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電磁輻射場區(qū)劃分的意義
由于電磁輻射近區(qū)場與遠(yuǎn)區(qū)場有著不同的特點,所以劃分和了解場區(qū)在對電磁輻射研究、測量、計算、防護和應(yīng)用是非常有意義的。
首先,電磁輻射的近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場是客觀存在的,各有各的特點,不能一概而論,必須根據(jù)研究、關(guān)注的目的具體分析。分區(qū)的意義在于不同區(qū)域的輻射機理不同,因此功率密度的計算方法也不一樣。
其次,有利于計算、測量電磁場強度。如果是在近區(qū)場,則必須分別用電場強度和磁場強度公式來計算,若要測量也必須分別測量電場強度和磁場強度,不能用 H=E/377 換算;如果是在遠(yuǎn)區(qū)場,無論是計算還是測量,都可以只關(guān)心電場強度或磁場強度一個參數(shù),知道其一后可利用H=E/377換算出另一個。
再次,指導(dǎo)監(jiān)測點位設(shè)置。在近區(qū)場,由于電場強度和磁場強度沒有規(guī)律,且變化梯度較大,因此在監(jiān)測布點上要特別講究,應(yīng)盡量多布設(shè)一些監(jiān)測點。要在工作人員工作位小區(qū)域內(nèi)多設(shè)監(jiān)測點,監(jiān)測高度也要多考慮幾個。監(jiān)測時盡量用儀表實際測量,不要類比。不能認(rèn)為A處和B處距離場源的距離相等,而兩處的電場強度和磁場強度就相等,在近區(qū)場這是錯誤的。
最后,指導(dǎo)電磁輻射防護。近區(qū)場輻射的電磁場強度較大,應(yīng)該特別注意對電磁輻射近區(qū)場的防護。對電磁輻射近區(qū)場的防護,首先是對作業(yè)人員及處在近區(qū)場環(huán)境內(nèi)的人員的防護,其次是對位于近區(qū)場內(nèi)的各種電子、電氣設(shè)備的防護。而對于遠(yuǎn)區(qū)場,由于電磁場強較小,通常對人的危害較小,這時應(yīng)該考慮的主要因素就是對信號的保護。
近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場的特點
近區(qū)場有以下特點:
①在近區(qū)場,電場強度E和磁場強度力的大小沒有確定的關(guān)系,即無規(guī)律可循。
也不能通過H-G377相互換算,如要進(jìn)行場強測量,必須分別測量電場強度和磁場強度。
②在近區(qū)場的某些點,有時電場強度E很大而磁場強度H很小,有時電場強度很小而磁場強度分根大。一般來說,對于電壓高、電流小的場源,電場強度要比磁場強度大得多;對于電壓低、電流高的場源,磁場強度要比電場強度小得多。
③近區(qū)場的電磁場強度要比遠(yuǎn)區(qū)場大,因此電磁輻射防護的重點是近區(qū)場。
④近區(qū)場的電場強度和磁場強度隨距離變化快,這是由于近區(qū)場電場強度和磁場強度存在極大不均勻性引起的。
⑤近區(qū)場的電磁場與發(fā)射體交融,并不分離。
⑥感應(yīng)近區(qū)場和輻射近區(qū)場的區(qū)別在于前者的電磁場強度比后者大,前者的電場強度E和磁場強度H的大小沒有任何確定的關(guān)系,而后者雖然具有某些輻射場的特征但其電場強度E和磁場強度H的大小也沒有任何確定的關(guān)系。
遠(yuǎn)區(qū)場有以下特點:
①在遠(yuǎn)區(qū)場,電場強度E和磁場強度H的大小有確定的關(guān)系,即H=E/377,可以相互換算。
②所有的電磁能量基本上均以電磁波形式輻射傳播,輻射強度的衰減要比感應(yīng)場慢得多。
③遠(yuǎn)區(qū)場為弱場,其電磁場強度均較小。
④電磁波是脫離發(fā)射體的。
幾種主要的輻射場區(qū)劃分方法:
近場區(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)的提法被廣為使用,但在不同的應(yīng)用領(lǐng)域,其劃分界限不統(tǒng)一。近場與遠(yuǎn)場的劃分界限與波長及天線尺寸相關(guān)
距離輻射源r=λ/2π≈λ/6時,感應(yīng)場強度與輻射場強度相當(dāng)。在距離輻射源比較近(r<λ/6)的地方,感應(yīng)場強度大于輻射場強度,稱為感應(yīng)(電抗)近場區(qū)或感應(yīng)場區(qū),較遠(yuǎn)的地方(r>λ/6)則相反,輻射場占優(yōu)勢,稱為輻射場區(qū)。
一般當(dāng)r大于3λ時,可忽略感應(yīng)場的成份,認(rèn)為處于遠(yuǎn)場區(qū)。
輻射場區(qū)還可以分為輻射近場區(qū)和輻射遠(yuǎn)場區(qū)。在輻射遠(yuǎn)場區(qū),將天線上各點到測量點的連線當(dāng)作是平行的,所引入的誤差小于一定的限度。
當(dāng)輻射源天線尺度與波長可比擬,或為面天線且尺寸較大時(D/λ≥1),如天線尺寸為D,則遠(yuǎn)場區(qū)距離應(yīng)大于2D2/λ。此時通常取距離λ/2π作為電抗近場區(qū)和輻射近場區(qū)的分界距離,取距離大于2D2/λ作為遠(yuǎn)場區(qū)。
當(dāng)D/λ< 1(D為天線的最大線尺寸,λ為波長)時,通常取距離λ/2π作為電抗近場區(qū)和輻射近場區(qū)的分界距離,取距離大于3λ作為遠(yuǎn)場區(qū)的劃分條件。
頻率 (f) 波長 近/遠(yuǎn)場區(qū)分界(3λ)
50 / 60 Hz 電力 6000/5000 km 18000 / 15000 km
50 kHz 電焊 6 km 18km
27 MHz CB 廣播, 透熱療法 11.1 m 33.3 m
100 MHz FM 廣播 3 m 9 m
433 MHz 工業(yè)應(yīng)用 0.7 m 2.1 m
2.45 GHz微波,工業(yè) 0.12 m 0.36 m
6 GHz 數(shù)字廣播 0.05 m 0.15 m
20 GHz 衛(wèi)星傳輸 0.015 m 0.045 m