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EMC 测量单位及换算

EMC 测量单位及换算. 基本掌握： 电磁兼容的基本知识 重点： 电磁兼容的单位及换算 难点： 电磁兼容单位换算及应用. 电磁兼容的单位及换算. 电磁干扰场强的基本单位 : 高频、微波电磁干扰场强有 3 种基本单位： 电场强度 V ／ m 、 磁场强度 A ／ m 、 功率通量密度 W ／ m 2 。. 在测量电场时，若仪器的表头刻度用的是 电场强度 单位： 则用 V ／ m 单位表示； 当干扰场强小于 1V/m 时，可用 mV ／ m 、 uV ／ m 单位；.

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EMC 测量单位及换算

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  1. EMC测量单位及换算

  2. 基本掌握：电磁兼容的基本知识 • 重点：电磁兼容的单位及换算 • 难点：电磁兼容单位换算及应用

  3. 电磁兼容的单位及换算 电磁干扰场强的基本单位: 高频、微波电磁干扰场强有3种基本单位： • 电场强度V／ m、 • 磁场强度A／m、 • 功率通量密度W／m2。

  4. 在测量电场时，若仪器的表头刻度用的是电场强度单位：在测量电场时，若仪器的表头刻度用的是电场强度单位： 则用V／m单位表示； • 当干扰场强小于1V/m时，可用mV／m、uV／m单位；

  5. 当使用环天线、框天线或磁性天线等来测量磁场，且仪器的表头刻度采用磁场强度单位A／m刻度。当使用环天线、框天线或磁性天线等来测量磁场，且仪器的表头刻度采用磁场强度单位A／m刻度。 • 当小于1A／m时，可用mA／m和uA ／ m等单位表示；

  6. 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，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。

  7. 功率通量密度值的单位W2／m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。

  8. 注意： • 在一般情况下，V ／ m、A ／ m和mW／cm2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”。 在自由空间中，z0=120π≈376.7Ω (平面波，即远离发射天线，在自由空间中传播的电磁波。)

  9. 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——分贝(dB)。分贝表示两个参量的倍率关系，通常用来表示变化范围很大的数值关系。

  10. 功率的分贝单位 定义: 功率比P1/P2的对数值，以分贝（dB）为单位。 其中，p1只为某一功率电平； p2为比较的基准功率电平。 由于 因此上述表达式 注意:针对的是同一阻抗

  11. 1.如果以P2=1w作为基准功率， 式的分贝值就表示P1功率相对于1 w的倍率，用符号dBW表示，可以用来作为功率的单位，称为瓦分贝。功率单位W和dBW的关系表示为 式中， 为以dBW作单位的功率电平； Pw为以W作单位的功率电平。

  12. 2. 如果 式中以P2=lmW作为参考基准功率，P1的分贝就用dBm表示，称为毫瓦分贝。dBm和W的关系表示为

  13. 3.如果式 以P2=1μw作为参考基准功率 ,P1的分贝值就用dBμ表示，称为微瓦分贝。dBW、dBm、dBit和W的换算关系表示为

  14. P2还可以nW和pW作为参考基准功率，分别用dBn(纳瓦分贝)和dBp(皮瓦分贝)表示。P2还可以nW和pW作为参考基准功率，分别用dBn(纳瓦分贝)和dBp(皮瓦分贝)表示。 这些单位的定义可用下表说明。 单位定义表

  15. 例如：上表中10W对应的dBm单位功率为40dBm，即10 W=40dBm，它们的换算关系为

  16. 在电磁兼容工程中除了功率用分贝单位表示以外，电压、电流和场强也常用分贝单位表示在电磁兼容工程中除了功率用分贝单位表示以外，电压、电流和场强也常用分贝单位表示

  17. 电压的分贝单位 电压的分贝单位定义为: 式中，V2为基准电压

  18. 电压用V作单位和用dBV、dBm及dBuV作单位的换算关系: 例: 当V=10V，用dBV单位表示，等于 dBV； 用dBmV单位表示，等于 dBmV： 用dBuV单位表示，等于 dBuV。 20 80 140

  19. 分贝电压与电压的换算举例 1、测到一台医用电气设备电源端的干扰电压是1伏，问在其电源端的分贝干扰电平是多少？ VdBµ = 20 lg（VµV/1µV） VdBµ= 20 lg（ 1000000 µV/1µV） = 120 dB µV 2、测到一台医用电气设备电源端的分贝干扰电平是126dBµV，问在其电源端的干扰电压V 是几伏？ VdBµ = 20 lg（VµV/1µV） 126dBµV= 20 lg（VµV/1µV ） V = 1995262 µV ≈ 2 V

  20. 电流的分贝单位 电流的分贝单位定义 式中，I2为基准电压。

  21. 电流用A作单位和用dBA、 dBmA ， dBuA作单位的换算关系： • 例： 有电流I=100mA 用dBA单位表示，等于 dBA； 用dBm单位表示，等于 dBmA； 用dBuA单位表示，等于 dBuA。 -20 40 100 即：100mA=-20dBA=40dBmA=100dBuA

  22. 电压、电流由V、A单位转换成不同分贝单位的换算表电压、电流由V、A单位转换成不同分贝单位的换算表 (续)

  23. 电场强度、磁场强度的分贝单位 • 电场强度E常用微伏每米分贝(dBuV／m)作分贝单位，它是以1uV／m为基准的电场强度分贝数。有时也用dBmV／m，dBV／m为单位，它们的关系为： 1V／m=0dBV／m=60dBmV／m=120 dBuV／m • 磁场强度H分贝单位用安每米分贝(dBA／m)，也可用dBmA／m和dBuA／m。 • 功率密度S的分贝单位常用dBmw／cm2。

  24. 分贝制单位在电磁干扰场强计量测试中的用法有3种：分贝制单位在电磁干扰场强计量测试中的用法有3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：用RAAMA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。 (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。

  25. 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。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。 • 若定义1μV=0dBμV(简写为dBu)，称“分贝微伏” 。 • 若定义场强1μV／m=0dBμV／m(简写为dBμ)，称“分贝微伏／米”。 必须指出，dBμ只对小电压使用较方便,而对大电压则可采用 dBV(分贝伏，1V=0dBV)或dBmV(分贝毫伏，1mV=0dBmV)。 另外，“80dB电压”这种讲法是不恰当的,应是“80dBμ电压”，因为dB是电压比，而不是电压值。

  26. (3)用分贝表示电压或场强的误差大小。

  27. 例：某干扰场强测量仪的分贝误差为±1dB，对应的百分比误差是多少？例：某干扰场强测量仪的分贝误差为±1dB，对应的百分比误差是多少？ 解：设x为场强的真值，x1为测量值，则： (分贝误差为1dB) (分贝误差为-1dB) 根据相对误差的定义，有：

  28. 绝对分贝值的加减问题 在电磁干扰场强的计量测试中，引入分贝制单位后，把乘除变为加减，方便了表达、叙述和运算。但是，有些分贝制单位是不能直接相加减的。 例1：40dBu +40 dBu ≠80 dBu，为什么? 因为 40 dBu=100 uV， 40 dBu+40 dBu=200uV 201g200(uV)=46 dBu≠80 dBu。 例2：0dBu+0 dBu≠0 dBu，为什么? 因为 0 dBu=1mW， 0dBu+0dBu=2mW 101g2=3 dBm≠0dBu。

  29. 分贝单位在实际工程中的应用 例: 假设一个设备在进行辐射发射试验时发现在某个频率有超标发射。经过分析，认为有5个地方可能是泄漏源,于是设计人员开始判断问题，并试图解决。

  30. 首先对其中一个可能的泄漏源进行技术处理，消除泄漏。结果发现超标辐射并没有明显改善。因此认为这个地方不是重要的电磁泄漏点，于是将所采取的技术措施去掉，然后对另一个可能的问题点采取措施，结果仍然不是主要泄漏点，于是去掉所采取的措施。如此反复，往往工作很长时间难以解决问题。首先对其中一个可能的泄漏源进行技术处理，消除泄漏。结果发现超标辐射并没有明显改善。因此认为这个地方不是重要的电磁泄漏点，于是将所采取的技术措施去掉，然后对另一个可能的问题点采取措施，结果仍然不是主要泄漏点，于是去掉所采取的措施。如此反复，往往工作很长时间难以解决问题。

  31. 由于设计人员对分贝的概念没有理解。假设5个可能的泄漏源的泄漏强度是相同的。则将1～5个泄漏源去掉后，辐射改善为：由于设计人员对分贝的概念没有理解。假设5个可能的泄漏源的泄漏强度是相同的。则将1～5个泄漏源去掉后，辐射改善为： • 去掉1个泄漏源：辐射改善=201g[1／(4／5)]=1.9dB • 去掉2个泄漏源：辐射改善=201g[1／(3／5)]=4.4dB • 去掉3个泄漏源：辐射改善=201g[1／(2／5)]=7.9dB • 去掉4个泄漏源：辐射改善=201g[1／(1／5)]=13.9dB • 去掉5个泄漏源：辐射改善=201g[1／(0／5)]= dB • 正确的诊断方法: 处理完的泄漏源，即便改善不明显，也不能拆除，而是保留着，并继续对其他可疑点进行处理。

  32. 电磁干扰场强单位间的相互换算 问题的产生： 频谱分析仪常用功率电平来显示被测信号的强度，也有用电压电平来显示被测信号大小的。频率合成信号发生器常用功率电平来显示所产生的信号强度，也有用电压电平来显示所产生信号大小的。 频谱分析仪 1、在电磁干扰测量中 频率合成信号发生器

  33. 频谱分析仪和频率合成信号发生器常用dBm作为功率电平的单位，常用dBuV作为电压电平的单位。频谱分析仪和频率合成信号发生器常用dBm作为功率电平的单位，常用dBuV作为电压电平的单位。 （两种仪器通常采用50Ω阻抗，亦有采用75 Ω阻抗的，或者兼有50Ω及75Ω阻抗的。）

  34. 2、在电磁兼容标准中 • 干扰电压常用的单位是dBuV， • 干扰场强常用的单位是dBuV／m， • 辐射功率常用的单位是dBp，亦有用dBm和dBn。 因此，dBm、dBp、dBn和dBuV之间常要进行换算。

  35. 换算公式可知dBm、dBp和dBn间的关系 • 因为 1 mW=1×106nW=1×109pW • 所以 0dBm=60dBn=90dBp • N(dBm)=60+N(dBn)=90+N(dBp) 例： 1 dBm=61 dBn=91 dBp 2 dBm=62 dBn=92 dBp 3 dBm=63 dBn=93 dBp 例： -1 dBm=59 dBn=89 dBp -2 dBm=58 dBn=88 dBp -3 dBm=57 dBn=87 dBp

  36. dBm(分贝毫瓦)和dBuV (分贝微伏)换算关系 • 对阻抗为R的信号发生器而言，当其输出功率为P时，可得其端电压输出为 因为，dBm的基准单位为mW（1mW=10-3W），则 将P(mW)代入可得：

  37. 例:用频谱仪测得干扰电压-87dBm,它等于多少dBuV?例:用频谱仪测得干扰电压-87dBm,它等于多少dBuV? -87+107=20dBuV，即10uV。

  38. 作业 1、填空 • （1）dBuv/m是单位？ • （2）0dBm=dBn= dBp • （3） -87dBm=dBuv（50欧姆负载）

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