电磁干扰场强单位及其换算

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。现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、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，
(1)
在自由空间中，Z0=120π≈ 376.7Ω 代入上式后可得：
　(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，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），常采用对数单位磁卡门禁机——分贝(dB)。
分贝(dB)是表征两个功率电平比值的单位，即
　 (3)
鉴于　，因此上述表达式? (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、RR3A3d打印玻纤型干扰场强测量仪。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。琥珀酸二辛酯磺酸钠

表1.　电场强度与dc-hsdpadBμV／m的对应关系

usb转换

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＝2×104＝20×103。因此，86dBμ即为20mV。
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表示大于葡萄架势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。
PdBm＝10lgPmw (6)

例5、? 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
? 　(10)
　代入P＝1mw＝10-3W，可得UμV：
＝223606.7978
　其dBμ值为
　UdBμ＝20lg223606.7978＝106.9897≈107