原创 奥运场馆环境电磁辐射监测系统的研究

在科技飞速发展的现代社会，人们已经进入了一个高度文明的电子信息时代，同时由于现代科技的高速发展，电磁波辐射也是越来越严重。电磁波辐射带来的影响是多方面的，主要表现为干扰或中断通信设备，造成无法收看广播电视等。因此，迫切需要展开电磁辐射环境测试技术的研究。

　　文章介绍的奥运场馆与11万伏地下变电站相距仅55 m，此时的电磁环境非常复杂，尤其在倒闸时会产生较强的电磁感应，其影响的大小无法通过简单的屏蔽解决。场馆建设需要配套的电力系统、广播电视、无线通信、电子设备、运输等组成部分，这些设备以各种形式的电磁波传送着各种信息和图像。为了了解变电站会对场馆内的通信系统和电视转播可能造成怎样的电磁干扰，我们进行了40 Hz～40 GHz的电磁辐射环境监测系统的研究，解决由于变电站或其它电力设备而引起的电磁干扰、电场强度等量值的测试，研究电磁场分布的情况，以保证场馆在无电磁污染的条件下正常运行。

一、研制场馆区电磁环境辐射监测系统

　　监测系统主要由频谱测量系统、数据采集系统、仪器软件系统组成。

　　●频谱测量系统，以频谱分析仪组成的测试系统，主要监测远场场强，自动监测环境电磁波的场强值，天线在场馆中特定位置和方向收集不同方位的电磁波，并通过电缆和光纤传输给频谱分析仪和场强探测器。研究场地的电磁传输原理和途径，从理论上计算变电站的电压值与场馆内的场强关系，利用计算机技术模拟工频磁场和高频电场的场强分布图。

　　●数据采集系统，为了满足检测系统机动灵活、便于携带和移动的特点，采用NI公司的具有并行数据采集能力的GPIB接口板。其分辨率为32位，考虑到电磁辐射的因素和实际需求，计算机和数据卡均满足电磁兼容性能的要求。

　　●仪器软件系统，采用客户机/服务器模式，操作系统为视窗界面下的Visual Basic控制软件，具有自动设置监测设备的工作状态，自动采集数据并生成频谱曲线，数据自动保存到Excel文件中，利于各种操作系统的数据共享。系统的特点是可以实现通信网络所具有的管理特性，例如可以做到并行探测不同频段的数个天线监测的数据，具备可伸缩性、探测频点自动发现、故障报警等，同时现场场强参量自校准。

二、关键技术和研制

　　主要的关键技术有标准喇叭天线的设计和研制、电波暗室的研制和测试、可编程微波电磁环境监测系统，下面分别详细介绍。

　　1.标准喇叭天线的设计和研制

　　目前对高频电磁波辐射测试能力为9 kHz～18 GHz，需要在原有计量测试技术的基础上，购买两个喇叭天线，并开展关键技术研究，将频率扩展到40 GHz。研制建立两个场强计量校准系统装置，即工频磁场校准和高频电磁场校准系统，用于电磁辐射测试仪器和天线的校准，这也是提高测试数据的准确性和可靠性技术的关键。校准原理如图1所示。

 
图1　微波天线校准原理

　　2.电波暗室的研制和测试

　　暗室的建造是微波天线计量标准体系建立过程中的关键技术。设计和研制一个标准微波电波暗室，其尺寸大小为4m×3m×3m，暗室完全由国内的技术和材料来实现，暗室的静区完全满足天线系数的校准需要，其所提供的定标空间为0.3m×0.3m×0.4m，场强电平为：10～100 dBμV/m，不确定度2%，场分布不均匀性小于0.5 dB。可满足微波天线的天线系数、天线增益和方向图的校准。

　　3.可编程微波电磁环境监测系统

　　当微波暗室建成并通过验收，便可进行电磁辐射环境测试仪器和天线的校准，再补充部分仪器来组成电磁环境监测系统。图2是40Hz-40GHz电磁波监测系统的结构简图。

 
图2　电磁波监测系统结构

三、结语

　　文章研究了110 kV变电站电磁辐射(40Hz～40GHz)环境监测系统。系统建成后，可满足电磁环境监测和制造业测试设备的量值溯源需求，确保我国电磁监测参量的量值统一，将电磁辐射环境计量校准水平提高到现代世界发达国家同等水平。

　　由于系统还未进行实地监测，其中的VB软件控制部分还需进一步的调试。