11、电磁场近场测量与探头方向图合成及测量精度限制因素

电磁场近场测量与探头方向图合成及测量精度限制因素

1. 电场探头单极子长度分析

在近场电磁测量中，对于电场探头的设计，单极子的长度是一个重要参数。分析表明，单极子 4 的长度（$h_4$）有特定要求。由于单极子 1 - 3 在环形天线的静电屏蔽中发挥作用，不能假设它们无限薄。为了获得电场探头的球形方向图，需要将单极子 4 的长度扩大两倍或更多，根据屏蔽尺寸，$h_4 = h (0.5 ÷ 0.75)$。这些考虑虽然近似且不完全，但有助于理解和评估市场上的技术解决方案。

2. 三个相互垂直偶极子组成的探头

为了获得全向方向图，可以使用三个相互垂直的天线，并将它们的输出电压平方后求和。考虑一个由三个相同且相互垂直的偶极子（a、b 和 c）组成的系统，放置在笛卡尔坐标系中，受到椭圆极化的单色平面波照射。其电场分量可表示为：
$E_{x,y,z} = A \sin \Omega t + B \cos \Omega t \cos \omega t + C \cos \Omega t \sin \omega t$

2.1 矢量求和

矢量求和是将三个偶极子的输出电动势（emf）平方后求和，同时保留相位信息，不进行额外的滤波操作以避免限制测量频带。当考虑准椭圆极化时，输出电压是三个 emf 平方和，公式复杂。为简化，假设测量场为准球形极化（$A = B = C$），经过简单修改后，emf 平方和可表示为：
$V = h^2 A^2 \left[\sin^2 \Omega t \left(\cos^2 (\hat{1}_x, \hat{1}_a) + \cos^2 (\hat{1}_x, \hat{1}_b) + \cos^2 (