EMCEMC 测量单位及换测量单位及换算算

•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 。

• 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；

• 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；

• 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 。

• 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。

注意：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。 )

0

22

0 Z

EHZS

电磁干扰场强的分贝制单位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。

功率的分贝单位功率的分贝单位

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

)p

lg(10A2

1

p

RIR

UP 2

2

2

1

2

1 lg20lg20I

I

U

UA

注意 : 针对的是同一阻抗

定义 : 功率比 P1/P2 的对数值，以分贝（ dB ）为单位。

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

)p

lg(10A2

1

p

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。

dbWP

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

)p

lg(10A2

1

p

3.3. 如果式如果式 )

plg(10A

2

1

p

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

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

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

)(403010lg10 dbmPdbm

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

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

• 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 。

2080140

分贝电压与电压的换算举例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

电流的分贝单位

电流的分贝单位定义

式中， I2 为基准电压。

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 。

即： 100mA=-20dBA=40dBmA=100dBuA

-20

40100

电压、电流由 V 、 A 单位转换成不同分贝单位的换算表

(续 )

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 。

0

22

0 ZE

HZS

•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 20

mW/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。

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。

(3) 用分贝表示电压或场强的误差大小。

例：某干扰场强测量仪的分贝误差为例：某干扰场强测量仪的分贝误差为±1dB±1dB ，对应，对应的百分比误差是多少？的百分比误差是多少？

解：设 x为场强的真值， x1为测量值，则：

20lg 1 20lg 1x x 1

20lg 1x

x 1

lg 0.05x

x

0.05110

x

x 1 21 1

1.1220, 0.8913x x

x x

根据相对误差的定义，有：

1100%

x x

x

11 1.1220100% 100% 12.2%

x x x x

x x

21 0.8913100% 100% 10.87%

x x x x

x x

( 分贝误差为 1dB) ( 分贝误差为 -1dB)

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 。

绝对分贝值的加减问题

分贝单位在实际工程中的应用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。

•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。

• 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。

电磁干扰场强单位间的相互换算电磁干扰场强单位间的相互换算

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。

频率合成信号发生器

频谱分析仪

1 、在电磁干扰测量中

问题的产生：

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。）

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 d

Bn 。

因此， dBm 、 dBp 、 dBn 和 dBuV 之间常要进行换算。

换算公式可知换算公式可知 dBmdBm 、、 dBpdBp 和和 dBndBn 间的间的关系关系

• 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

dBm(dBm( 分贝毫瓦分贝毫瓦 )) 和和 dBuV (dBuV ( 分贝微伏分贝微伏 )) 换换算关系算关系• 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6

uV 10RPU W

因为， dBm 的基准单位为 mW （ 1mW=10-3W ），则

将 P(mW)代入可得：

例 : 用频谱仪测得干扰电压 -87dBm, 它等于多少 dBuV?

-87+107=20dBuV ，即 10uV 。

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

载）