電磁輻射與射頻電磁場

1、五、電磁輻射與射頻電磁場能量以電磁波的形式通過空間傳播的現(xiàn)象稱為電磁能輻射或電磁輻射。當(dāng)電磁輻射強(qiáng)度超過人體或儀器設(shè)備所能容許的限度時(shí)將產(chǎn)生電磁污染和對(duì)其他系統(tǒng)的干擾。1、電磁輻射這里研究單元輻射子的電磁輻射規(guī)律。有電偶極子型和磁偶極子型兩類。傳導(dǎo)電流與位移電流共同激勵(lì)磁場，磁場變化與庫侖電荷共同激勵(lì)電場，而電磁場以波的方式傳播。電磁波是橫波，電磁場分布具有方向特性。電磁功率的面密度為坡印亭矢量，單位是W/m2 2、射頻電磁場無線電波按其頻率和波長可以分為八大類。其頻率從3kHz至3000GHz，波長對(duì)應(yīng)于100km至0.1mm。射頻電磁場通常是指100kHz以上的無線電波。微波是分米波、厘米

2、波和毫米波的統(tǒng)稱。繼無線電波之后是紅外線、可見光、紫外線、X射線和射線。影響場強(qiáng)的因素有兩類：一類是場源分布；另一類是介質(zhì)的分布。3.2 電磁耦合途徑電磁耦合途徑分為三類：輻射耦合、傳導(dǎo)耦合、感應(yīng)耦合（電感應(yīng)耦合、磁感應(yīng)耦合）。一、輻射耦合輻射耦合：射頻設(shè)備所形成的電磁場，在半徑為一個(gè)波長的范圍之外是以空間輻射的方式將能量傳播出去的；射頻設(shè)備視為發(fā)射天線。而在半徑為一個(gè)波長的范圍之內(nèi)則主要是以感應(yīng)的方式將能量施加于附近的設(shè)備和人體上的。借助單元輻射子理論，分析射頻電路所產(chǎn)生的輻射耦合影響，無論是小段電路單元還是小型回路，輻射電場強(qiáng)度均與1/r成比例。二、傳導(dǎo)耦合傳導(dǎo)耦合：通過電路回路間公共阻抗

3、或互阻抗形成的耦合。借助電路理論可以直接計(jì)算傳導(dǎo)耦合的影響。若回路1和2各自獨(dú)立，互不影響，回路1中有電流，回路2中無電流。若回路1和2有公共阻抗，回路1有電流則回路2也有電流，形成傳導(dǎo)耦合。典型的共阻抗耦合發(fā)生于接同一地網(wǎng)的兩回路之間。如回路1為工頻電力線路，接地網(wǎng)阻抗可視為電阻，則共阻抗耦合成為電阻性耦合。降低耦合的兩種思路：“短路”和“斷路”。電磁污染電源和感受設(shè)備之間的相互作用可表述為一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)，其間經(jīng)由阻抗、形成的T型網(wǎng)絡(luò)相連。如果即短路，則發(fā)送端向感受端輸送的能量為零。如果、為無限大，即開路，發(fā)送端向感受端輸送的能量也為零。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)短路的概念盡量降低接地電阻；根據(jù)開路的

4、概念盡量隔開發(fā)送與感受的兩端，距離越遠(yuǎn)越好，或者在其間加入屏蔽，減少耦合。三、電感應(yīng)耦合以平行接近的架空電力線路與通信線路為例。高壓架空線路對(duì)地電壓很高。其導(dǎo)線上充有電荷，并在周圍建立有強(qiáng)電場。處于該電場中的通信線路導(dǎo)線上將感應(yīng)有對(duì)地電壓。通信線路導(dǎo)線表面靠近電力線路一側(cè)感應(yīng)有異號(hào)電荷；另一測感應(yīng)出同號(hào)電荷。通過庫侖電場產(chǎn)生耦合，稱為電感應(yīng)耦合。若站在地上的人接觸通信線路，則將有電流流過人體，電流過大，可能產(chǎn)生危險(xiǎn)。四、磁感應(yīng)耦合 兩對(duì)短傳輸線平行并接近，當(dāng)回路1中有交流電流時(shí)，由于兩回路間互磁鏈的存在，在回路2中將產(chǎn)生互感電壓。若回路2是通路，將產(chǎn)生電流。這就是電磁感應(yīng)耦合，簡稱磁感應(yīng)耦合。

5、通過互感產(chǎn)生耦合，又稱電感性耦合。耦合的強(qiáng)弱與互感量的大小相關(guān)；如果互感量為零，將無電感性耦合。3.3 大環(huán)境中的電磁污染影響大環(huán)境的污染源可分為天然型和人為型兩類。天然型電磁污染源有：大氣層雷電，太陽黑子爆發(fā)，銀河系射電，地球磁場波動(dòng)，火山噴發(fā)和地震等。人為型電磁污染源：大中型電磁發(fā)射系統(tǒng)，大型工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療射頻設(shè)備，高壓大容量電力系統(tǒng)和電氣化鐵道，偶發(fā)性的核彈爆炸產(chǎn)生的脈沖電磁場。一、電磁發(fā)射系統(tǒng)的電磁輻射與污染電磁發(fā)射系統(tǒng)是以發(fā)射無線電波為目標(biāo)的設(shè)備群體，以廣播電視發(fā)射系統(tǒng)和微波發(fā)射系統(tǒng)為主。廣播是使廣大公眾接受信號(hào)的電波發(fā)射，不同于無線電通信和導(dǎo)航（特定對(duì)象接受信號(hào)）。廣播分為聲音廣

6、播和電視廣播。聲音廣播又細(xì)分為中波、短波調(diào)幅和甚高頻調(diào)頻廣播。微波輻射電磁污染源包括：雷達(dá)天線、工作電路、磁控管、速調(diào)管和敞開的波導(dǎo)管等。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 870288電磁輻射防護(hù)規(guī)定：輸出功率等于和小于15W的移動(dòng)式無線電通訊設(shè)備和向沒有屏蔽空間的輻射等效功率小于表539所列數(shù)值可以免于管理。國際大電網(wǎng)會(huì)議36.04工作組編寫的發(fā)電廠和變電站電磁兼容導(dǎo)則，給出了授權(quán)的無線電發(fā)射裝置的一些技術(shù)參數(shù)，包括：輻射功率、在居民區(qū)典型的發(fā)射接受距離、計(jì)算電場強(qiáng)度，見表5310。表中電場強(qiáng)度按下式計(jì)算最大值工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療用頻率：世界無線電行政會(huì)議劃定11個(gè)窄頻段，供工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療使用。見表5311二

7、、電力系統(tǒng)的電磁污染高壓與超高壓輸配電線路導(dǎo)體表面電場強(qiáng)度很強(qiáng)，常引發(fā)電暈放電和間隙放電，產(chǎn)生射頻電磁輻射。導(dǎo)致周圍伴有工頻電場和工頻磁場。工頻電場與線路電壓有關(guān)；工頻磁場與線路電流有關(guān)。1、電暈放電和間隙放電電暈放電是指通過導(dǎo)線表面向空間放電的現(xiàn)象。對(duì)地為正電位時(shí)，稱為正電暈；它具有幅值大和脈沖波頂較平緩的特點(diǎn)；對(duì)地為負(fù)電位時(shí)，稱為負(fù)電暈，其脈沖波頂為瞬間的尖脈沖。重復(fù)產(chǎn)生的結(jié)果就形成了高頻電波，并且頻率范圍分布較寬，常以0.5MHz作中心值。電暈主要構(gòu)成對(duì)通訊系統(tǒng)的干擾，如有線電話、無線電接受和電視等。2、工頻電場架空電力線路施加電壓后，導(dǎo)體表面必帶電荷。電荷在地面以上空氣中產(chǎn)生工頻電場，

8、距離線路越近越強(qiáng)，電壓越高越強(qiáng)，尤以超高壓電力線路最為突出。利用等效電荷法計(jì)算單相或三相送電線下空間工頻電場強(qiáng)度。3、工頻磁場架空電力線路在地面空氣中還產(chǎn)生工頻磁場，電流越大越強(qiáng)，距離線路越近越強(qiáng)。應(yīng)用安培定律和疊加原理可計(jì)算單相或三相送電線周圍的工頻磁場強(qiáng)度。輸電線塔型：酒杯型鐵塔，導(dǎo)線按水平布置；貓頭型鐵塔，導(dǎo)線按正三角形布置；緊湊型鐵塔，導(dǎo)線按三角形布置；雙回路鼓型鐵塔，導(dǎo)線按鼓型布置。4、電力線路對(duì)平行接近的通信線路的危險(xiǎn)影響危險(xiǎn)影響：通信線路遭受電力線路感應(yīng)產(chǎn)生的電壓和電流，足以危害電信運(yùn)行圍護(hù)人員的生命安全；損壞通信線路或設(shè)備；引起構(gòu)筑物火災(zāi)以及鐵路信號(hào)設(shè)備誤動(dòng)而危及行車安全。對(duì)電

9、力線路與通信線路間可能發(fā)生的危險(xiǎn)影響應(yīng)有評(píng)估，包括：（1）中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的三相對(duì)稱電力線路發(fā)生單相接地短路時(shí)對(duì)通信線路的電感性耦合影響。（2）中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)的三相對(duì)稱電力線路兩相在不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生短路時(shí)對(duì)通信線路的電感性耦合影響。（3）中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)的三相對(duì)稱電力線路發(fā)生單相接地短路時(shí)對(duì)通信線路的電容性耦合影響。（4）不對(duì)稱電力線路在正常運(yùn)行和接地短路狀態(tài)下對(duì)通信線路的電感性耦合、電容性耦合影響，對(duì)單線通信線路的電阻性耦合影響。（5）發(fā)電廠和變電站地電位升對(duì)通信線路和人體的電阻性耦合影響。三、電氣化鐵道產(chǎn)生的電磁污染電氣化鐵道產(chǎn)生的電磁污染有無線電輻射的影響和對(duì)通信線的干擾。無

10、線電輻射來自電力機(jī)車的受電弓接觸點(diǎn)與接觸網(wǎng)局部放電處。前者的輻射發(fā)生于電力機(jī)車運(yùn)行時(shí)刻；后者的輻射則伴生于整個(gè)供電期內(nèi)。接觸網(wǎng)的供電方式有單向供電制和雙向供電制。雙向供電制在正常運(yùn)行時(shí)對(duì)通信線路的影響必單向供電制小。電力牽引正常運(yùn)行時(shí)，采用雙向供電。接觸網(wǎng)的短路電流值取決于牽引變電所與短路點(diǎn)之間的距離。在分析評(píng)估電氣化鐵道對(duì)通信線路的影響時(shí)，可采用評(píng)估電力線路的方法。牽引網(wǎng)電流一般用等效電流表示 四、電磁污染的主要危害電磁污染造成的主要后果：電磁輻射對(duì)信號(hào)接收的干擾，強(qiáng)電系統(tǒng)對(duì)弱電系統(tǒng)的干擾和危險(xiǎn)影響，空間電磁場對(duì)人體健康的影響。1、電磁輻射對(duì)信號(hào)接收的干擾射頻強(qiáng)電磁輻射，可以造成通信信息失誤

11、或中斷；使電子儀器、精密儀器不能正常工作；鐵路自控信號(hào)失誤；飛機(jī)飛行誤航；甚至造成導(dǎo)彈與人造衛(wèi)星失控。電磁輻射會(huì)對(duì)有線通信設(shè)備產(chǎn)生干擾。2、強(qiáng)電系統(tǒng)對(duì)弱電系統(tǒng)的干擾和危險(xiǎn)影響3、空間電磁場對(duì)人體健康的影響作業(yè)：一、填空題1、能量以 形式通過空間傳播的現(xiàn)象稱為電磁能輻射或電磁輻射。2、傳導(dǎo)電流與 共同激勵(lì)磁場， 與庫侖電荷共同激勵(lì)電場，而電磁場以波的方式傳播。3、電磁波是橫波，電磁功率的面密度稱為坡印亭矢量 ，坡印亭矢量的單位是 。4、無線電波按其頻率和波長可分為八大類，其頻率從 至 ，波長對(duì)應(yīng)于 至 。射頻電磁場通常是指頻率在 以上的無線電波。5、微波是 、 和 的統(tǒng)稱。6、電磁耦合的途徑可以

12、分為三類： 、 、 。7、通過電路回路間公共阻抗或互阻抗形成的耦合是 。8、影響大環(huán)境的污染源可分為天然型和人為型兩類。天然型電磁污染源有： 。人為型電磁污染源： 。9、高壓與超高壓輸電線路導(dǎo)體表面電場強(qiáng)度很強(qiáng)，常常引發(fā)電暈放電和間隙放電，產(chǎn)生 。導(dǎo)線周圍伴有工頻電場和工頻磁場。工頻電場與線路 有關(guān)；工頻磁場與 有關(guān)。10、電力線路對(duì)平行接近的通信線路的危險(xiǎn)影響： 。11、電氣化鐵道產(chǎn)生的電磁污染有： 和 。12、電氣化鐵道產(chǎn)生的電磁污染中無線電輻射來自 。該輻射發(fā)生于電力機(jī)車運(yùn)行時(shí)刻。13、電氣化鐵道的輸電線路在正常供電情況下，接觸網(wǎng)的供電方式有 和 兩種。正常運(yùn)行時(shí) 對(duì)通信線路的影響比單向

13、供電制小。14、電磁污染造成的主要后果包括：1） ，2） ，3） 。15、強(qiáng)電系統(tǒng)對(duì)弱電系統(tǒng)的干擾和危險(xiǎn)影響，強(qiáng)電系統(tǒng)是指 ，弱電系統(tǒng)是指 。解答：該節(jié)作業(yè)大多是基本概念，應(yīng)該記住，也可見教材。1、電磁波。2、位移電流；變化磁場。3、；瓦/米2（W/m2）。4、3kHz；3000GHz；100km；0.1mm；100kHz。5、分米波；厘米波；毫米波。6、輻射耦合；傳導(dǎo)偶合；感應(yīng)耦合。7、傳導(dǎo)耦合。8、大氣層雷電，太陽黑子爆發(fā)，銀河系射電，地球磁場波動(dòng)，火山噴發(fā)和地震等；大中型電磁發(fā)射系統(tǒng)，大型工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療射頻設(shè)備，高壓大容量電力系統(tǒng)和電氣化鐵道，偶發(fā)性的核彈爆炸產(chǎn)生的脈沖電磁場。9、射頻電磁輻射；電壓；電流。10、通信線路遭受電力線路感應(yīng)產(chǎn)生的電壓和電流，足以危害電信運(yùn)行圍護(hù)人員的生