基于数字示波器的环境电磁波测试方法研究

论文摘要

在国防高功率微波武器研究中,所产生的高能微波脉冲具有功率高,脉宽窄,占空比低等特点,由于其脉冲峰值很高,因此会对人体和设备造成严重危害。目前,场强测量主要集中在频域范围内,没有时域场强标准,而现有的频域方法无法完成对该类脉冲信号的测量,超低占空比的瞬态窄脉冲电磁波测量是我国环境电磁波测量研究和评价中的一个空白。本论文从超低占空比的窄脉冲环境电磁波测量和环境评价的需求出发,分析了现有标准对这类信号测量和评价时存在的不足,设计并实现了一套基于数字示波器的时域场强测量系统,主要用于测量环境中距离辐射源在不同距离上瞬态脉冲信号的电场强度,并利用现行有效的标准作为判定依据,做出是否对人体造成危害的判断。在对该系统进行理论分析和实验验证中,以连续波为激励信号,与现行标准规定的非选频式宽带辐射测量仪器(PMM8053B电磁辐射分析仪)和选频式辐射测量仪器(ESI40测量接收机)测量结果比较,证明基于数字示波器的测量系统测量结果与这两套系统有很好的一致性。完成了窗函数对傅里叶变换的影响分析,并对宽带信号的复合场强利用不同算法完成数值模拟,研究出了一种适合计算调制脉冲信号复合场强的计算方法：峰值算术和法。在分析宽带信号中各分频信号功率与总信号功率的关系时,得出宽带信号总电压为各分频信号电压线性和,与仿真结果一致；并且数字示波器测量系统不受占空比的影响,其实验结果与仿真结果取得了较好的一致性,比现行标准规定的两套测量系统更加适用于调制脉冲信号复合场强测量。另外,本文还对该系统测量电场强度结果的不确定度进行了评定,其扩展不确定度为2.8 dB。在实验过程中用到了一些环境电磁波测量和电磁辐射防护的相关标准,随着实验的深入发现了这些国标中在一些关键内容上含义模糊,而且不同标准之间存在内容不统一的现象,对这些问题提出一些改进的观点和建议,对复合场强的计算、脉冲场强限值、远近场等内容进行了较为详细的讨论。希望能为以后的标准修订工作提供帮助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 电磁辐射的分类
• 1.1.2 电磁辐射的危害
• 1.2 国内外研究历史及现状
• 1.2.1 电磁辐射防护限值
• 1.2.2 国内外电磁辐射标准概述
• 1.3 课题必要性及意义
• 1.4 课题介绍
• 1.5 论文各章节的主要内容
• 第二章 环境电磁波测量方法、原理及相关标准比较
• 2.1 环境电磁波测量理论
• 2.1.1 电磁波传输理论
• 2.1.2 环境电磁波的测量方法
• 2.2 环境电磁波测量仪器原理
• 2.2.1 选频式辐射测量仪
• 2.2.2 非选频式宽带辐射测量仪
• 2.3 环境电磁辐射评价标准
• 2.3.1 "环保标准",—《电磁辐射防护规定》（GB 8702—88）
• 2.3.2 《辐射环境保护管理导则--电磁辐射监测仪器和方法》（HJ/T 10.2—1996）
• 2.3.3 "卫生标准"—《环境电磁波卫生标准》（GB 9175—88）
• 2.3.4 小结
• 2.4 信号分析与处理
• 2.4.1 傅里叶变换与频谱分析
• 2.4.2 几种常用的窗函数
• 2.5 小结
• 第三章 环境电磁波场强计算方法的数值模拟及分析
• 3.1 复合场强计算方法的数值模拟
• 3.1.1 不同占空比对几种复合场强计算方法影响的数值模拟
• 3.1.2 不同脉宽对几种复合场强计算方法影响的数值模拟
• 3.1.3 小结
• 3.2 加窗数值模拟
• 3.2.1 正弦信号
• 3.2.2 矩形窗
• 3.2.3 汉宁窗
• 3.2.4 海明窗
• 3.2.5 布莱克曼窗
• 3.3 小结
• 第四章 三套环境电磁波测量系统的研究
• 4.1 宽带信号功率分析
• 4.1.1 双音信号实验结果
• 4.1.2 AM信号实验结果
• 4.1.3 FM信号实验结果
• 4.2 三套测量系统原理及框图
• 4.2.1 PMM8053B电磁辐射分析仪系统
• 4.2.2 基于测量接收机的环境电磁波测量系统
• 4.2.3 基于数字示波器的环境电磁波测量系统
• 4.3 三套环境电磁波测量系统的测量比较
• 4.3.1 判定实验
• 4.3.2 影响实验
• 4.4 实验验证和总结
• 4.4.1 低占空比调制脉冲信号的采集与处理
• 4.4.2 单次调制脉冲信号的采集和处理
• 4.5 小结
• 第五章 基于数字示波器的环境电磁波测量结果的不确定度分析
• 5.1 概述
• 5.2 数学模型
• 5.3 输入量的标准不确定度评定
• 5.3.1 输入量V的不确定度评定
• 5.3.2 输入量L的不确定度评定
• 5.3.3 输入量F的不确定度评定
• 5.3.4 标准不确定度E的评定
• 5.4 合成标准不确定度的确定
• 5.4.1 灵敏系数
• 5.4.2 标准不确定度汇总表
• rel（E）的计算'>5.4.3 合成相对标准不确定度u_rel（E）的计算
• 5.4.4 扩展不确定度的评定
• 5.4.5 测量不确定度的报告与表示
• 第六章 对现行环境电磁波相关标准的讨论
• 6.1 相关防护限值要求
• 6.2 对相关标准复合场强计算方法的分析讨论
• 6.2.1 对GB 8702—88相关内容的分析讨论
• 6.2.2 GB 9175-88 对相关内容的规定
• 6.2.3 HJ/T 10.2—1996对相关内容的规定
• 6.2.4 其他相关规定
• 6.3 导出限值的频率范围与仪器使用的矛盾
• 6.4 对脉冲场强计算及限值讨论
• 6.5 远场与近场的考虑
• 6.6 长期潜在的影响
• 6.7 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 创新点
• 7.3 需要进一步研究的内容
• 参考文献
• 致谢
• 附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录Ⅱ 攻读硕士学位期间参加的学术活动