电磁辐射培训材料安徽省辐射环境监督站於国兵
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培训内容第一章 电磁波的基本知识第二章 相关法规的介绍第三章 监测方法第一章 电磁波的基本知识
第一节 电磁相关术语
第二节 电磁波的基本理论
第三节 常用数据及单位换算一,电磁环境术语
1、电磁环境
指存在给定场所的所有电磁现象的总和。一般有三种典型存在形式:
工频电场、工频磁场:目前我国电力供电频率为 50Hz,
在导线或设备周边产生工频电磁环境,以电磁感应为主。
低频电磁场:一般指 10K- 100KHz频率特征的电磁场,
是一个较复杂的电磁环境,感应、传导、辐射几种形式共存。
高频电磁场:国标,电磁辐射防护规定,( GB8702-88)
中频率范围是指 100KHz以上的电磁环境,远场主要为辐射场。
2、电磁辐射
能量以电磁波形式由源发射到空间的现象称电磁辐射 。
3、电磁波
交替变化与交替产生的电场和磁场,由近而远的传播。即波动的电磁场。它是物质存在的一种特殊形式,它是由交变的电场和交变的磁场所组成。表征电磁波属性的是电场强度和磁场强度。交变的电场产生交变的磁场,交变的磁场产生交变的电场,
二者互为前提、互为结果,相互依存。在空间上二者相互垂直、同相位变化。电磁波如图所示。
二 电磁波的基本理论无线电波和光波一样,它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用C=300
000公里/秒表示。在媒质中的传播速度为:V=C /( ε ) 1/2,式中 ε 为传播媒质的相对介电常数。
二 电磁波的基本理论电磁波的传播电场 电场电场振子电波传输方向磁场 磁场二 电磁波的基本理论无线电波的波长、频率和传播速度的关系:
可用式 λ =V /f 表示。在公式中,
V为速度,单位为米 /秒;f 为频率,单位为赫芝; λ 为波长,单位为米。由上述关系式不难看出,同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时,速度是不同的,因此波长也不一样。
波长二 电磁波的基本理论
1,2 无线电波的极化无线电波在空间传播时,其电场方向是按一定的规律而变化的,这种现象称为无线电波的极化。
二 电磁波的基本理论什么是天线?
把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间
收集无线电波并产生电信号
B l a h
b l a h
b la h b l a h
二 电磁波的基本理论
1.3 天线的极化天线辐射的电磁场电场方向就是天线的极化方向垂直极化 水平极化
+ 45度倾斜的极化 - 45度倾斜的极化二 电磁波的基本理论双极化天线
两个天线为一个整体,传输两个独立的波。
V/H (垂直 /水平 ) 倾斜 (+/- 45° )
二 电磁波的基本理论天线的方向性天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言,方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。
天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示,
方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。
二 电磁波的基本理论天线方向图近场与远场
( 1)电磁场中近场与远场的理论分析
近场的性质与场源的性质密切相关,如果场源是高电压、小电流的电场源,例如,带有电偶极子天线的发射机,则近场主要是电场,场源附近的电场大于磁场。我们常用波阻抗来描述电场和磁场的关系,波阻抗定义为电场强度和磁场强度的比值。这里由于电场远远大于磁场,
所以波阻抗较高,因此电场源又称为高阻抗源。
如果场源是低电压、大电流的磁场源,例如,
带有环形天线的发射机,则近场主要是磁场,
场源附近的磁场大于电场,波阻抗较低,所以磁场源又称为低阻抗源。
二 电磁波的基本理论
由于近场离场源较近,其场强要比远场大得多。随着离天线距离的增加,电场强度和磁场强度均迅速减小。所以,近场的空间不均匀度较大,是一个复杂的非均匀场。
场中包括储存的能量和辐射的能量,有驻波也有衍波,等相位面很不规则,电磁波极化不易确定,场强变化梯度大等。无论是高阻抗场还是低阻抗场,在近场区起主要作用的都是“感应场”。
近场与远场二 电磁波的基本理论
无论场源是电场源还是磁场源,当离场源距离大于
10λ/2π(工程上)以后就变成了远场,这里,λ为波长。
这时电场和磁场方向垂直并且都和传播方向垂直而成为平面电磁波或横电磁波。电场和磁场的比值为固定值,
即波阻抗为 120π,等于 377Ω。
由于远场离场源远,场强一般较弱。其电场和磁场随场源的距离成反比衰减,所以比近场的衰减慢得多,因此空间变化梯度小,比较均匀。
近场与远场
近场的电场和磁场之间存在相位差,由它们构成的平均坡印亭矢量为零,大部分能量在电场与磁场之间,以及场与源之间交换而不辐射,
很小一部分能量向外辐射,并在 10λ/2π距离以外,构成远扬。远场的 E和 H同相位,两者的振幅比为波阻抗 120π,也是媒质的特性阻抗。 E、
H和由它们构成的坡印亭矢量三者服从右手螺旋定则。
以上的分析说明,辐射天线的近区是感应场
(忽略了辐射场),远区是辐射场(忽略了感应场),场的性质是不同的,因此在不同的场区测量或预测,其原理和方法都是不同的。
频率范围 波长 名称 典型用途
30-300kHZ 10- 1 km 低频( LF) 无线导航、海事通信、长距离通信
0.3-3 MHz 1km-100 m 中频( MF) 通信、无线导航、海事电话、工业 RF
设备,AM广播、业余无线电
3-30 MHz 100-10 m 高频( HF) 移动通信、短波广播、工业 RF设备、
核磁共振成像、业余无线电,ISM
30-300MHz 10-1 m 甚髙频( VHF) TV,FM广播、应急通信,MR成像、
ISM(工业、科学核医学应用)
0.3-3 GHz 100-10cm 特高频( UHF) 微波点通信、移动通信,TV、导航、
业余无线电、微波炉,ISM
3-30 GHz 10-1 cm 超高频( SHF) 雷达、卫星通信、微波接力,ISM
30-300GHz 10-1 mm 极高频( EHF) 雷达、卫星通信、微波接力、导航备注,K,103; M,106; G,109
1常见频率范围名称三、常用数据及单位换算转换公式 量的单位 量的名称
μW/cm2× 100 W/m2 功率密度
mW/cm2× 3763.6 (V/m)2 电场强度平方
mW/cm2÷ 37.636 (A/m)2 磁场强度平方
V/m 电场强度
A/m 磁场强度
V/m dB( μV/m)
转为 V/m
2、单位换算( 1)
6.3 7 6 3/ 2?cmmW
6 3 6.37/ 2?cmmW
)620(10?dB
2、单位换算( 2)
单位名称 定义 换算关系 举例
dBm 功率绝对值的值 10lgP(功率值 /1mw) 对于 40W的功 dBm值:10lg( 40W/1mW)=46dBm
dBi 增益的值(功率增益) 10lgG(基准为全方向性天线) 增益 15dB的值:G=1015/10=31.62
dBd 增益的值(功率增益) 10lgG(基准为偶极子天线)
dBd=dBi-2.15
第二章 相关法规的介绍
第一节 常用标准
第二节 电磁辐射防护规定一 常用标准
( 1)电磁辐射防护( GB8702-88)
( 2)电磁辐射监测与仪器方法( HJ/T 10.2-1996
( 3)移动通信基站电磁辐射监测技术方法(试行)
( 4)电磁辐射环境影响评价方法和导则( HJ/T
10.3-1996)
二、电磁辐射防护规定
,电磁辐射防护规定,( GB8702-88)
1、电磁辐射防护限值
( 1) 基本限值
① 职业照射:在每天 8h工作期间内,任意连续
6min按全身平均的比吸收率( SAR)应小于
0.1W/kg。
② 公众照射:在一天 24h内,任意连续 6min按全身平均的比吸收率( SAR)应小于 0.2W/kg。
( 2) 导出限值
①职业照射:在每天 8h工作期间内,电磁辐射场的场量参数在任意连续 6min内的平均值应满足表 2-1-1要求,
表 2-1-1 职业照射导出限值频率范围( MHz) 电场强度( V/m) 磁场强度
( A/m)
功率密度( Wm2)
0.1~ 3 87 0.25 (20)1)
3~ 30 150/ f0.5 0.40/ f0.5 (60/f)1)
30~ 3000 (28)2) (0.075)2) 2
3000~ 15000 (0.5 f0.5)2) (0.0015f0.5)2) f/1500
15000~ 300000 (61)2) (0.16)2) 10
注,1)系平面波等效值,供对照参考。
2)供对照参考,不作为限值;表中 f是频率,单位为 MHz;表中数据作了取整处理。
② 公众照射:在一天 24h内,环境电磁辐射场的场量参数在任意连续 6min内的平均值应满足表 2-1-2要求。
表 2-1-2公众照射导出限值频率范围( MHz) 电场强度( V/m) 磁场强度
( A/m)
功率密度( Wm2)
0.1~ 3 40 0.1 (4.0)1)
3~ 30 67/ 0.17/ (12/f)1)
30~ 3000 (12)2) (0.032)2) 0.4
3000~ 15000 (0.22)2) (0.001)2) f/7500
15000~ 300000 (27)2) (0.073)2) 2
注,1)系平面波等效值,供对照参考。
2)供对照参考,不作为限值;表中 f是频率,单位为 MHz;表中数据作了取整处理。
③ 对于一个辐射体发射几种频率或存在多个辐射体时,其电磁辐射场的场量参数在任意连续
6min内的平均值之和,应满足式( 2-1-1):
≤1 2-1-1
式中,Ai,j— 第 I个辐射体 j 频段辐射的辐射水平;
Bi,j,L— 对应于 j频段的电磁辐射所规定的照射限值。
④ 对于脉冲电磁波,除满足上述要求外,其瞬时峰值不得超过表中 1,2所列限值的 1000倍。
⑤ 在频率小于 100 MHZ的工业、科学和医学等辐射设备附近,职业工作者可以在小于
1.6A/m的磁场下 8h连续工作。
i j
Lji
jiBA
,,
,
3、监测结果评价
( 1) 当工作场所的电磁辐射水平超过限值时,必须对电磁辐射体的工作状态和防护措施进行检查,查明原因,并应采取有效治理措施。
( 2) 某电磁辐射体使环境电磁辐射水平超过本规定的限值时,必须尽快采取措施降低辐射水平,同时向环境保护部门报告产生过量辐射照射的原因以及准备治理的措施。
( 3)在对辐射水平进行评价时,应考虑到某一辐射体可能存在的几种辐射频率的贡献以及多个辐射体的贡献,即应满足式( 2-1-2):
≤1 2-1-2
式中,QM,N— 第 M个辐射体 N频段辐射的辐射水平;
QM,N,L— 对应于 N频段的电磁辐射所规定的照射限值。

m n LNM
NMQQ
,,
,
第三章 监测方法第二节 电磁环境监测
电磁环境的测量与实验室的测量有很大的不同,由于一般是室外测量,环境条件复杂,空域中的频谱很宽,
辐射场变化幅度很大,部分环境点需要进行连续测量等特点。必须根据环境电磁场的特点和规律采用专用测量仪器,针对每一类辐射源特点制定具体的测量方法,形成一套科学的、实用的测量规范,使监测数据具有可比性和客观性。
电磁环境现状监测按,辐射环境管理导则 电磁辐射监测仪器和方法,( HJ/T10.2-1996)和,移动通信基站电磁辐射环境监测方法,(环发 [2007]114号)的要求进行。现状监测要点如下:
一、监测条件
1、气候条件
气候条件应符合行业标准和仪器标准中规定的使用条件。测量记录表应注明环境温度、相对湿度。
环境温度一般为 -10~ +40℃,相对湿度小于 80%。室外测量应在无雨、无雪、无浓雾。
为保证测量数据的可比性,测量中测量人员的操作姿势和与仪器的距离(一般不应小于 0.5m)应保持相对不变,无关人员远离天线,馈线和测量仪器 3m以外。
2、测量高度
取离地面 1.7— 2m高度。也可根据不同目的,选择测量高度。
3、测量频率
选频测量中一般取电场强度测量值 >50dBμV/m的频率作为测量频率 (根据需要可选择 <50dBμV/m信号测量 )。
4、测量时间
根据目前广播电视和移动通信均为城市主要电磁辐射源的特征,测量时间可根据监测对象和目的确定。一般可分昼间和夜间,工作时段或休息时段(如早、中、晚、
夜间)等。若 24小时昼夜测量,昼夜测量点不应少于 10点。每次测量观察时间不应小于 15秒,并读取稳定状态下的最大值。若指针摆动(显示值起伏较大)过大,应适当延长观察时间。
测量仪器为自动测试系统时,每次测量时间不小于 6min,连续取样数据采集样率为
2次 /S。
二、布点方法
1、典型辐射体环境测量布点
对典型辐射体,比如某个电视发射塔周围环境实施监测时,则以辐射 体为中心,按每间隔 45° 的八个方位为测量线,每条测量线上选取距场源分别 30,50,100m等不同距离定点测量,测量范围根据实际情况确定。
2、一般环境测量布点
对整个城市电磁辐射测量时,根据城市测绘地图,将全区划分为 1x
1km2或 2x 2km2小方格(小城市网格可按 0.5x 0.5km2),取方格中心为测量位置。
3、测点考察与调整
按上述方法在地图上布点后,应对实际测点进行考察。考虑地形地物影响,实际测点应避开高层建筑物、树木、高压线以及金属结构等,
尽量选择空旷地方测试。允许对规定测点调整,测点调整最大为方格边长的 1/4,对特殊地区方格允许不进行测量。需要对高层建筑测量时,应在各层阳台或室内选点测量。
3、监测布点要求
( 1)新建项目:应在项目建设边界处、中心处及评价范围内典型敏感目标处布置监测点;
( 2)改扩建项目:应在原台站边界处、天线发射主瓣方向、
改扩建处及评价范围内典型敏感目标处布置监测点;
( 3)建设项目周边有楼房或高层建筑时:要增加楼房不同高度(楼层)的场强垂直分布测点,特别是中短波发射天线周边建筑、移动通信及微波通信主瓣方向上的建筑更应关注其场强垂直分布测量值;在室内监测,一般选取房间中央位置,点位与家用电器等设备之间距离不少于 1m;在窗口(阳台)位置监测,探头(天线)尖端应在窗框(阳台)界面以内;
( 4)进行监测时,应设法避免或尽量减少周边偶发的其他辐射源的干扰。
4、做好现场记录
主要包括监测台站信息、监测条件、监测结果及相关信息和现场布点示意图等。
三、测量仪器
1、非选频式辐射测量仪(综合场强仪)
具有各向同性响应或有方向性探头的宽带辐射测量仪属于非选频式辐射测量仪。用有方向性探头时,应调整探头方向以测出最大辐射电平。
2、选频式辐射测量仪(分频式测量仪)
各种专门用于 EMI测量的场强仪,干扰测试接收机,以及用频谱仪、接收机、天线自行组成测量系统经标准场校准后可用于此目的。测量误差应小于 ± 3dB,频率误差应小于被测频率的 10-3数量级。该测量系统经模 /数转换与微机联接后,通过编制专用测量软件可组成自动测试系统,达到数据自动采集和统计。
自动测试系统中,测量仪可设置于平均值(适用于较平稳的辐射测量)或准峰值(适用于脉冲辐射测量)检波方式。
每次测试时间不少于 6min,数据采集取样率为 2次 /s,进行连续采样。
四、测量数据处理
测量数据处理参照下列公式:
1)一个频点多次测量平均值
2-3-1
式中:
Eij—— 测量点位某频段中频率 i点的第 j次场强测量值,V/m;
n—— 测量点位某频段中频率 i点的场强测量次数;
—— 测量点位某频段中频率 i点的场强测量值的平均值,V/m。
2)某频段多个频点综合场强值
2-3-2
式中:
ES—— 测量点位某频段中的综合场强值,V/m;
m—— 测量点位某频段中被测频率点的个数。
3)某时段某频段综合场强值
2-3-3
式中:
EG—— 测量点位 24h(或一定时间内)内测量的某频段的综合场强的平均值,V/m;
k—— 24小时(或一定时间内)内测量某频段电磁辐射的测量频次。
如果测量设备是非选频式宽带辐射测量仪,可由公式( 2-3-1)和( 2-3-3)
直接计算,公式中的带入量作相应的变动即可。
nj iji EnE 11
mi iS EE 1 2
ks SG EkE 11
五、注意事项
1、综合场强监测
广播电视及无线电通信发射台站为发射有用的信息、电磁波,台站附近场强一般较高(比环境背景场强值有一个较大增量),故项目建设地点电磁环境背景值监测一般采用综合场强监测即可。仪器频率范围要包括广播电视及无线电通信建设项目工作频率范围。如中短波台站频率范围 为 0.15-30MHz,电视及调频广播台站频率范围为 30-1000MHz,移动通信台站频率范围为 100-2000MHz,微波及卫星通信台站频率范围为
1-40GHz。
在辐射源的近区场中,电场 E和磁场 H的大小没有确定的比例关系,需分别测量。对于电压高而电流小的场源,主要测量电场;对于电压低而电流大的场源,主要测量磁场。近区场场强一般较大,是一种非常复杂的非均匀场。因此,近区场强仪的量程应当足够大,而测量探头应当足 够小,以保证测量仪器的安全和测量值的准确性。
2、分频场强监测
为了解建设地点现状电磁环境频率分布特征或需要了解多个电磁波发射源中各个发射源的电磁辐射贡献量时,则采用选频式辐射测量仪进行分频场强监测。根据目前我国无线电设备频率范围,分频场强监测所采用的选频式辐射测量仪频率范围一般为 0.15MHz- 40GHz,它包括了中短波、超短波及微波段大部分频点。根据建设项目性质(工作频率特征) 可以灵活地选择部分常用频段即可。