6、电场测量技术与误差分析

电场测量技术与误差分析

在电场测量领域，准确获取电场参数至关重要。本文将深入探讨电场测量的相关技术、误差来源以及不同类型电场探头的比较。

1. 电场测量设备原理

有一种电场测量设备，其设计包含一个可周期性充电和放电的电容器。这种结构对宽频率范围的电动势（EMF）敏感，尤其对电力线频率的电场敏感。为了限制设备的灵敏度，会选择一个 RC 网络的时间常数等于键控频率。前端放大器作为单位增益放大的匹配放大器，将信号输入到低通滤波器（LF），经过积分后，信号被输送到指示器。该概念已有多个版本被证明有效，其中最复杂的实现包含两个探头，可进行对称测量，但基本原理都是基于设备输入的键控。

2. 测量天线与场源的相互作用

2.1 场源结构对电场测量精度的影响

之前的讨论定义了误差 δ1E 和 δ’2E。δ1E 是 h/λ 比的函数，代表沿天线的相位变化的影响；而 δ’2E 取决于 R0/h 和 α，它表示了天线与源之间的相对距离以及源的结构对测量精度的影响。由于引入公式（4.11）时的简化，计算误差被高估了近两倍。为了更精确地估计，假设沿天线的测量场的相位变化不发生（精度到 δ1E），即公式（4.4）和（4.5）中的 exp(–jkR) 等于 exp(–jkR0)，这意味着测量天线在电气上足够短，天线中感应的电动势沿天线平均。

根据这些假设，定义误差 δ2E 为：
(\delta_{2E}=\frac{e - e’}{e})
其中：
(e = C \int_{R_0 - h}^{R_0 + h} \frac{E_1}{R^{\alpha}} \exp(-jkR) dR)
(e’ = C \f