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電磁輻射場區劃分的意義
由于電磁輻射近區場與遠區場有著不同的特點,所以劃分和了解場區在對電磁輻射研究、測量、計算、防護和應用是非常有意義的。
首先,電磁輻射的近區場和遠區場是客觀存在的,各有各的特點,不能一概而論,必須根據研究、關注的目的具體分析。分區的意義在于不同區域的輻射機理不同,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;如果是在遠區場,無論是計算還是測量,都可以只關心電場強度或磁場強度一個參數,知道其一后可利用H=E/377換算出另一個。
再次,指導監測點位設置。在近區場,由于電場強度和磁場強度沒有規律,且變化梯度較大,因此在監測布點上要特別講究,應盡量多布設一些監測點。要在工作人員工作位小區域內多設監測點,監測高度也要多考慮幾個。監測時盡量用儀表實際測量,不要類比。不能認為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,在近區場這是錯誤的。
最后,指導電磁輻射防護。近區場輻射的電磁場強度較大,應該特別注意對電磁輻射近區場的防護。對電磁輻射近區場的防護,首先是對作業人員及處在近區場環境內的人員的防護,其次是對位于近區場內的各種電子、電氣設備的防護。而對于遠區場,由于電磁場強較小,通常對人的危害較小,這時應該考慮的主要因素就是對信號的保護。
近區場和遠區場的特點
近區場有以下特點:
①在近區場,電場強度E和磁場強度力的大小沒有確定的關系,即無規律可循。
也不能通過H-G377相互換算,如要進行場強測量,必須分別測量電場強度和磁場強度。
②在近區場的某些點,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近區場的電磁場強度要比遠區場大,因此電磁輻射防護的重點是近區場。
④近區場的電場強度和磁場強度隨距離變化快,這是由于近區場電場強度和磁場強度存在極大不均勻性引起的。
⑤近區場的電磁場與發射體交融,并不分離。
⑥感應近區場和輻射近區場的區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系。
遠區場有以下特點:
①在遠區場,電場強度E和磁場強度H的大小有確定的關系,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場慢得多。
③遠區場為弱場,其電磁場強度均較小。
④電磁波是脫離發射體的。
幾種主要的輻射場區劃分方法:
近場區和遠場區的提法被廣為使用,但在不同的應用領域,其劃分界限不統一。近場與遠場的劃分界限與波長及天線尺寸相關
距離輻射源r=λ/2π≈λ/6時,感應場強度與輻射場強度相當。在距離輻射源比較近(r<λ/6)的地方,感應場強度大于輻射場強度,稱為感應(電抗)近場區或感應場區,較遠的地方(r>λ/6)則相反,輻射場占優勢,稱為輻射場區。
一般當r大于3λ時,可忽略感應場的成份,認為處于遠場區。
輻射場區還可以分為輻射近場區和輻射遠場區。在輻射遠場區,將天線上各點到測量點的連線當作是平行的,所引入的誤差小于一定的限度。
當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,則遠場區距離應大于2D2/λ。此時通常取距離λ/2π作為電抗近場區和輻射近場區的分界距離,取距離大于2D2/λ作為遠場區。
當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作為電抗近場區和輻射近場區的分界距離,取距離大于3λ作為遠場區的劃分條件。
頻率 (f) 波長 近/遠場區分界(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 工業應用 0.7 m 2.1 m
2.45 GHz微波,工業 0.12 m 0.36 m
6 GHz 數字廣播 0.05 m 0.15 m
20 GHz 衛星傳輸 0.015 m 0.045 m