，我国PAL―D彩色电视广播带宽6.5MHz），如接收机灵敏度过高，很容易使信噪比降低，影响信号质量。所以在广播中都是采用高发射功率、低接收灵敏度的方案。例如，对于彩色电视接收机，在75Q阻抗输入条件下，图像通道噪波限制灵敏度：VHF频段250IxV，UHF频段350IxV；短波调幅广播接收机为一二百微伏；调频广播接收机为数十微伏（而移动通信接收机的灵敏度高达1IxV左右）。由于以上原因，广播发射机的功率都很大。对于中波、短波声音广播发射台，由于考虑到占地面积大，要求周围无高大建筑，以及电磁环境问题，所以多设置在城市郊区，周围人口密度不大。同时，由于中、短波广播的服务范围很大，也不存在把发射天线设置在市内的需要。由于发射天线所处之地，地广人稀，所以中、短波广播发射台对电磁环境的污染不是主要问题。同样原因，短波通信发射台也与短波广播发射台情况类似。中波一般不用于干线通信。调频声音广播的频段87.5～108MHz，我国电视广播的频率为共分为5个频段。由于在这些频段里，电磁波主要以空间波的形式呈直线传播，并且受高楼等建筑物的遮挡或反射。所以如要求服务范围较大，并且不偏向城市的某一部分，则必需提高发射天线塔的高度，而且天线塔的位置也应选在城市的较中心地区。这些位置周围往往人口稠密，加上发射功率较大，这使得调频、电视发射塔成为城市居民与电磁环境工作者关心的焦点之一。
1.3高压输（变）电系统
由于现在许多高压输电线路已经采用地缆形式，所以这里主要讨论高压变电系统。随着城市的发展建设，许多以前远离居民区的变电站已经被居民楼包围，再由于随着人民生活水平的提高，各种家用电器基本普及，这必然要造成城市用电量的增加，在城市中就要增加高压变电站的建设。而且随着送电压的增加，所造成的工频电磁场强和电磁干扰也越来越严重。值得注意的是我国电力部门已决定，220kV与110kV变电站将逐渐由城市的郊区转移到市区，以降低配电线路的损耗。500kV超高压线路建设规模正在不断扩大，超高压线路正逐渐成为电力系统的主干网络，基于我国人口众多，且人口和负荷都比较集中的国情，500kV线路进入城市近郊的人口密集区已不可避免。以泰州市为例，今年就要在市区新建220kV变电站5座。在郊区新建500kV变电站2座。高压变电站产生电磁辐射主要有电晕放电、绝缘子放电电磁噪声及其周围产生的工频电场。
2电磁辐射环境的防治对策
为了既能合理、有效地使用电磁辐射，又能保护环境，人们在产生或伴有电磁辐射的项目建设过程中应该采取预防为主的政策，建议在城市电磁辐射环境保护中应做好以下工作：
2.1产生或伴有电磁辐射项目建设单位应做好辐射的防护工作。建设单位在达到电磁辐射环境保护标准的前提下，应遵循“可合理达到尽量低”的原则，在建设地点的选择时应考虑尽量远离居民区，在建设工艺和仪器设备的选择等方面尽量减少电磁辐射的产生。
2.2进行有关电磁辐射基本知识和电磁辐射环境保护的宣传工作，使公众正确对待电磁辐射，既使公众认识到电磁辐射在人们日常生活、工作中所起的作用，又使公众能科学、有效地防护电磁辐射，避免公众对电磁辐射产生不必要的误解和恐慌。
2.3严格执行政策法规。严格执行国家规定的电磁辐射污染防治的政策法规是对各类电磁辐射源进行有效管理的前提。环境保护管理部门应严格遵守和执行《电磁辐射防护规定》和《电磁辐射环境保护管理办法》，认真履行建设项目环境保护审批手续，对污染严重、工艺设备落后、资源浪费和生态破坏严重的电磁辐射建设项目与设备，要禁止建设或者购置。
2.4电磁辐射控制技术的应用。应用控制电磁辐射的技术措施是防治电磁辐射污染的重要途径。（1）电磁屏蔽技术。电磁屏蔽技术的应用之一就是对高频电磁场的屏蔽，而且在抗干扰辐射方面，屏蔽是最好的措施。（2）高频接地。高频接地的作用是将屏蔽体（或屏蔽部件）内由于感应生成的射频电流迅速导入大地，使屏蔽体（或屏蔽部件）本身不致再成为射频的二次辐射源，从而保证屏蔽作用的高效率。（3）滤波技术。滤波是抑制电磁干扰的最有效手段之一。线路滤波的作用就是要保证有信号通过，并阻截无用信号通过。（4）植物绿化。一些树木对电磁能量有吸收作用，在电磁场区，大面积种植树木，增加电波在媒介中的传播衰减，从而防止人体受电磁辐射的影响。（5）使用电磁辐射防护材料。在建筑、交通、包装、衣着等很多方面，避免使用增强电磁辐射的材料如金属材料，它会增强电磁辐射作用，因此要合理使用电磁辐射防护材料，利用其对电磁辐射的吸收或反射特性，可大大衰减电磁场场强。
结束语
伴随着电磁技术带给我们巨大收益的同时，电磁辐射也充斥着我们的空间，破坏了良好的电磁生态环境，构成现代社会新的“隐形杀手”。因此对其研究分析，并提出防治对策具有重要的现实意义。
