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摘 要

随着电子通信技术的快速发展，电磁辐射污染也日益严重，日常生活中的人们时刻都暴露在电磁场的辐射中，电磁辐射在干扰其周围电子仪器正常运转的同时也会影响暴露在其环境下的人们的身体健康，因此电磁污染已经成为评价环境质量的重要指标。在电磁兼容领域中，为简单、准确、高效的进行电磁辐射测量以判定其是否满足相关标准，电场探头得到了广泛的应用。

本文分别对单极子天线和偶极子天线进行了仿真分析，通过改变其结构参数，分析各个参数的变化对天线性能的影响，根据仿真结果确定天线的最佳尺寸参数。之后对单极子场强探头电路部分进行了设计和调试，电路部分主要由电源电路、阻抗变换电路以及小信号放大电路组成，并最终制作出单极子电场探头。电路调试结果表明整个电路系统的3dB带宽尚未完全达到1GHz，其中对带宽限制较大的器件为FET运算放大器。

利用GTEM室对制作完成的场强探头进行10kHz到1GHz的频域校准，校准结果得到所研制出的电场探头性能如下：200MHz以下电场测量范围为2mV/m-28V/m，动态范围达83dB；200MHz以上电场测量范围为2mV/m-5V/m，动态范围达68dB；3dB带宽为30MHz-750MHz。

关键词：电磁辐射，电场探头，3dB带宽，频域校准

Abstract

With the rapid development of electronic communication technology, electromagnetic radiation pollution has become increasingly serious. People in daily life are exposed to the electromagnetic field radiation at all times. Electromagnetic radiation will not only interfere with the normal operation of the surrounding electronic devices but also affect the health of people exposured to its environment.So electromagnetic pollution has become an important indicator to evaluate the quality of the environment. In the field of electromagnetic compatibility, electric field probes have been widely used for simple, accurate, and efficient electromagnetic radiation measurements to determine whether they meet the relevant standards.

In this paper, the monopole antenna and the dipole antenna are simulated and analyzed respectively. By changing the structure parameters, the influence of the change of each parameter on the performance of the antenna is analyzed, and the optimal size parameters of the antenna are determined according to the simulation results. After that, the monopole field strength probe circuit part was designed and debugged. The circuit part was mainly composed of power supply circuit, impedance conversion circuit and small-signal amplifying circuit, and a monopole electric field probe was finally produced. The circuit debugging results show that the 3dB bandwidth of the entire circuit system has not fully reached 1GHz, and the device with a large bandwidth limitation is an FET operational amplifier.

The frequency field calibration of the fabricated electric field probe was performed using a GTEM room at 10 kHz to 1 GHz. The calibration results showed that the developed electric field probe performance was as follows: The electric field measurement range below 200 MHz was 2 mV/m-48 V/m, and the dynamic range was 83 dB; The electric field measurement range above 200 MHz is 2mV/m-8.4V/m, the dynamic range is up to 68dB; The 3dB bandwidth is 30MHz-750MHz.

KEY WORDS: electromagnetic radiation,electric field probe,3dB bandwidth,frequency domain calibration

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 电磁辐射测量 2

1.3 研究现状 2

1.4 本文结构安排 3

第二章 场强探头天线 5

2.1 偶极子天线 5

2.1.1 偶极子天线基本构造 5

2.1.2 偶极子天线工作原理 6

2.1.3 偶极子天线仿真 8

2.2 单极子天线 14

2.2.1 单极子天线原理 14

2.2.2 单极子天线总体方案设计 16

2.2.3 单极子天线仿真 16

第三章 场强探头电路设计 20

3.1 阻抗变换电路设计 20

3.2 放大电路设计 21

3.2.1 信号放大器的分类 21

3.2.2 信号放大器的技术指标 21

3.2.3 信号放大器的选择及电路设计 22

3.3 电源电路设计 24

第四章 电路调试 25

4.1 场强探头电路板制作 25

4.2 阻抗变换电路调试 27

4.3 放大电路调试 28

4.4 整个电路联合调试 29

第五章 天线校准和性能测试 31

5.1 实验仪器及布置 31

5.2 实验步骤 32

5.3 校准结果及分析 32

第六章 总结与展望 35

6.1 总结 35

6.2 不足与展望 35

致 谢 36

参考文献 37

附录 38

绪论

研究背景

自发现之日至今，电磁波对人类社会的影响越来越重大。电磁波给现代社会带来的巨大便利不言而喻，但同时，日益严重的电磁污染和危害也随之产生。电磁辐射污染正在随着现代通信技术，尤其是无线电波的不断发展和应用的同时不断增加，电磁场的辐射正时刻笼罩着人们的日常生活环境，虽然平时我们无法用肉眼观察到这种隐秘无踪却又实际存在的物质，但是它真切的存在于我们每个人的身边，并且影响着我们周围的生存环境。较弱的电磁波一般不会对它周围的环境产生较大的影响，但是当电磁辐射强度超过一定限值后，它对于周围环境的危害将显著上升。而今在评价环境质量时，电磁污染已经成为的重要的参考指标。目前，继大气污染、水质污染和噪声三大环境污染之后，电磁辐射污染已经逐渐成为影响当前生态环境的第四大污染^[1]。现代医学研究证明高电磁辐射会影响到其环境下人们身体健康，使人体的血液等组织发生改变，严重时甚至会产生癌变。

电磁辐射污染在严重时对人体健康和电子设备都会产生极大的不良影响。如使电子电器设备运转失常，也就无法发挥应有的功能，严重时甚至会产生意想不到的生产事故。正是由于电磁辐射污染相关的一系列不利情况的发生，使得科研工作者们对电磁辐射污染等相关问题的关注度的不断升高，对它的理解随着研究的进行越来越深化。现在不仅仅是电子设备的制造商，就连普通的消费者都已经开始留意到日常使用的电子设备所带来的电磁辐射方面与随之相关的问题。国际上电磁兼容领域的相关民用标准以及军用标准也随着越来越多人们的关注，都在不断提出、实施和完善。

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