电磁场近远区区分方法及电磁辐射频率范围

三、电磁辐射物理原理

1、电磁场的产生及性质

⑴产生

根据电磁学基本理论，带电粒子周围会有相应的电场分布，随时间变化的带电粒子产生变化的电场。由于带电粒子周围电位不同的两点之间存在电位差，因此在两点间形成了电压。

当大量的带电粒子定向移动时形成了电流，电流周围产生磁场，随时间变化的电流产生变化的磁场。

电磁场是一种特殊的物质形态，可以单独在空间中传播。变化的电场能产生磁场，反之，变化的磁场也能产生电场，

对电磁场的测量通常有：电场强度v/m，磁场强度A/m，功率密度W/m2。

对于工频磁场，常用磁感应强度B表示磁场强弱，磁感应强度B与磁场强度的关系为，B=μ0H，μ0为真空磁导率，μ0=4π×10-7，当磁场强度H以(A/m)为单位，磁感应强度B以μT（微特斯拉）为单位时，B=1.2566H。

⑵性质

矢量

电场与磁场是矢量，不但有量值大小，还有方向，所以对于非各向同性的测量天线，测量时必须调整天线方向，直到读数为最大值为止。从目前情况来看，一般情况下，综合场强仪都是各向同性天线（探头）。

电磁场的迭加

电磁场有可迭加的性质，空间任一点的电场（或磁场）为不同电荷（或电流）在该点产生的电场（或磁场）的矢量和。理想导体内及所严密包围的空间内的电场强度为零，理想导体上各个位置的电位相等，理想导体表面的电场方向垂直理想导体表面。（如果不垂直，则电场有沿导体表面的分量，导体表面成了非等位面）。

电磁波的干涉、绕射、反射、透射

由惠更斯-菲涅耳原理，包括电磁波在内的一切波有干涉、绕射、镜面反射、漫反射（散射）、透射等特性。

当辐射源与测量点之间有障碍物时，电磁波可通过绕射方式达监测点，但强度能量有很大的损失。

同一波源发出的波通过不同路径传播到达测量点，这些波在测量点的相位一般不同，由此产生相消干涉或相加干涉。同相相加，反相相消。干涉的结果使得电磁波能量的空间分布发生变化，因此出现在测量中可能距离辐射源相同的点位但测量值却相差较大，但对电磁波的总能量来说是不变的。

当电磁波入射到两种介质（如空气与大地）的分界面上时，会发生反射与透射，一部分能量进入新的介质形成透射波，另一部分能量被反射回原先的介质形成反射波。当反射波和源辐射波相遇时也会产生干涉叠加，形成场的不均匀分布。因此在测量中要考虑到反射物可能带来的影响。

对于良导体，电磁波能量基本上被全部反射回去，不能透射到导体深处。在介质的分界面起伏不平的程度远小于波长时，形成镜面反射，入射角等于反射角。否则形成漫反射（散射）。

因此由平整的导体所形成的反射波导致的干涉叠加容易在空间中形成驻波。测量时给予注意。

综合经上因素，测量点周围的物体都可反射电磁波，与其他传播路径（包括直射、地面反射等）的电磁波产生相消干涉或相加干涉，影响测量结果。因此，对电磁测量的要求：

①测量无关人员应尽量远离测量天线（探头），测量人员不能站在电磁波的传播路径进行测量，以防止由测量人员身体反射电磁波带来影响。

②对职业暴露测量布点应尽量放在常规工作位置，在操作工人离开的情况下进行。

③对于一般的电磁辐射环境监测布点，测点应选在开阔地段，要尽可能避开各种因素的影响。

频谱

时域

将电磁场量（E、H或S）表示成随时间变化的函数g(t)，称为时域表示。

在时域表示中，平面直角坐标系的横轴为时间t，纵轴为电磁场量大小g(t)，表示电磁场量大小随时间变化，不同时刻t的电磁场量大小g(t)不同。将电磁场量换成股票指数，就是股市涨跌图了。时域表示很直观，通过常识容易理解。

频域

将电磁场量（E、H或S）表示成随时间变化的函数g(t)，表示成频率的函数G(f)，称为频域表示。函数G(f) 称为电磁场量的频谱。

在频域表示中，平面直角坐标系的横轴为频率f，纵轴为电磁场量大小G(f)，表示电磁场量大小随频率而变，不同频率f的电磁场量大小G(f)不同，换一个更能显露其物理意义的等效说法，不同频率分量f的频谱强度G(f) 不同。

（时域）正弦波为单一频率的波，其频谱为一根竖线。如手机机站信号。

基波和谐波

周期为T的非正弦波可分解成（看作）一系列正弦波的迭加，这些正弦波中频率最低的称为基波，其频率f0=1/T，其余正弦波称为谐波，频率为nf0，

n=2,3,4……，n称为谐波次数。周期性的非正弦波频谱是离散的。一般基波频谱强度最大，谐波次数越高，频谱强度越小。

为了简化设备，降低成本，工科医设备的电磁振荡源的频谱质量很差，除了振荡频率（周期）的变化之外，振荡波形也有畸变，偏离正弦波形，造成谐波干扰。这类干扰源中常见的典型设备是塑料热合机。其基波频率虽然远离广播电视的接收频率，但是其谐波频率可能落入广播电视的接收频率范围，干扰电视的图像与

声音。

广播电视及移动通信等携带有信息的调幅(AM)、调频(FM)及调相电磁波源的频谱是离散的，频谱范围较窄。其测量可用峰值检波的电视场强仪或频谱分析仪。

非周期性的脉冲波的频谱是连续的，没有基波频率，频谱低端从零频率（直流）开始。脉冲波的上升及下降沿越陡，脉冲越窄（持续时间越短），频谱就越宽。火花放电产生的电磁脉冲就是这种脉冲波，其频谱很宽，可对不同频段的信号接收造成干扰。其测量必须用准峰值检波的测量接收机、干扰场强仪或频谱分析仪。

雷雨闪电时所有波段的收音机、电视机都会有大的杂音，街上的摩托车报警器发出叫声，说明闪电所发射电磁波的频谱很宽。闪电是一种火花放电，所发射电磁波是脉冲波，由此可从经验了解到，脉冲波的频谱很宽。

极化

定义：在最大辐射方向上电场矢量端点运动的轨迹。

电场矢量端点运动的轨迹如为园，称园极化。如为椭圆，称椭圆极化。

电场矢量端点运动的轨迹如为直线，称线极化，以地面为参考，又分为垂直极化和水平极化。一般而言，单根线状发射天线的方向即为所发射电磁波的极化方向，中波天线垂直于地面，所以辐射垂直极化波，主要传播途径为地波传播；短波天线平行于地面，所以辐射水平极化波，主要传播途径为天波传播（通过电离层反射）。

四、电磁辐射的测量基础知识

电磁辐射的测量方法通常与测量点位和辐射源的距离有关，即，所进行的测量是远场测量还是近场测量。由于远场和近场的情况下，电磁场的性质有所不同，因此，要对远场和近场测量有明确的了解。

1、电磁场的远场和近场划分

电磁辐射源产生的交变电磁场可分为性质不同的两个部分，其中一部分电磁场能量在辐射源周围空间及辐射源之间周期性地来回流动，不向外发射，称为感应场；另一部分电磁场能量脱离辐射体，以电磁波的形式向外发射，称为辐射场。

一般情况下，电磁辐射场根据感应场和辐射场的不同而区分为远区场（辐射场）和近区场（感应场）。由于远场和近场的划分相对复杂，要具体根据不同的工作环境和测量目的进行划分，一般而言，以场源为中心，在三个波长范围内的区域，通常称为近区场，也可称为感应场；在以场源为中心，半径为三个波长之外的空间范围称为远区场，也可称为辐射场。近区场通常具有如下特点：

近区场内，电场强度与磁场强度的大小没有确定的比例关系。即：E 377H。一般情况下，对于电压高电流小的场源(如发射天线、馈线等)，电场要比磁场强得多，对于电压低电流大的场源(如某些感应加热设备的模具)，磁场要比电场大得多。