非選頻式寬帶電磁輻射測量儀和選頻式電磁輻射分析儀的異同

越來越多的電子、通信設(shè)備的投入使用，使得各種頻率的不同能量的電磁波充斥著地球的每一個角落乃至更加廣闊的宇宙空間，電磁波作用于人體時，一部分被人體吸收，被吸收的電磁波能量達到一定強度時就會使人體發(fā)熱，超過一定限度人體就會出現(xiàn)高溫生理反應(yīng)，從而有害人的健康。

電磁輻射對人的影響程度與輻射強度、頻率、作用時間、環(huán)境等因素有關(guān)，輻射強度越大、作用于人體的時間越長、頻率越高，影響就越大。一定程度的電磁輻射對人體的傷害已成定論，是危害人類健康的大敵。因此,電磁輻射環(huán)境問題已受到普遍關(guān)注。世界衛(wèi)生組織把電磁輻射污染列為繼水、氣、聲之后的第四大污染。人類環(huán)境會議也已將其列為環(huán)境保護項目之一。 世界各國都十分重視越來越復(fù)雜的電磁環(huán)境及其造成的影響，電磁環(huán)境保護已經(jīng)成為一個迅速發(fā)展的新學(xué)科領(lǐng)域，為了保護環(huán)境,保護人類健康,保障信息安全，必須對電磁輻射加以防護，電磁輻射污染的防護已經(jīng)刻不容緩。

我國在電磁輻射防護方面制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，它們包括如下：

1)     工頻電磁場強度安全標(biāo)準(zhǔn)

l  GB 8702-88：電磁輻射防護規(guī)定

l  GB 9175-88：環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

l  GB 16203-1996：作業(yè)場所工頻電場衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

l  GBZ/T 189.3-2007：工作場所物理因素測量（第3部分：工頻電場）

l  《高壓電力線路、變電站的工頻電場、磁場曝露限值》

l  HJ/T 10.2-1996：輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則、電磁輻射檢測儀器和方法

l  HJ/T 10.3-1996：輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則、電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)

l  HJ/T24-1998：500KV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術(shù)規(guī)范

2)     射頻電磁輻射環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)：

l  GB 8702-88：電磁輻射防護規(guī)定

l  GB 9175-88：環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

l  GBZ/T 189.1-2007：工作場所物理因素測量（第1部分：超高頻電磁場）

l  GBZ/T 189.2-2007：工作場所物理因素測量（第2部分：高頻電磁場）

l  GBZ/T 189.5-2007：工作場所物理因素測量（第5部分：微波輻射）

l  GB/T 6113.1：無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范

l  HJ/T 10.2-1996：輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則、電磁輻射檢測儀器和方法

l  HJ/T 10.3-1996：輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則、電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)

電磁輻射的測量按測量場所分為作業(yè)環(huán)境、特定公眾暴露環(huán)境、一般公眾暴露環(huán)境測量。按測量參數(shù)分為電場強度、磁場強度和電磁場功率通量密度等的測量。對于不同的測量應(yīng)選用不同類型的儀器，以期獲取的測量結(jié)果。

測量儀器根據(jù)測量目的分為非選頻式寬帶輻射測量儀和選頻式輻射測量儀。無論是非選頻式寬帶輻射測量儀還是選頻式輻射測量儀，基本構(gòu)造都是由天線（傳感器）及主機系統(tǒng)兩部分組成的。

在國家標(biāo)準(zhǔn)中，推薦優(yōu)先使用非選頻式寬帶輻射測量儀器對整個電磁環(huán)境安全進行綜合檢測，使用非選頻式寬帶輻射測量儀器檢測時，若當(dāng)前檢測結(jié)果超出管理限值，還應(yīng)使用選頻式輻射測量儀對單點位進行選頻測試，測定該點位在測試范圍內(nèi)的電磁輻射功率密度（電場強度）值，判斷主要輻射源的貢獻量。

1.     非選頻式寬帶輻射測量儀（綜合場強儀）

l  工作原理

非選頻式寬帶輻射測量儀是指具有各向同性響應(yīng)或有方向性探頭（天線）的寬帶輻射測量儀。儀器監(jiān)測值為儀器頻率范圍內(nèi)所有頻率點上場強的綜合值，應(yīng)用于寬頻段電磁輻射的監(jiān)測。

非選頻式寬帶輻射測量儀可以選擇電場探頭或磁場探頭。

l  探頭類型

1)     偶極子和檢波二極管組成探頭

這類儀器由三個正交的2~10cm長的偶極子天線，端接肖特基檢波二極管、RC濾波器組成。檢波后的直流電流經(jīng)高阻傳輸線或光纜送入數(shù)據(jù)處理和顯示電路。

通常這類儀器探頭響應(yīng)快，動態(tài)范圍大，但由于作為天線的偶極子的長度應(yīng)遠小于被測頻率的半波長，以避免在被測頻率下諧振。這一特性決定了這類儀器只能在低于幾吉赫頻率范圍使用，不過隨著儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，近年也有廠家能將頻率范圍擴展到四十吉赫頻率，甚至更高范圍。

2)     熱電偶型探頭

采取三條相互垂直的熱電偶結(jié)點陣作電場測量探頭，提供了和熱電偶元件切線方向場強平方成正比的直流輸出，待測場強與極化無關(guān)，保證了探頭有極寬的頻帶，容易做到的頻率，但探頭響應(yīng)和動態(tài)范圍要相對差一些。 

3)     磁場探頭

由三個相互正交環(huán)天線和二極管、RC濾波元件、高阻線組成，從而保證其全向性和頻率響應(yīng)。

l  非選頻式寬帶輻射測量儀對性能的要求

使用非選頻式寬帶輻射測量儀實施環(huán)境監(jiān)測時，為了確保環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量，應(yīng)對這類儀器電性能提出基本要求：

l  各向同性誤差≤±2dB

l  系統(tǒng)頻率響應(yīng)不均勻度≤±3dB

l  靈敏度：探頭的下檢出限應(yīng)當(dāng)優(yōu)于0.7×10^-3W/m²（0.5 V/m），

上檢出限應(yīng)優(yōu)于25 W/m²（100 V/m）

l  校準(zhǔn)精度：±0.5dB

2.     選頻式輻射測量儀（頻譜儀或測試接收機）

這類儀器用于環(huán)境中低電平電場強度、電磁兼容、電磁干擾測量。除場強儀（或稱干擾場強儀）外，可用接收天線和頻譜儀或測試接收機組成的測量系統(tǒng)經(jīng)校準(zhǔn)后，用于環(huán)境電磁輻射測量。 

l  工作原理

選頻的意思是只選擇某些頻率進行測量，只讓很小的頻率范圍的信號進來，濾除其余頻率的信號。選頻式測量儀器的靈敏度較非選頻式的高很多。

根據(jù)所測量信號頻譜的不同，選頻式射頻輻射測量儀器也按檢波方式分為兩大類，一類采用峰值檢波，測量廣播電視及通信等較窄的輻射源；另一類采用準(zhǔn)峰值檢波，測量火花放電等頻譜范圍很寬的電磁脈沖源。

電視場強儀，遠區(qū)場強儀，一般具備峰值檢波方式。干擾場強儀，測量接收機，一般具備準(zhǔn)峰值檢波方式。頻譜分析儀，峰值檢波及準(zhǔn)峰值檢波二者均有。

除常見的場強儀和頻譜分析儀可以用于環(huán)境電磁輻射的測量外，其它儀器種類還有較多，凡是用于EMC（電磁兼容）、EMI（電磁干擾）目的的測試接收機都可用于環(huán)境電磁輻射監(jiān)測。其它專用的環(huán)境電磁輻射監(jiān)測儀器，也可以組成測量裝置實施環(huán)境監(jiān)測。

l  選頻式輻射測量儀的天線種類

作為測量用的天線，其參數(shù)主要是天線系數(shù)，應(yīng)具有高的精確度。對于選頻式測量儀表，測量頻率是變化的，對同一根天線，天線系數(shù)隨頻率而變。

常見的選頻式輻射測量儀的天線有如下幾種：

1)     半波天線

半波天線為全長等于所測量電磁波波長一半的對稱振子天線，用于米波段電場測量。測量頻帶窄，實際上不常用作測量天線。

2)     環(huán)天線

環(huán)天線為30MHz以下的磁場測量天線，磁場測量必須用環(huán)天線，環(huán)面積內(nèi)磁通量的變化將在環(huán)線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。電壓大小正比于環(huán)面積、環(huán)線圈匝數(shù)、待測磁場強度及頻率。

3)     雙錐天線

20-300MHz頻段的電場測量天線。為半波天線的改進型。

4)     對數(shù)周期天線

5)     單極（鞭狀、桿）天線

6)     其他還有喇叭天線和超寬帶復(fù)合式天線

l  選頻式輻射測量儀對性能的要求

使用選頻式輻射測量儀實施環(huán)境監(jiān)測時，為了確保環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量，應(yīng)對這類儀器電性能提出基本要求：

l  各向同性誤差≤±2.5dB

l  測量誤差≤±3dB

l  靈敏度：探頭的下檢出限應(yīng)當(dāng)優(yōu)于0.7×10^-3W/m²（0.5 V/m），

上檢出限應(yīng)優(yōu)于25 W/m²（100 V/m）

l  頻率誤差：小于被測頻率的10^-3數(shù)量級

3.       工頻電磁場強度測量儀器

中國電力工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)頻率定為50赫茲，在電力系統(tǒng)正常的情況下，供電頻率的允許誤差為：電網(wǎng)裝機容量在300萬及以上的，為±0.2Hz;電網(wǎng)裝機容量在300萬以下的，為±0.5Hz。在電力系統(tǒng)非正常狀況下，供電頻率允許誤差不應(yīng)超過±1.0Hz 。因此，50赫又被稱為工頻。

工頻電磁場強度測量儀就是指專用于測量50Hz的工頻電力系統(tǒng)的電場強度跟磁場強度的設(shè)備,包括變電站、輸變電系統(tǒng)、高壓電力線等，不論它們的工作電壓是多高，它們的工作頻率均是50赫茲的工頻，

工頻測量探頭由兩個導(dǎo)體半球組成偶極子，沿赤道平面相互絕緣。目前儀器探頭有方向性的和全向的兩種。由于工頻的頻率低，所以工頻測量探頭一般不叫天線。

l  工頻電場和工頻磁場的定義

工頻電場是一種隨50Hz頻率交變的準(zhǔn)靜態(tài)場，它的一些效應(yīng)可以用靜電場的一般概念來分析。這些場都是由電荷產(chǎn)生的，就高壓裝置來說，當(dāng)導(dǎo)線帶電時，電荷分布在架空導(dǎo)線的表面，所以換句話說，電壓產(chǎn)生了電場。

工頻磁場也是一個準(zhǔn)靜態(tài)場，這種準(zhǔn)靜態(tài)性質(zhì)允許把電場和磁場分別進行討論，而不會互相影響。輸電線路的工頻磁場僅由電流產(chǎn)生，把安培定律應(yīng)用于載流導(dǎo)線，并將計算結(jié)果疊加，就可得出線路周圍的磁場強度。

工頻電場和磁場的測量必須使用專用的探頭或工頻電場和磁場測量儀器。工頻電場測量儀器和工頻磁場測量儀器可以是單獨的探頭，也可以是將兩者合成的儀器。但無論那種型式的儀器，必須經(jīng)計量部門檢定，且在檢定有效期內(nèi)。

編輯：廣州科技有限公司

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