Vì Sao Đo Bức Xạ Radar Bằng Đầu Dò Trường Đi-ốt Khó Hơn Đo Tín Hiệu Liên Tục

Thiết bị đo RF cầm tay với đầu dò trường đẳng hướng là giải pháp thực tiễn hơn nhiều so với máy phân tích phổ và ăng-ten khi cần đo nhanh mức bức xạ radar, cho hai mục đích: xác định cường độ tín hiệu (chức năng) và đánh giá mức phơi nhiễm điện từ với con người (an toàn).

Ưu điểm của kỹ thuật đầu dò trường là điện trường hoặc từ trường được đo độc lập với phân cực và hướng lan truyền, gần như không làm sai lệch kết quả. Nhưng tín hiệu radar là tín hiệu xung, nên trước khi đọc giá trị RMS, cần phân tích đặc tính xung của tín hiệu, nếu không kết quả đo sẽ sai.

Đặc Tính Tín Hiệu Xung Trong Đo Bức Xạ Radar

Tín hiệu radar có hệ số đỉnh (crest factor) rất cao, tức chênh lệch lớn giữa giá trị đỉnh (peak) và giá trị RMS. Ba tham số đặc trưng quyết định phép đo:

• Độ rộng xung (Pulse width)
• Chu kỳ xung (Pulse period)
• Giá trị đỉnh (Peak value)

 

Từ đó tính ra:

• Chu kỳ làm việc: DC = PulseWidth / PulsePeriod
• Tần số lặp xung: PRF = 1 / PulsePeriod

Theo hướng dẫn ICNIRP về giới hạn phơi nhiễm trường điện từ biến thiên theo thời gian, phép đo bức xạ radar cần đánh giá cả giá trị RMS lẫn giá trị đỉnh. Giá trị đỉnh có thể suy ra từ giá trị RMS và chu kỳ làm việc bằng công thức Peak = RMS / căn bậc hai của DC.

Sai Số Của Cảm Biến Đi-ốt Khi Đo Bức Xạ Radar

Đây là phần kỹ thuật cốt lõi khi đo bức xạ radar bằng đầu dò trường đi-ốt. Cảm biến đi-ốt trong đầu dò điện trường có đặc tính làm việc khác nhau theo cường độ trường: ở mức trường thấp, đáp ứng theo hàm bậc hai (đúng tuyến tính công suất); ở mức trường cao, đáp ứng chuyển sang tuyến tính điện áp.

Vì tín hiệu radar có hệ số đỉnh cao, giá trị đỉnh của xung rất lớn, đẩy cảm biến đi-ốt ra khỏi vùng đáp ứng bậc hai. Khi đó, giá trị RMS đọc được từ thiết bị sẽ bị sai lệch nếu không hiệu chỉnh.

Wavecontrol đã thử nghiệm và công bố hệ số hiệu chỉnh (tính bằng dB) cho hai đầu dò WPF18 (300 kHz - 18 GHz) và WPF40 (20 MHz - 40 GHz), theo các cặp giá trị chu kỳ làm việc và tần số lặp xung:

Với các giá trị trung gian ngoài bảng, có thể nội suy để đạt độ chính xác cao hơn. Đối với các ứng dụng đặc thù, TECOTEC có thể hỗ trợ kết nối với Wavecontrol để thực hiện thử nghiệm hiệu chỉnh riêng.

Độ sai lệch RMS đối với các chu kỳ làm việc và tần số lặp xung khác nhau, sử dụng đầu dò WPF18

Độ sai lệch RMS đối với các chu kỳ làm việc và tần số lặp xung khác nhau, sử dụng đầu dò WPF40

Ví dụ tính hệ số hiệu chỉnh khi đo bức xạ radar

Dùng đầu dò WPF40 đo tín hiệu xung có chu kỳ làm việc 1/1000, tần số lặp xung 1 kHz. Giá trị hiển thị trên màn hình là 10 V/m. Tra đồ thị hiệu chỉnh của WPF40 tại 10 V/m, hệ số hiệu chỉnh xấp xỉ 2,4 dB. Áp dụng công thức hiệu chỉnh, giá trị RMS thực tế là 13,18 V/m, tức chênh lệch hơn 30% so với giá trị hiển thị chưa hiệu chỉnh. Đây chính là lý do bỏ qua bước hiệu chỉnh khiến kết quả đo bức xạ radar sai lệch đáng kể.

Đo Bức Xạ Radar Quét: Bài Toán Thời Gian Tích Phân

Radar quét quay 360 độ để phát hiện vật thể xung quanh, nhưng tại mỗi thời điểm chỉ phát xạ vào một góc nhất định. Điều này kéo theo hai hệ quả khi đo bức xạ radar quét:

• Thời gian đo được công suất phát xạ rất ngắn.
• Con người hoặc vật thể chỉ phơi nhiễm tín hiệu radar trong khoảng thời gian radar quét đến đúng vị trí đó.

Thiết bị đo băng rộng thông thường có thời gian tích phân 300-400 ms, lớn hơn nhiều thời gian radar chiếu xạ vào một điểm, nên không đo được chính xác mức phát xạ thực tế.

Suy hao tín hiệu radar gây ra bởi thời gian tích phân của đầu dò

Chức năng Max Fast RMS 4ms giải quyết bài toán này như thế nào

Thiết bị Wavecontrol SMP2 kết hợp đầu dò WPF18 hoặc WPF40 có chức năng Max Fast RMS với thời gian tích phân chỉ 4 ms, kết hợp chế độ Max Hold, cho phép ghi nhận đúng mức phát xạ radar trong khoảng thời gian chiếu xạ mà không cần dừng radar hay dùng thiết bị đắt tiền hơn.

Khi đánh giá phơi nhiễm con người theo ICNIRP, giá trị RMS phải tính trung bình trong 6 phút (bao gồm cả thời gian đo nền môi trường giữa các lần quét), đồng thời giá trị đỉnh trong thời gian xung không được vượt quá 1.000 lần giá trị tham chiếu ICNIRP. Giá trị đỉnh có thể suy ra từ giá trị RMS đo bằng Max Fast RMS theo công thức peak = RMS / căn bậc hai DC.

Hiệu chỉnh khi tốc độ quét gần bằng thời gian tích phân đầu dò

Nếu thời gian radar chiếu xạ vào một điểm lớn hơn thời gian tích phân của đầu dò (4 ms với WPF18/WPF40), kết quả đo chính xác, không cần hiệu chỉnh thêm. Nhưng nếu radar quay nhanh tương đương hoặc nhanh hơn thời gian tích phân, cần bù suy hao bằng hệ số hiệu chỉnh dựa trên:

• t_exp = (BW / 360°) × t_rot, trong điều kiện trường xa
• BW: độ rộng búp sóng (3 dB)
• t_rot: thời gian quay hết một vòng (giây)
• t_int: thời gian tích phân của đầu dò (4 ms với WPF18 và WPF40)

Lựa Chọn Giải Pháp Đo Bức Xạ Radar Phù Hợp

Đo bức xạ radar bằng đầu dò trường đi-ốt là phương pháp thực tế và nhanh cho cả mục đích kiểm tra chức năng lẫn đánh giá an toàn phơi nhiễm điện từ, nhưng đòi hỏi hiểu đúng ba yếu tố: đặc tính phi tuyến của cảm biến đi-ốt ở mức trường cao, hệ số hiệu chỉnh RMS theo chu kỳ làm việc và tần số lặp xung, và giới hạn thời gian tích phân khi đo radar quét.

TECOTEC Group phân phối chính hãng thiết bị đo trường điện từ Wavecontrol SMP2 cùng các đầu dò băng rộng WPF 18, WPF 40 tại Việt Nam. Với năng lực hiệu chuẩn từ TUMIKI, phòng thí nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025, TECOTEC hỗ trợ kỹ sư đo bức xạ radar đúng phương pháp và truy xuất nguồn gốc kết quả đo.

Liên hệ TECOTEC Group để được tư vấn cấu hình đo bức xạ radar phù hợp với dải tần và ứng dụng cụ thể của bạn.

FAQ

Đo bức xạ radar bằng đầu dò trường đi-ốt có chính xác hơn máy phân tích phổ không?

Không thay thế hoàn toàn, nhưng nhanh và thực tế hơn nhiều cho kiểm tra hiện trường, miễn là áp dụng đúng hệ số hiệu chỉnh RMS do đặc tính phi tuyến của cảm biến đi-ốt ở mức trường cao.

Tại sao giá trị RMS hiển thị trên đầu dò lại thấp hơn giá trị thực khi đo radar?

Vì tín hiệu radar có hệ số đỉnh cao, đẩy cảm biến đi-ốt ra khỏi vùng đáp ứng bậc hai, cần áp dụng hệ số hiệu chỉnh (dB) tra theo chu kỳ làm việc và tần số lặp xung.

Max Fast RMS trên SMP2 khác gì so với chế độ đo RMS thông thường?

Max Fast RMS có thời gian tích phân chỉ 4 ms kết hợp Max Hold, đủ nhanh để bắt đúng thời điểm radar quét chiếu xạ vào điểm đo, trong khi thiết bị băng rộng thông thường có thời gian tích phân 300-400 ms nên bỏ lỡ đỉnh phát xạ.

Khi nào cần hiệu chỉnh thêm cho radar quét ngoài hệ số hiệu chỉnh RMS?

Khi thời gian radar chiếu xạ vào một điểm gần bằng hoặc nhỏ hơn thời gian tích phân của đầu dò (4 ms), cần áp dụng thêm hệ số hiệu chỉnh dựa trên độ rộng búp sóng và tốc độ quay của radar.