文献综述(或调研报告):
从上世纪 60 年代开始,国外就已经展开了对磁场测试技术的研究。那时主要是一些军工机构为了测量核爆炸之后产生的电磁脉冲而进行研究工作。最开始开发的那部分磁场测量探头时多间隙环,之后开始出现多匝线圈环、屏蔽环形线圈、Moebius环、屏蔽半环形磁场以及自积分式传感器等形式。到了 80 年代,德国和法国研制出并开始使用用于测量交变磁场的磁场探头天线。德国的斯图加特大学研制出了工作频率范围为30Hz-300MHz的磁场测量探头天线 ,该探头可测磁场强度大小范围为 0.8A/m-1.5k A/m;法国的Thomson-csf 公司研制出了工作频率范围为15Hz-300MHz,可测磁场强度0.6A/m-31.6k A/m的电磁场[[1]]。经过不断地改进,90年代中期,该公司又研制并推出了三维电磁场测量探头天线,该探头的工作频率范围拓宽为20Hz一350MHz,同时磁场强度的测量范围也增加到了50v/m一3O0kv/m。之后在该基础之上,他们又开发出了瞬态磁场探头。
在上述时间段里国外很多人致力于磁场探头天线的设计。在1977年,H.Bassen等几个人研制出了低密度磁场探头天线[[2]]。这也算是最为原始的一种磁场探头天线。到了1983年,Gimpeson发明了一款改进型的电磁场天线[[3]]。不久之后,Marsbrun对这个天线的灵敏度和放大器做了详细地分析。到了1989年,Samuel S Osofsky和S. E. Schwan设计出一款频率范围在26GHz-40.5GHz的双环磁场天线[[4]],虽然该天线有很宽的频宽,但是无法测量低频磁场,并不能很好地投入使用。1996年Yingjie Gao和Wolff设计出了平面结构的磁场探头天线[[5]],实现了天线小型化,虽然此天线性能不错,但是制作较为困难。在这些基础之上,经过很多人对天线的不断改进,天线的带宽逐渐变宽,测量精度不断提高。并且随着技术的发展,天线的制作也越来越精细。2003年,Pochanin, G.P., P.V. Kholod 和 T.N. Ogurtsova在IEEE无线信息技术和系统国际会议上提出了一款超宽带天线[[6]]的设计,进一步加宽了天线的工作带宽。2013年,Ong, L.T. 和K.T. Peng在IEEE无线信息技术和系统国际会议论文上介绍了一种用于30 - 90兆赫的甚高频带环形天线设计,向我们提出了测向应用的有源接收环形天线的设计和开发,在论文中他们用基于实验室的一些简单测量技术验证了设计的性能。之后一年,Ccedil;etintaş, M.在精密电磁测量上发表的文章中介绍了天线方向图的测量方法,并举例进行了分析。随着磁场测量天线的不断发展,各种频段各种带宽的天线陆续被设计了出来,这些天线的精度如何,需要被校准,所以近年来越来越多的人致力于天线校准技术的研究。并且各种指标逐渐增加。
在国内,由于之前电磁辐射对人们的健康状况影响并不是特别明显,电磁兼容的矛盾也不突出,所以我们国家对这方面的研究比较晚。上个世纪的八十年代,国家环境保护局标准处制定了电磁辐射护标准,也就是GB8702-88,其中第 1.3 条有这样的规定:防护限值适用频率的范围为 100k Hz-300GHz;另外第2.2.5 条这样规定:当处于频率小于 100MHz 的科学和医学以及工业等辐射设备的附近时,从事该职业的工作者只可以在小于 1.6A/m的磁场条件下连续工作8h。从规定中可以看出,我们国家制定的很多电磁辐射防护的标准还是处于较为落后的位置,特别是其对在中低频段的电磁辐射防护标准中不但没有给出一些具体的说明,这也没有与时俱进近年来,电磁辐射的影响已经引起了大家的高度关注,国内的很多大学和科研单位都慢慢按照自己的需要开展了各自领域内的相关研究,南京航空航天大学开始研究比较早,他们研制了自积分环和微分环磁场测量天线,并进行了实验分析。之后华北电力大学在上世纪90 年代也开始了磁场测量天线的研究,该校的张卫东教师在2003 年研究开发了频率范围在40Hz-100MHz的光纤瞬态磁场传感器[[7]],可以测量的场强范围为1A/m-1100A/m。近几年来,国内很多环天线测量技术相关研究者都取得了不小的进展。2017年,杨明,周金芝提出了一款用于无线传感器的电小环磁场测量天线[[8]],该天线已经非常小型化了。2018年12月,王伟,石跃武等五人在《高压电技术》上发表文章,研制出了用于快前沿磁场脉冲测量的电小环天线[[9]]。当月20日,他们五人又在《电波科学学报》上发表文章,研制出了高空核电磁脉冲磁场的电小环天线设计[[10]]。在环天线的校准领域,国内如今也涌入了大量的研究者,2007年胡白涛、洪力和李渤对环天线做出了简介,并对环天线的校准方法做了介绍,主要介绍了如何对环天线的天线系数进行校准[[11]]。2014年东南大学的高刚、周忠元和景莘慧提出了环天线的校准装置设计方案[[12]],并进行研制,为环天线的校准提供了有力的技术手段。
由于需要测量的磁场类型不同,需要不同的测量探头来满足需求。我国目前研制的磁场探头天线主要是线圈式和霍尔式,核磁共振式和光泵式。但这些设备价格较高且体积较大,所以不能得到普及使用。现在国内并没有民用的小型磁场测量仪产品投入市场。
参考文献
[1]王元坤.浅谈线天线的小型化和宽带化(上)[J].军事通信技术,1983(03):70-84.
[2] 胡荣飞与杨娟, 电小环天线. 中国无线电, 2018(7): 第30-31页.
[3]刘宏, 缺口对环天线的影响. 现代工业经济和信息化, 2018. 8(6): 第15-16,23页.
