Shematics.net

Вимірювання густини потоку енергії і напруженості електромагнітного поля та метод підвищення точності

Схемы >> Методи >> Вимірювання густини потоку енергії і напруженості електромагнітного поля та метод підвищення точності

---

Вимірювання густини потоку енергії і напруженості електромагнітного поля та метод підвищення точності

О. Капраль

Основою вимірювачів густини потоку енергії і напруженості електромагнітного поля є прилади М3-90, що забезпечує вимірювання потужності НВЧ - енергії в діапазоні частот 0.02...17.85 ГГц, М3-91 - в діапазоні 17.44...25.86 ГГц, М3-92 - в діапазоні 25.86... ...37.5 ГГц. В приладах використовується термоелектричний метод вимірювання, заснований на перетворенні поглинаючої потужності в термоелектрорушійну силу. Границі вимірювання потужностей для всіх приладів лежать в межах 0.1......10 ·10 мкВт [6]. Вимірювання густини потоку енергії проводиться за формулою [1, 2, 5]:

де W – густина потоку енергії, Вт/м;
Р – покази приладу, Вт;
S – ефективна площа вимірювальної антени, м;
N– коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) фідерного тракту, який залежить від матеріалу виготовлення, геометричних розмірів, характеру передачі (провідності) НВЧ – енергії,

Z – затухання в фідерному пристрої, визначається як добуток погонного коефіцієнта затухання Z(f) на його довжину ; 
КСХ – коефіцієнт стоячих хвиль в фідері, або хвилеводі; якщо фідерний пристрій відсутній, то Z = 0, а N = 1. КСХ може визначатися за допомогою коефіцієнта відбиття Гн [3], або відношення імпедансу антени до приймача. Ефективна площа антени визначається за формулою:

де – площа антени, визначається її геометричними розмірами, м;
- коефіцієнт використання площі, залежить від типу використаних антен, синфазності електромагнітного поля. Наприклад, для пірамідальних рупорів 0.49, для параболічних антен 0.55.
Коефіцієнт направленої дії (КНД) антен D визначається за формулою:

– довжина хвилі, в свою чергу, визначається за формулою:

де C = 2.998 · 10 м/сек.- швидкість світла в навколишньому середовищі, або швидкість поширення електромагнітної енергії [8] ;
f – частота на якій проводиться вимірювання, Гц.
Підставивши формули (3) і (5) в формулу (4) будемо мати:

, а звідси:

Підставимо тепер формулу (6) в (1), отримаємо кінцеву формулу для визначення густини потоку енергії:

Для приладів М3-90, М3-91, М3-92 основна похибка вимірювання потужності становить ± 4...6 % [6].
 Гранично допустимі рівні для густини потоку енергії прийняті починаючи з частоти 300 МГц. З формул (4), (6) ми бачимо, що використання різних антен не впливає на точність вимірювань, впливає лише точність визначення їх коефіцієнтів підсилення, тому з врахуванням похибок формула (7) перепишеться:

де – істинне значення густини потоку енергії,
– абсолютна похибка під час вимірювання густини потоку енергії.
В приведеному вигляді формулу (8) можна записати:

де - приведена похибка густини потоку енергії.

Підчас проведення вимірювань потрібно враховувати узгодження і коефіцієнт затухання в антено – фідерних пристроях, згідно формули (2). В [7] описано, що коли КСХ = 1.2, похибка від неузгодження дорівнює ± 3…5 %
В діапазонах частот 0.03...300 МГц необхідно вимірювати напруженість електромагнітного поля. Прилад М3-90 забезпечує вимірювання потужності починаючи з 0.02 ГГц, тому покази приладу потрібно перераховувати в напруженість електромагнітного поля. Зв’язок напруженості електромагнітного поля з його густиною визначається за формулою:

де E - напруженість електромагнітного поля, В/м,
– хвильовий опір вільного простору, визначається з формули [3, 4, 8]:

де - магнітна проникність, а – діелектрична проникність вільного простору, ( 376.8 Ом). Підставивши формулу (6) і (11) в (10), а також враховуючи к.к.д. N, отримаємо формулу для розрахунку напруженості електромагнітного поля:

Список літератури:
1. Белоцерковский Г. Б. Антенны. Государственное издательство оборонной промышленности, М., 1956.
2. Белоцерковский Г. Б. Основы радиотехники и антенны. ч. II. Антенны. “Советское радио”, М., 1969.
3. Бова М. Т., Лайхман І. Б. Вимірювання параметрів і пристроїв НВЧ. “Вища школа”, К., 1973.
4. Жук М. С., Молочуов Ю. Г. Проектирование антенно - фидерных устройств. “Энергия”, М., 1966.
5. Загальна гігієна. Під редакцією доктора медичних наук Доценка І. І. “Світ”, Л., 1992.
6. Изделия промышленности средств связи. Каталог ’90/91, радиоизмерительные приборы.
7. Методы измерения характеристик антенн СВЧ. Под ред. Цейтлина Н. М. “Радио и связь”, М., 1985.
8. Никольский В. В. Электродинамика и распространение радиоволн. “Наука”, М., 1973.
9. Шандала М. Г., Думанский Ю. Д., Иванов Д. С. Санитарный надзор за источниками електромагнитных излучений в окружаючей среде. “Здоров’я”, К., 1990.

добавлено 18.07.07 01:01:27 | проглянуто 14240 раз