电磁辐射场区的划分
电磁辐射场区划分的意义
由于电磁辐射近区场与远区场有着不同的特点,所以划分和了解场区在对电磁辐射研究、测量、计算、防护和应用是非常有意义的。
首先,电磁辐射的近区场和远区场是客观存在的,各有各的特点,不能一概而论,必须根据研究、关注的目的具体分析。分区的意义在于不同区域的辐射机理不同,因此功率密度的计算方法也不一样。
其次,有利于计算、测量电磁场强度。如果是在近区场,则必须分别用电场强度和磁场强度公式来计算,若要测量也必须分别测量电场强度和磁场强度,不能用 H=E/377 换算;如果是在远区场,无论是计算还是测量,都可以只关心电场强度或磁场强度一个参数,知道其一后可利用H=E/377换算出另一个。
再次,指导监测点位设置。在近区场,由于电场强度和磁场强度没有规律,且变化梯度较大,因此在监测布点上要特别讲究,应尽量多布设一些监测点。要在工作人员工作位小区域内多设监测点,监测高度也要多考虑几个。监测时尽量用仪表实际测量,不要类比。不能认为A处和B处距离场源的距离相等,而两处的电场强度和磁场强度就相等,在近区场这是错误的。
最后,指导电磁辐射防护。近区场辐射的电磁场强度较大,应该特别注意对电磁辐射近区场的防护。对电磁辐射近区场的防护,首先是对作业人员及处在近区场环境内的人员的防护,其次是对位于近区场内的各种电子、电气设备的防护。而对于远区场,由于电磁场强较小,通常对人的危害较小,这时应该考虑的主要因素就是对信号的保护。
近区场和远区场的特点
近区场有以下特点:
①在近区场,电场强度E和磁场强度力的大小没有确定的关系,即无规律可循。
也不能通过H-G377相互换算,如要进行场强测量,必须分别测量电场强度和磁场强度。
②在近区场的某些点,有时电场强度E很大而磁场强度H很小,有时电场强度很小而磁场强度分根大。一般来说,对于电压高、电流小的场源,电场强度要比磁场强度大得多;对于电压低、电流高的场源,磁场强度要比电场强度小得多。
③近区场的电磁场强度要比远区场大,因此电磁辐射防护的重点是近区场。
④近区场的电场强度和磁场强度随距离变化快,这是由于近区场电场强度和磁场强度存在极大不均匀性引起的。
⑤近区场的电磁场与发射体交融,并不分离。
⑥感应近区场和辐射近区场的区别在于前者的电磁场强度比后者大,前者的电场强度E和磁场强度H的大小没有任何确定的关系,而后者虽然具有某些辐射场的特征但其电场强度E和磁场强度H的大小也没有任何确定的关系。
远区场有以下特点:
①在远区场,电场强度E和磁场强度H的大小有确定的关系,即H=E/377,可以相互换算。
②所有的电磁能量基本上均以电磁波形式辐射传播,辐射强度的衰减要比感应场慢得多。
③远区场为弱场,其电磁场强度均较小。
④电磁波是脱离发射体的。
几种主要的辐射场区划分方法:
近场区和远场区的提法被广为使用,但在不同的应用领域,其划分界限不统一。近场与远场的划分界限与波长及天线尺寸相关
距离辐射源r=λ/2π≈λ/6时,感应场强度与辐射场强度相当。在距离辐射源比较近(r<λ/6)的地方,感应场强度大于辐射场强度,称为感应(电抗)近场区或感应场区,较远的地方(r>λ/6)则相反,辐射场占优势,称为辐射场区。
一般当r大于3λ时,可忽略感应场的成份,认为处于远场区。
辐射场区还可以分为辐射近场区和辐射远场区。在辐射远场区,将天线上各点到测量点的连线当作是平行的,所引入的误差小于一定的限度。
当辐射源天线尺度与波长可比拟,或为面天线且尺寸较大时(D/λ≥1),如天线尺寸为D,则远场区距离应大于2D2/λ。此时通常取距离λ/2π作为电抗近场区和辐射近场区的分界距离,取距离大于2D2/λ作为远场区。
当D/λ< 1(D为天线的最大线尺寸,λ为波长)时,通常取距离λ/2π作为电抗近场区和辐射近场区的分界距离,取距离大于3λ作为远场区的划分条件。
频率 (f) 波长 近/远场区分界(3λ)
50 / 60 Hz 电力 6000/5000 km 18000 / 15000 km
50 kHz 电焊 6 km 18km
27 MHz CB 广播, 透热疗法 11.1 m 33.3 m
100 MHz FM 广播 3 m 9 m
433 MHz 工业应用 0.7 m 2.1 m
2.45 GHz微波,工业 0.12 m 0.36 m
6 GHz 数字广播 0.05 m 0.15 m
20 GHz 卫星传输 0.015 m 0.045 m
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