第7章电磁污染与防治

4．电磁波在不同介质中的衰减
均匀介质(如空气)中，由于没有能量损耗， 电磁波的波形不随距离改变。电场和磁场在 时间上同相，在空间上互相垂直，均做正弦 函数形式的周期性变化，而且也都与传播方 向垂直。
电磁波在无耗损介质中的传播
金属等传导介质有大量自由电子，在电磁 场的作用下形成定向运动而产生电流，形成 的电流在传导介质中做功产生焦耳热，引起 电磁波能量的损耗、衰减。金属电导率很大， 导体内的电荷密度为零，电荷只能分布在导 体的表面层，加之电磁波在导体内强烈衰减， 不能深人到导体内层，所以，电磁波在传导 介质中的传播，实际上只在传导介质的表面 层或界面上进行。电磁波在传导介质中传播 会强烈衰减。
一. 电磁波的周期、频率、波长和波速
电磁振荡产生电磁波，各种电磁波的频率 与波长不同，在空气中均以光速传播 c=2.993× 108m/s。
周期是指电磁波发生一次完全振动所需要 的时间，单位是s，周期与频率互为倒数。
频率是电磁波每一秒振动的次数，单位是 Hz。微波的频率很高，常用KHz，MHz等表示。
(2)按照屏蔽的内容分为电磁屏蔽、静电屏蔽和磁屏 蔽三种。
电磁屏蔽采取一定的措施以消除电磁感应的影响；
静电屏蔽是利用静电场的特性，使电场线终止于 屏蔽体的表面上，从而抑制电场的干扰；
磁屏蔽是用高磁导率材料制成的磁屏蔽体将磁场 封闭在内，以防止电磁辐射的危害。实际防治工作 中采用最多的是电磁屏蔽。
2．电磁场屏蔽机理
1．近区场 以场源为零点或中心，在1/6波长范围之
内的区域称为近区场。由于近区场的作用方 式为电磁感应，故又称为感应场，感应场内 的电磁能量随着与场源距离的增大而较快衰 减。近区场具有如下特性：
(1)在近区场内，电场强度E与磁场强度H的大 小无确定的比例关系。电场强度值较大时磁 场强度比较小；槽路线圈等部位附近，磁场 强度值很大而电场强度值则很小。高电压小 电流的场源(如天线、馈线等)电场强度比磁 场强度大得多，低电压大电流的场源(如电流 线圈)磁场强度则大于电场强度。
第7章 电磁污染与防治
7.1 概述
一、电磁电磁环境和电磁辐射污染
电磁环境 指某个存在电磁辐射的空间范围。电 磁辐射以电磁波的形式在空间环境中传播，不能静 止的存在于某个空间。人类生活的环境中充满了电 磁辐射。
二、电磁辐射污染源 1. 电磁辐射污染源的种类
天然的电磁辐射源，又称为宇宙射线。 人工电磁场源。
磁导率是描述介质对磁场的影响，相对磁 导率μr是介质磁导率与真空磁导率之比。真 空磁导率μ0=1.257×10-6H/m
电磁波在介质中传播的速度v
v c0
r r
C0真空中的光速2.993×108m/s 定义空气中εr 和μr的值均为1 电磁波的波长与频率的关系为
c
f
二.场区分类及其特点
电磁场屏蔽主要是依靠屏蔽体的反射和吸收 起作用。
(1)吸收：电损耗、磁损耗及介质损耗等共同 组成了屏蔽体的吸收作用。通过这些损耗在屏蔽 体内转化为热消耗，从而达到阻止电磁辐射和防 止电磁干扰的目的。
1 (
2
E2 H2)
四. 电磁波的传播特性
1. 电场分量和磁场分量 若作简谐振动的电磁波沿着z方向传播，作x
分量的电场Ex的表达式为
Ex Em cos(t kz)
Em 电磁波的振幅，V/m
k 2 2 v
y分量的磁场Hy的表达式为
Hy

Ex

Ex
d
dk
7. 电磁波谱
无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和7 射线等都是电磁波，但各自的频率(或波长)不同， 按其频率(或波长)的大小依次排列成谱图，即为电 磁波谱。
所有交流电磁场都处于电磁波的频谱中。无线电 波波长为10 000m至0.1mm，在电磁波谱中占有很大 的频段，按频率高低(即波长的长短)可以将无线电 波再进行划分。继无线电波之后为红外线、可视线、 紫外线，X射线等。
波长是电磁波在一个周期内所经过的距离， 单位有Å（埃），μm（微米）或m（米）。
1m=106μm=1010Å
电磁波的传播速度与所处介质的电和磁的 特性有关，其影响参数有介质的介电常数ε 和磁导率μ。
相对介电常数是同一平板电容器在含有某 种介质εr时的电容量与真空电容量之比。真 空介电常数ε0=8.85×10-12F/m，通常以真空 值代替空气值。
we
1
2
E2
we 电场能量密度，J/m3 ε介电常数，F/m
E电场强度，V/m
磁场中所具有的能量可用磁场中各点的能 量密度来表示，即
wm

1
2
H2
wm 磁场能量密度，J/m3 μ磁导率，H/m
H磁场强度，A/m
电磁场的能量密度 w 等于各点电场能量和 磁场能量之和，即
w we wm
Hy
——介质的本征阻抗
2. 电磁波的传播方向
电场强度E和磁场强度H互相垂直的关系 可以用右手螺旋法则来描述，即右手四指由 电场强度方向转向磁场强度方向时，垂直伸 直的大拇指的方向就是电磁波的传播方向， 用矢量S来表示
S=E×H
3．波的极化 指电场E的取向，由电场的方 向来决定。电场的水平分量和垂直分量的相 位相同或相反时为直线极化波；电场的水平 分量和垂直分量振幅相等，而相位相差90° 或者270 °则称为圆极化波；若电场两个分 量的振幅和相位都不相等，则为椭圆极化波。 工程上常使用的是直线极化波与圆极化波。
电磁波谱图
6.2.3 射频电磁场与电磁辐射的量度 单位
一般交流电的频率在50Hz左右，当交流电 的频率达到105Hz以上时，其周围就形成了高 频率电场和磁场，即射频电磁场，通常将每 秒钟振荡十万次以上的交流电称为高频电流， 因此射频电磁场也称高频电磁场。
射频电磁场是非电离辐射，其电子能量在 1.2 x10-6～4 x10-4eV，没有电离作用。初期 多应用在无线电广播事业中，故又称为无线 电波。通常射频电磁场按频率划分不同的频 段。其中低—高频段应用的对象为无线电广 播，甚高频段应用的对象为电视，特高—极 高频段应用对象为微波技术。
(2)近区场电磁场强度比远区场的要大得多， 且近区场电磁场强度比远区场电磁场强度的 衰减速度快。
(3)近区场电磁感应现象与场源密切相关， 近区场不能脱离场源而独立存在。
2．远区场
在1／6波长范围之外的区域称为远区场，由于该 区域内的电磁波以辐射状态出现，故又称为辐射场。 远区场按自己的规律运动变化；远区场电磁辐射强 度随距离衰减比近区场缓慢。具有如下特性： (1)远区场的电场强度与磁场强度有固定的关系， 即
2.磁场（H）
在电流通过的导体周围所产生的具有磁力的 场称为磁场。若通过导体的是直流电，相应 产生的磁场是恒定的；若通过的电流是交流 电，则产生的磁场是变化的。磁场频率随着 电场频率的变化而变化，两者大小呈正比关 系。
7.2.2 电磁场与电磁辐射
交变的电场周围会产生电场，交变的磁场 周围也会产生新的磁场，它们相互作用，方 向相互垂直，并与自己的运动方向垂直。这 种交替产生的具有电场和磁场作用的物质空 间，称为电磁场。电磁场以一定速度在空间 传播，在其传播过程中不断向周围空间辐射 能量，此能量称为电磁辐射，也称为电磁波。
射频电磁场的频率
电磁辐射的量度单位
1.电场强度E 电场强度是用来表示电场中各点电场的强弱和方
向的物理量，用单个电荷在电场中所受到的力的大 小来衡量，同一电荷在电场中所受力大的地方其场 强就大，反之场强就弱。电场强度的表示单位一般 用V／m(伏／米)、mV／m(毫伏／米)和μ V／m(微伏 ／米)表示。
电磁波在有耗损介质中的传播
电磁波在良导体(金属)中衰减很快，通常只能在 表面层或界面上传播，尤其在频率很高的情况下， 只能透人良导体中一薄层。电磁波能够穿入金属的 深度常用趋肤厚度(又称穿透深度)来表示，即
1 f
穿透深度，m
μ介质的磁导率，H/m
介质的电导率，m/s
5. 电磁波的反射和透射 电磁波在传播中遇到分界面时会发生反射和透射
②被动防护与治理，即从被辐射方着手进行防护， 包括：采用调频、编码等方法防治干扰；对特定区 域和特定人群进行屏蔽保护。
根据电磁辐射防护技术原则，可将电磁辐 射防护的形式分为两大类：
①在泄漏和辐射源层面采取防护措施。减少 设备的电磁漏场和电磁漏能，使泄漏到空间 的电磁场强度和功率密度降低到最小程度。
电磁波的反射和透射
平面波在理想的导电平面上垂直入射时， 其反射系数R和传输系数（透射系数）T分别 为
R 1 2 1 2
T 2 2 1 2
6. 电磁波的相速与群速 电磁波相位变化称为相速度vp，

vp k
电磁波信号传播的速度，即能量传播的速度
称为群速度vg
vg

国际电磁辐射标准：目前，大约有20个国 家制定了工频电场的电磁辐射标准，少数国 家制定了工频磁场卫生标准，国际辐射防护 协会制定了射频电磁辐射标准，无线电通信 标准以及磁场标准。
7.4 电磁辐射污染的防治
一、电磁辐射防护基本原则 制订电磁辐射防护技术措施的基本原则是：
①主动防护与治理，即抑制电磁辐射源，包括所有 电子设备以及电子系统。包括：设备的合理设计； 加强电磁兼容性设计的审查与管理；做好模拟预测 和危害分析工作等。
在表示电场干扰大小时，常用dB(分贝)来衡量， 在微波领域，电磁场的强弱常用功率密度来表示， 如W／m2(瓦／厘米2)、 mW／m2(毫瓦／厘米2)和 μ W ／m2(微瓦／厘米2)。
2.磁场强度H
磁场强度与电介质中的电位移矢量相对应。 磁场强度的单位通常用A／m(安／米)、mA／ m(毫安／米)、μA／m(微安／米)表示。
微波对生物作用的主要效应
受检人员症状百分比与场强关系统计
7.2 电磁辐射基础
7.2.1 电场与磁场
1. 电场（E） 电荷存在于一切物体之中，通常正负电荷的作用
正好相互抵消，所以觉察不到。凡是有电荷的地方， 四周就存在电场，即任何电荷都在自己周围空间激 发电场，而电荷与电荷之间通过电场发生相互作用， 电荷与电场时不可分割的整体。静止电荷周围的电 场称为静电场，运动电荷周围的电场称为动电场， 起电的过程就是电场建立的过程。
②在作业人员层面(包括其工作环境)所采取 的防护措施。增加电磁波在介质中的传播衰 减，使到达人体时的场强和能量水平降低到 电磁波照射卫生标准以下。
二、电磁辐射防治的基本方法
(一)屏蔽 1．屏蔽的分类 屏蔽是指采取—切可能的措施将电磁辐射的作 用与影响限定在一个特定的区域内。 (1)按照屏蔽的方法分为主动场屏蔽与被动场屏蔽。 区别在于场源与屏蔽体的位置不同。前者场源位于 屏蔽体之内，用来限制场源对外部空间的影响；后 者场源位于屏蔽体之外，主要用于防治外界电磁场 对屏蔽室内的影响。
天然的电磁辐射来源
人工的电磁辐射来源
三、电磁辐射的危害
电磁辐射对人体的健康、生态环境以及装置设备 都能产生影响和危害。
对人健康的危害的因素与辐射源、周围环境及受 体差异有关，主要是频率、电磁场强度、波形、与 辐射源的距离、照射时间与累计频次影响人体健康。
按对人体危害程度由大到小顺序排列，依次为微 波、超短波、短波、中波、长波，即波长越短，危 害越大。
射频电磁场的频段不同，其测量采用的单 位也有所不同。高频(100 kHz—30MHz)与甚 高频(30—3ห้องสมุดไป่ตู้0 MHz)的电场强度用V／m、mV／ m、 μV／m或分贝表示。特高频(>300 MHz)是 以功率密度量度，其单位为W／cm2、mW／cm2 或μW／cm2。
7.3 电磁辐射的防护标准
我国自20世纪80年代以来先后制定了作 业场所电磁辐射安全卫生标准、电磁辐射环 境安全卫生标准和干扰控制标准三类标准。
E 0 / 0 H 120 H 377H
μ0 真空中的磁导率，H/m ε0 真空中的介电常数，F/m
（2）电场E与磁场H相互垂直，并且都与传播 方向垂直。
（3）电磁波在真空中的传播速度为
c 1 3108 m / s
0 0
三.电磁场的能量
电场中所具有的能量可用电场中各点的 能量密度来表示，即