Перевод мкВт/см2 в В/м

[Михаил Я]

Добрый день!
Прибор П3-34 в диапазоне частот от 300 МГц до 18 ГГц измеряет плотность потока энергии (мкВт/см2). Возможно ли перевести измеренные значения мкВт/см2 в В/м (напряженность электрического поля)?

[НТМ-Защита]

Добрый день!

Возможно ли перевести измеренные значения мкВт/см² в В/м (напряженность электрического поля)?

Да, такой перевод возможен!

Обратимся к документу: "МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 4.3.1167-02. Определение плотности потока энергии электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 300 МГц-300 ГГц".

Методические указания содержат изложение методики мониторинга окружающей среды вблизи антенн радиосредств, работающих в различных участках диапазона частот 300 МГц-300 ГГц, по электромагнитному фактору. Являются государственным методическим документом для определения санитарно-защитных зон и зон ограничения застройки, а также для прогнозирования уровней электромагнитного поля при выборе мест размещения радиосредств.
Передатчик создаёт излучение, которое в том месте, где расположена приёмная антенна, описывается напряжённостью поля E и соответствующей плотностью потока мощности П. Величины E и П считаются заданными, поскольку они определяются свойствами передатчика и условиями прохождения радиоволн к приёмнику, но не свойствами приёмника; достаточно задавать одну из них, скажем, П, и тогда другая определяется из общего соотношения:
, где эффективное сопротивление вакуума Ro = 377 Ом.
Следует иметь в виду, однако, что величина П здесь это не мощность передатчика, а мощность, отдаваемая его антенной в согласованную с ней нагрузку - т.е. это мощность, поступающая на согласованный вход приёмника.
Свойства приёмной антенны, очевидно, могут зависеть от частоты, так что и принимаемая ею мощность П будет зависеть от частоты. Это проявляется через зависимость эффективной площади приёмной антенны Sэфф от длины волны λ. Если для простоты не выписывать безразмерные множители, то грубо, (по порядку величины) для простых случаев теория даёт приближённую оценку: .
Ответ на вопрос – почему эффективная площадь приёмной антенны определяется величиной λ², не очевиден, вкратце он сводится к следующему:
Сначала заметим, что легко оценить эдс U, наводимую полем E в приемной антенне, помножив E на эффективную длину антенны L (для грубой оценки можно считать L равной, например, длине провода, если антенна это короткий провод): U = E·L
Здесь предполагается, что L << λ, т.е. размеры антенны малы по сравнению с длиной волны. Именно в этом случае можно считать, что величина E - одна и та же по всей длине L, и поэтому можно умножать E на L. Если же антенна большая, то в разных её участках поле E неодинаковое, оно наводит в разных участках антенны эдс с разными фазами; тогда расчёт резко усложнится, U будет как-то зависеть от длины волны, и окажется, что оценка станет неверной. Но в случаях с короткой антенной (L << λ) величину U = E·L можем считать не зависящей от λ; это и предполагаем далее.

Предположим также, что приёмные свойства антенны характеризуются активным сопротивлением R, а входное сопротивление приёмника ему равно. Тогда можем оценить мощность, поступающую из антенны на вход приёмника, формулой:

Применим "принцип взаимности", который, грубо говоря, утверждает, что "приёмные и передающие свойства антенны одинаковы". А именно: положим, что R можно оценить по формуле сопротивления излучения Rизл, как если бы приёмная антенна была передающей. Для грубой же оценки Rизл возьмём по порядку величины широко известную формулу Rизл короткого диполя длиной L (она уже много раз везде обсуждалась, снова её выводить здесь не стоит):
, где Ro = 377 Ом.
Подставив это Rизл на место R, видим, что величина L сокращается, а величина λ² появляется, и поэтому получается равенство:

Таким образом, приближённо (т.е. без безразмерных численных коэффициентов, которыми мы везде для простоты пренебрегли) получился ответ:
Sэфф = λ².
Подчеркнем, что в этом выводе учтена согласованность антенны со входом приёмника (у нас это выразилось равенством входного сопротивления приёмника R сопротивлению излучения приемной антенны Rизл). Поскольку этим условием обеспечивается наибольшая передача мощности из приемной антенны в приёмник, то приведенные формулы дают оценку максимальной мощности, отбираемой приёмной системой от электромагнитной волны, распространяющейся в месте расположения приёмной антенны.
Эти рассуждения приведены в Разд. 2 Методики МУК 4.3.1167-02 , в котором определяются методы расчета величины П - плотности потока энергии (ППЭ) ЭМП, причем во всех соотношениях она приводится в единицах мкВт/см². Там же приводится соотношение между П и величиной электрического поля Е, рассчитываемого в единицах В/м (см. напр. ф-лу (2.36) и ее обсуждение).
Итогом является формула:
, где Е - напряженность электрического поля в единицах В/м; П - плотность потока энергии электромагнитного поля в единицах мкВт/см²
Измерения, выполненные в реальных условиях, показывают, что излучаемая ППЭ от сотового телефона вблизи головы близка к допустимой норме.

Г. Федорович