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電磁輻射（EMF）測量技術(shù)及方法綜述

電磁輻射的測量方法通常與測量點(diǎn)位和輻射源的距離有關(guān)，即，所進(jìn)行的測量是遠(yuǎn)場測量還是近場測量。由于遠(yuǎn)場和近場的情況下，電磁場的性質(zhì)有所不同，因此，要對遠(yuǎn)場和近場測量有明確的了解。 

1、電磁場的遠(yuǎn)場和近場劃分

電磁輻射源產(chǎn)生的交變電磁場可分為性質(zhì)不同的兩個(gè)部分，其中一部分電磁場能量在輻射源周圍空間及輻射源之間周期性地來回流動，不向外發(fā)射，稱為感應(yīng)場；另一部分電磁場能量脫離輻射體，以電磁波的形式向外發(fā)射，稱為輻射場。

　　一般情況下，電磁輻射場根據(jù)感應(yīng)場和輻射場的不同而區(qū)分為遠(yuǎn)區(qū)場（感應(yīng)場）和近區(qū)場（輻射場）。由于遠(yuǎn)場和近場的劃分相對復(fù)雜，要具體根據(jù)不同的工作環(huán)境和測量目的進(jìn)行劃分，一般而言，以場源為中心，在三個(gè)波長范圍內(nèi)的區(qū)域，通常稱為近區(qū)場，也可稱為感應(yīng)場；在以場源為中心，半徑為三個(gè)波長之外的空間范圍稱為遠(yuǎn)區(qū)場，也可稱為輻射場。 近區(qū)場通常具有如下特點(diǎn)：

　　近區(qū)場內(nèi)，電場強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的大小沒有確定的比例關(guān)系。即：E 377H。一般情況下，對于電壓高電流小的場源(如發(fā)射天線、饋線等)，電場要比磁場強(qiáng)得多，對于電壓低電流大的場源(如某些感應(yīng)加熱設(shè)備的模具)，磁場要比電場大得多。 

　　近區(qū)場的電磁場強(qiáng)度比遠(yuǎn)區(qū)場大得多。從這個(gè)角度上說，電磁防護(hù)的重點(diǎn)應(yīng)該在近區(qū)場。 

　　近區(qū)場的電磁場強(qiáng)度隨距離的變化比較快，在此空間內(nèi)的不均勻度較大。

　　遠(yuǎn)區(qū)場的主要特點(diǎn)如下： 

　　在遠(yuǎn)區(qū)場中，所有的電磁能量基本上均以電磁波形式輻射傳播，這種場輻射強(qiáng)度的衰減要比感應(yīng)場慢得多。

　　在遠(yuǎn)區(qū)場，電場強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度有如下關(guān)系：在單位制中，E=377H，電場與磁場的運(yùn)行方向互相垂直，并都垂直于電磁波的傳播方向。 

　　遠(yuǎn)區(qū)場為弱場，其電磁場強(qiáng)度均較小

近區(qū)場與遠(yuǎn)區(qū)場劃分的意義：

　　通常，對于一個(gè)固定的產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁輻射源來說，近區(qū)場輻射的電磁場強(qiáng)度較大，所以，應(yīng)該格外注意對電磁輻射近區(qū)場的防護(hù)。對電磁輻射近區(qū)場的防護(hù)，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(hù)，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(hù)。而對于遠(yuǎn)區(qū)場，由于電磁場強(qiáng)較小，通常對人的危害較小。 

　　對我們經(jīng)常接觸的從短波段30MHz到微波段的3000MHz的頻段范圍，其波長范圍從10米到1米。

2、遠(yuǎn)區(qū)場的測量

　　在遠(yuǎn)區(qū)場（輻射場區(qū)），可引入功率密度矢量（波印廷矢量） ，電場矢量 、磁場矢量 、波印廷矢量 三者方向互相垂直，波印廷矢量的方向?yàn)殡姶挪▊鞑シ较颉?/span>

　　在數(shù)值上，E=377H，S=EH=E2/377。其中電場強(qiáng)度E的單位是(V/m)，磁場強(qiáng)度H的單位是(A/m)，功率密度的單位是（W/m2）,全部是單位制(SI)。

　　由公式可看出，在遠(yuǎn)場區(qū)，電場與磁場不是獨(dú)立的，只測電場強(qiáng)度，磁場強(qiáng)度及功率密度中的一個(gè)項(xiàng)目，其他兩個(gè)項(xiàng)目均可由此換算出來。

　　一般情況，關(guān)于遠(yuǎn)場和近場的測量問題簡化為：

　　國標(biāo)規(guī)定，當(dāng)電磁輻射體的工作頻率低于300MHz時(shí)，應(yīng)對工作場所的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度分別測量。當(dāng)電磁輻射體的工作頻率大于300MHz時(shí)，只測電場強(qiáng)度。

　　300MHz頻率相應(yīng)的波長為1米，λ/6為16cm，16cm之外輻射場占優(yōu)勢。如按3λ的劃分界限，距輻射源3米之外可認(rèn)為是遠(yuǎn)場區(qū)。

　　一般電磁環(huán)境是指在較大范圍內(nèi)由各種電磁輻射源，通過各種傳播途徑造成的電磁輻射背景值，因而屬于遠(yuǎn)區(qū)場，輻射的頻譜非常寬，電磁場強(qiáng)度均較小。

　　1GHz以下遠(yuǎn)區(qū)輻射場的測量，可用遠(yuǎn)區(qū)場強(qiáng)儀，也可用干擾場強(qiáng)儀。

3、近區(qū)場的測量

　　在近場區(qū)（感應(yīng)場區(qū)），電場強(qiáng)度E與磁場強(qiáng)度H的大小沒有確定的比例關(guān)系，即：E 377H，需要分別測量電場強(qiáng)度E與磁場強(qiáng)度H的大小。對于電壓高而電流小的場源，在感應(yīng)場區(qū)內(nèi)主要是電場，主要測量電場，對于電壓低而電流大的場源(如感應(yīng)線圈)，在感應(yīng)場區(qū)內(nèi)主要是磁場，主要測量磁場。例如，對于沒有接上電器的墻上電源插座，電流基本為零，電壓不為零，插座在其附近產(chǎn)生一定強(qiáng)度的工頻電場，但產(chǎn)生的工頻磁場基本為零。 國家標(biāo)準(zhǔn)限值中30MHz以下以場強(qiáng)為準(zhǔn)，因?yàn)樵擃l段的波長大于10米，測量點(diǎn)處的感應(yīng)場常常不能忽略，電場強(qiáng)度E與磁場強(qiáng)度H的比例關(guān)系不確定。

　　由前面的場強(qiáng)與距離的關(guān)系可知，近場區(qū)場強(qiáng)很大（根據(jù)不同的設(shè)備，電場強(qiáng)度可能從幾十到幾百V/m，磁場強(qiáng)度可達(dá)到數(shù)A/m），但場強(qiáng)隨距離的增大衰減得很快，即場強(qiáng)變化梯度很大，是一種非常復(fù)雜的非均勻場。因此，近區(qū)場強(qiáng)儀的量程應(yīng)當(dāng)足夠大，而測量探頭應(yīng)當(dāng)足夠小，測量結(jié)果才能代表測試點(diǎn)的場強(qiáng)。近場區(qū)監(jiān)測主要屬于工作場所監(jiān)測。

　　由于近區(qū)場強(qiáng)很大，較遠(yuǎn)處的其它電磁輻射源的貢獻(xiàn)可忽略不計(jì)，因此，近區(qū)場強(qiáng)測量不采用選頻式儀器?？捎镁C合場強(qiáng)儀測量近區(qū)場強(qiáng)，如意大利PMM公司的8053型儀器，具有較好的測量精度和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。目前的綜合場強(qiáng)儀與早期的近區(qū)場強(qiáng)儀的不同：前者為各向同性，測量時(shí)不必調(diào)整探頭方向。前者較后者頻率范圍更寬。例：具體輻射源的近場（感應(yīng)場區(qū)）與遠(yuǎn)場（輻射場區(qū)）（ = c / f）

　　頻率 (f) 波長 ( ) 界限（3 ） 

　　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 

　　900 MHz ，尋呼機(jī) 0.33 m 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 

附：場區(qū)的具體劃分

場強(qiáng)與距離的關(guān)系

　　以r表示測量點(diǎn)到輻射源的距離，則在該點(diǎn)的感應(yīng)場強(qiáng)度與r2至r3成反比，輻射場強(qiáng)度與r成反比（因此，輻射場強(qiáng)度與距離r的乘積與r無關(guān)，稱為場強(qiáng)距離乘積）。在靠近輻射源的地方，隨著距離r的減小，感應(yīng)場強(qiáng)度急劇增加。

近場與遠(yuǎn)場的劃分

　　當(dāng)測量距離r＝λ/2π≈λ/6時(shí)，感應(yīng)場強(qiáng)度與輻射場強(qiáng)度相當(dāng)。在距離輻射源比較近（r<λ/6）的地方，感應(yīng)場強(qiáng)度大于輻射場強(qiáng)度，稱為近場（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，稱為遠(yuǎn)場（區(qū)）或輻射場區(qū)。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。也稱為近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場。

一般當(dāng)r大于3λ時(shí)，可忽略感應(yīng)場的成份，認(rèn)為處于遠(yuǎn)場（區(qū)）。

　　當(dāng)輻射源尺度與波長可比擬時(shí)，還可將輻射場區(qū)分為輻射近場區(qū)和輻射遠(yuǎn)場區(qū)。輻射遠(yuǎn)場區(qū)的定義是，"輻射場強(qiáng)度角分布基本上與距天線的距離無關(guān)的場區(qū)"，在輻射遠(yuǎn)場區(qū)，將天線上各點(diǎn)到測量點(diǎn)的連線當(dāng)作是平行的，所引入的誤差小于一定的限度。如天線尺寸為D，則遠(yuǎn)場區(qū)距離應(yīng)大于2D2/λ。當(dāng)輻射源尺寸D的數(shù)量級小于波長λ時(shí)（2D2/λ<λ/6，D<λ/3.5），輻射近場區(qū)范圍小于感應(yīng)場區(qū)，輻射場區(qū)全部是輻射遠(yuǎn)場區(qū)。＼

　　如果測量天線為微波段的面天線，而且尺寸較大，所測輻射源與測量天線的距離大于2D2/λ認(rèn)為是輻射遠(yuǎn)場區(qū)。

　　由以上公式可見，近場與遠(yuǎn)場的劃分界限與輻射源頻率（波長）有關(guān)。