物理性污染控制_第四章_电磁辐射污染及其防治.ppt

人类对电磁辐射的利用始于1831年英国科学家法拉第发现电磁感应现象 时至今日 电磁辐射已经深入到人类生产 生活的各个方面 但电磁辐射的大规模应用 也带来了严重的电磁污染 第四章电磁辐射污染及其防治 第一节概述 一 电磁环境和电磁辐射污染 电磁环境是指存在电磁辐射的空间范围 电磁辐射污染 指产生电磁辐射的器具泄露的电磁能量传播到室内外空间 其量超出环境本底值 其强度和持续时间等综合影响引起周围人群的不适感 或超过仪器设备所容许的限度 二 电磁辐射的来源 1 天然源 地球本身是一个大磁场 表面的热辐射和雷电都可产生电磁辐射 此外 太阳及其它星球自外层空间也源源不断地产生电磁辐射 但天然产生的电磁辐射对人体没有多大的损害 对人体构成威胁 对环境造成污染的是人工电磁辐射 雷达系统 电视和广播发射系统 射频感应及介质加热设备 射频及微波医疗设备 各种电加工设备 通信发射台站 卫星地球通信站 大型电力发电站 输变电设备 高压及超高压输电线 地铁列车及电气火车以及大多数家用电器等 是产生不同形式 不同频率 不同强度的电磁辐源 2 人为源 三 电磁辐射污染的危害 1 电磁辐射对人体的危害多种频率电磁波特别是高频波和较强的电磁场作用人体的直接后果是在不知不觉中导致人的精力和体力减退 容易产生白内障 白血病 脑肿瘤 心血管疾病 大脑机能障碍以及妇女流产和不孕等 甚至导致人类免疫机能的低下 引起癌症等病变 2 电磁辐射对机械设备的危害影响飞行 航海安全 交通指挥灯的失控 自动化操作的失灵 假警报 电视机被干扰 3 电磁辐射对安全的危害电磁辐射会引燃引爆 特别是高场强作用下引起火花而导致可燃性油类 气体和武器弹药的燃烧与爆炸事故 第二节电磁辐射基础 一 场的分类场是表征空间区域中各点物理量的时空分布函数 标量场 空间各点仅有大小的物理量如温度 密度 气压和电位场矢量场 空间各点既有大小又有方向的物理量如速度 加速度 重力 电场和磁场 静态场 仅由空间位置确定 不随时间变化的场如静电场和静磁场时变场 动态场 同时随空间位置和时间变化的场如时变电磁场 静电荷 相对观察者静止 量值不随时间变化的电荷静电场 静电荷在其周围空间产生的电场电荷受到作用力揭示了电场的存在 反映了电场的物质性 二 电场 1 静电场 库仑定律 真空电容率 作用力方向 在两点电荷的连线或其延长线上 由施力电荷指向受力电荷 电场强度定义 设在电场中某点处有一个试验电荷qt受力为F qt放在不同的位置 所受的电场力的大小和方向各不相同 即qt所受电场力F F r 是电场区域中的坐标函数 r点函数 其极限 单位是V m 静电场最基本的特征是对静止电荷有作用力 表明静电场具有能量 这种电场能量处于静态条件 以位能形式存在着 我们称之为 静电能量 在静电场中导体中没有电场 没有电荷的运动 当导体中有电场存在时 导体中的自由电荷在电场力的作用下就会作定向运动 形成电流 2 恒定电场 如导体中电场保持不变 运动着的自由电荷在导体中的分布将达到一种动态平衡 不随时间而改变 这种运动电荷形成的电流称为恒定电流 维持导体中具有恒定电流的电场称为恒定电场 电场所具有的能量可用电场中各点的能量密度表示 介电常数 F m 恒定电场在导电媒质中引起了恒定电流 而恒定电流在它的周围空间又产生了磁场 称为恒定磁场 三 恒定磁场 恒定磁场对运动电荷有作用力 洛仑兹力 作用力大小与方向与电荷运动的速度和运动方向相关 磁感应强度 描述磁场强弱和方向的基本物理量 为垂直于磁场方向长1米 电流为1A的导线所受磁场力的大小 q 带电粒子电荷量E 电场强度v 带电粒子速度B 磁感应强度 媒质处于外磁场中 媒质中分子电流受到磁场的洛仑兹力作用 其磁矩将朝外磁场方向偏转 趋向于较为有序的排列 对外呈现宏观磁矩 这种媒质中分子电流的磁矩取向趋向一致的现象称为媒质的磁化 其结果使外磁场得到加强 磁场强度 B 磁感应强度M 磁化强度 0 真空的磁导率 磁场具有的能量可用磁场中各点的能量密度来表示 磁性材料里面分成很多微小的区域 每一个微小区域就叫一个磁畴 每一个磁畴都有自己的磁矩 即一个微小的磁场 一般情况下 各个磁畴的磁矩方向不同 磁场互相抵消 所以整个材料对外就不显磁性 当各个磁畴的方向趋于一致时 整块材料对外就显示出磁性 所谓的磁化就是要让磁性材料中磁畴的磁矩方向变得一致 当对外不显磁性的材料被放进另一个强磁场中时 就会被磁化 但是 不是所有材料都可以磁化的 只有少数金属及金属化合物可以被磁化 四 时变电磁场 交变磁场周围产生电场 交变电场周围又会产生新的磁场 它们相互作用 方向互相垂直 并与自己的运动方向垂直 这种交替产生的具有电场与磁场作用的物质空间 成为时变电磁场 时变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 此能量成为电磁辐射 亦称为电磁波 磁场具有的能量可用磁场中各点的能量密度来表示 介电常数 F m 磁导率 H mH 磁场强度 E 电场强度 在电磁波中 变化的电场产生变化的磁场 变化的磁场又产生变化的电场 伴随着电场和磁场的传播是能量的传输 五 电磁波 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 右手四指由电场强度方向转向磁场强度方向时 垂直伸直的大拇指方向就是电磁波的传播方向 S ExH 电磁作用的传播不是瞬时完成的 即电磁波是以有限速度逐点传播的 其传播速度为 P148 n称为介质的折射率 n 1 相对磁导率 相对介电常数 沿x轴方向传播的正弦均匀平面波 电磁波的周期 频率与波长 理想介质中正弦均匀平面波的传播特点 1 横电磁波 TEM波 电场和磁场与波的传播方向三者两两相互垂直 且满足右手螺旋法则 2 等振幅振荡 电场与磁场作等幅周期性变化 3 同相位 电场与磁场做同相周期性变化 4 电 磁能量密度相等 电磁波的能流密度按相速传播 是相速 相速 波速 与频率无关的单色波 正弦均匀平面电磁波在导电媒质中传播的特点 1 电场与磁场做周期性衰减变化 2 电场领先于磁场一个空间相位差做异相周期性变化 3 电磁波的能流密度做周期性衰减变化 导电媒质中正弦均匀平面电磁波在某时刻沿传播方向的分布 正弦均匀平面电磁波在良导体中传播的特点 1 频率很高时电磁波在良导体的衰减常数非常大 导致电场和磁场的振幅急剧衰减 电磁波无法进入良导体深处 仅存在于其表面附近 呈现显著的集肤效应 2 良导体中的电磁波以磁场为主 传导电流是电流的主要成分 3 良导体中电磁波的相速和波长都较小 极化波 电场方向按一特定规律变化的电磁波 平面极化波 圆极化波 椭圆极化波 平面极化波 线极化波 水平极化波 电场方向与地面平行 我国电视台的电视广播多采用水平极化波 即发射天线是水平安装的 垂直极化波 电场方向和地面垂直的极化波 一般无线电语言广播都采用垂直极化波 圆极化波 电磁波在一个周期中电场振幅不随时间变化 瞬时值在垂直于传播方向的平面内所描绘的轨迹是一个圆的极化波 用于卫星通讯 左旋圆极化波 沿传播方向看 电场在横截面内以等角速度作逆时针方向旋转的圆极化波 右旋圆极化波 电场作顺时针方向旋转的圆极化波 以下内容自学 P151 152 电磁波的反射与透射电磁波的相速与群速电磁波谱 当交流电的频率达到105Hz以上时 其周围就形成了高频电场和磁场 即射频电磁场 无线电波 通常将每秒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 2 106 4 106电子伏特 ev 通常射频电磁场按频率划分为不同的频段 六 无线电波传播 无线电波的电磁波谱无线电波的传播特性与波长或频率f密切相关 无线电波在电磁波谱中的位置 射频 RF 无线电波使用的频率 地波传播 由地面发射天线沿地表传播 适用于长波至米波近距传播 天波传播 由发射天线向天空辐射 在电离层内经连续折射 返回地面的传播 适用于短波远距传播 空间波传播 在发射天线和接收天线的直视距离 无障碍物阻挡 内的传播 适用于米波至微波视距传播 传播方式 无线电波传播的基本方式 空间电波传播类型 第三节电磁辐射防护标准 一 电磁辐射的量度单位 1 电场强度E电场强度单位一般用V m mV m和 V m表示在表示电场干扰大小时 常用dB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 cm2 mW cm2和 W cm2 2 磁场强度H磁场强度单位一般用A m mA m和 A m表示射频电磁场的频段不同 其测量采用的单位也有不同 高频 100kHz 30MHz 与甚高频 30 300MHz 的电场强度用V m mV m和 V m或dB来表示 1mV m 0dB 特高频 300MHz 用功率密度来量度 单位W cm2 mW cm2和 W cm2 二 电磁辐射场区的划分电磁辐射场区一般分为远区场和近区场 1 近区场及特点以场源为中心 在一个波长范围内的区域 称为近区场 也可称为感应场 近区场的特点 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 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 近区场的电磁场强度比远区场大得多 从这个角度上说 电磁防护的重点应该在近区场 近区场的电磁场强度随距离的变化比较快 在此空间内的不均匀度较大 2 远区场及特点以场源为中心 半径为一个波长之外的空间范围称为远区场 也可称为辐射场 远区场主要特点 在远区场中 所有电磁能量基本上均以电磁波形式辐射传播 这种场辐射强度的衰减要比感应场慢得多 在远区场 电场强度与磁场强度有如下关系 在国际单位制中 E 377H 电场与磁场的运行方向互相垂直 并都垂直于电磁波的传播方向 远区场为弱场 其电磁场强度均较小 3 近区场与远区场划分的意义通常 对一个固定 可以产生一定强度的电磁辐射源来说 近区场辐射的电磁场强度较大 应格外注意对电磁辐射近区场的防护 首先对作业人员及处在近区场环境内的人员的防护 其次对位于近区场内的各种电子 电气设备的防护 对于远区场 由于电磁场强较小 通常对人的危害较小 应考虑的主要因素是对信号的保护 另外 应该对近区场有一个概念 对我们经常接触的从短波段30MHz到微波段3000MHz的频段范围 其波长范围从10米到1米 二 电磁辐射评价标准及相关计算方法 一 国际上电磁辐射标准的情况国际上 有两大主流标准 一个是ICNIRP标准 它是国际非电离辐射防护委员会 TheInternationalCommissionforNon IonizingRadiationProtection ICNIRP 发布的标准 主要使用范围在欧洲 澳大利亚 新加坡 巴西 以色列以及我国香港特区 目前 移动制造商论坛 MMF 正在中国积极进行宣传活动 希望中国也能够采用ICNIRP标准 另一个标准是美国的IEEE标准 主要使用范围在美国 加拿大 日本 韩国以及我国的台湾地区 准备采用ICNIRP标准 等 目前在世界卫生组织等国家组织的推动下 IEEE标准的限值今后会统一到欧标 ICNIRP 的限值上 相关标准的修订工作正在进行之中 二 我国电磁辐射标准的情况关于电磁辐射标准 我国目前的状况是多个相关的国家标准同时并存 几个部门同时又在制定或修订类似的国标 我国与电磁辐射相关的国家标准情况如下 GB8702 88 电磁辐射防护规定 GB9715 88 环境电磁波卫生标准 GB12638 90 微波和超短波通信设备辐射安全要求 GB10436 89 作业场所微波辐射卫生标准 GB10437 89 作业场所超高频辐射卫生标准 GB16203 96 作业场所工频电场卫生标准 我国目前使用的电磁辐射标准是GB8702 88 电磁辐射防护规定 它在30MHz 3GHz之间的公众导出限值是40mW cm2 原来卫生部也制订了一个标准GB9715 88 环境电磁波卫生标准 但环保局执法一般按照GB8702 88来进行 链接1 链接2 1 电磁辐射防护规定GB8702 88 基本限值是指判定人体对电磁场产生生理反应的基本量 适用于身体存在场中的情形 人体暴露的基本限值通常以比吸收率 SpecificAbsorptionRate SAR 来表示 使用基本限值和导出限值给出电磁辐射限值 本规定中防护限值的范围为100KHZ 300GHZ 本规定中的防护限值是可以接受的防护水平的上限 并包括各种可能的电磁辐射污染的总量值 导出限值是指可以产生与基本限值相应的电场 磁场和功率通量密度的值 由于基本限值很难测出 所以大多数文件给出了电场 磁场和功率密度的导出 参考 限值 1 电磁辐射防护限值基本限值职业照射 在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 公众照射 在24h内 任意连续6min按全身平均的比吸收率 SAR 应小于0 02W kg 表1职业照射导出限值 导出限值职业照射 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1要求 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 公众照射 在24h内 环境电磁辐射场的参数在任意连续6min内的平均值应满足表2要求 表2公众照射导出限值 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 SAR测定 SAR值测量系统由人体模型 测量仪表 探针 机械臂等组成 测量时 在人体模型内部倒入专用测试液体 液体的电磁性与人体的电磁性一致 将发射源紧贴模型放置 设置好发射源的发射功率 由机械臂带动探针在液体内运动 自动测量场强E 由以下公式可以计算SAR的值 单位 W kg SAR E2 其中 E为电场强 为介电常数 为液体密度 对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 A i j 第i个辐射体受j频段辐射的辐射水平 B i j 对应于j频段的电磁辐射所规定的照射限值 2 环境电磁波卫生标准GB9175 88 本标准适用于一切人群经常居住和活动场所的环境电磁辐射 不包括职业辐射和射频 微波治疗需要的辐射 1 分级标准以电磁波辐射强度及其频段特性对人体可能引起潜在性不良影响的阈下值为界 将环境电磁波容许辐射强度标准分为二级 一级标准为安全区 指在该环境电磁波强度下长期居住 工作 生活的一切人群 包括婴儿 孕妇和老弱病残者 均不会受到任何有害影响的区域 新建 改建或扩建电台 电视台和雷达站等发射天线 在其居民覆盖区内 必须符合 一级标准 的要求 二级标准为中间区 指在该环境电磁波强度下长期居住 工作和生活的一切人群 包括婴儿 孕妇和老弱病残者 可能引起潜在性不良反应的区域 在此区内可建造工厂和机关 但在不许建造居民住宅 学校 医院和疗养院等 已建造的必须采取适当的防护措施 超过二级标准地区 对人体可带来有害影响 在此区内可作绿化或种植农作物 但禁止建造居民住宅及人群经常活动的一切公共设施 如机关 工厂 商店和影剧院等 如在此区内已有这些建筑 则应采取措施 或限制辐射时间 环境电磁波容许辐射强度分级标准 2 卫生要求 复合场强 指两个或两个以上频率的电磁波复合在一起的电场强 其值为各单个频率电场强平方和的根值 E1 E2 En 各单个频率所测得的电场强 V m 自学内容 其它标准 p155 157 电磁辐射评价测量范围p160 第四节电磁辐射污染防治技术 一 电磁辐射防护基本原则 2 电磁辐射防护基本原则 1 主动防御与治理 2 被动防御与治理 1 传播途径空间辐射线路传导 3 电磁辐射防护的形式 1 泄漏和辐射源层面的防护措施特点 减少设备的电磁泄漏场和电磁泄漏能 使泄漏到空间的电磁场强度和功率密度降低到最小程度 2 作业人员层面 工作环境 的防护措施 特点 增加电磁波在介质中的衰减 使到达人体的场强和能量降低到防护标准以下 二 电磁辐射防护基本方法 一 屏蔽 屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离 以控制电场 磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射 1 屏蔽的种类若从屏蔽的作用来分 主要分为两类 屏蔽 接地技术 滤波 城市规划及绿化 1 主动场屏蔽用屏蔽体将元部件 电路 组合件 电缆或整个系统的干扰源包围起来 防止干扰电磁场向外扩散 特点 场源位于屏蔽体之内 所要屏蔽的电磁辐射强 屏蔽结构设计要严谨 屏蔽体要妥善进行符合技术要求的接地处理 2 被动场屏蔽就是用屏蔽体将接收电路 设备或系统包围起来 防止它们受到外界电磁场的影响 特点 场源位于屏蔽体之外 屏蔽体与场源间距大 所要屏蔽的电磁辐射较弱 高压试验屏蔽室 微波暗室 电波暗室 铜网式电磁屏蔽机房 核磁共振屏蔽室 电动气密屏蔽门 通风波导窗 屏蔽视窗 电磁屏蔽柜 屏蔽过滤器 军用屏蔽帐篷 主要功能有 防电子侦察 防电磁干扰辐射 防电磁轰炸 保持棚内电子设施在战时畅通无阻 手机信号屏蔽器 2 电磁屏蔽机理电磁屏蔽按内容可分为电场屏蔽 静电屏蔽和交变电场屏蔽 磁场屏蔽 静磁屏蔽和交变磁场屏蔽 和电磁场屏蔽三种 1 静电屏蔽 1 静电屏蔽 在静电平衡状态下 不论是空心还是实心导体 不论导体本身带电多少 或者导体是否处于外电场中 导体必定为等势体 其内部场强为零 封闭导体壳不论接地与否 内部电场不受壳外电荷与电场影响 接地封闭导体壳外电场不受壳内电荷的影响 静电屏蔽的应用举例 室内高压设备罩上接地的金属罩或较密的金属网罩 电子管用金属管壳 作全波或桥式整流的电源变压器 在初级绕组和次级绕组之间包上金属薄片或绕上一层漆包线并使之接地 达到屏蔽作用 在高压带电作业中 工人穿上用金属丝或导电纤维织成的均压服 可以对人体起屏蔽保护作用 2 磁场屏蔽 2 1低频磁场屏蔽2 2高频磁场屏蔽 2 1低频磁场屏蔽低频 100kHz以下屏蔽原理 利用高磁导率的铁磁材料 如铁 硅钢片 对骚扰磁场进行分路 把磁力线集中在其内部通过 限制在空气中大量发散 磁导率越高 截面积越大 则磁路的磁阻越小 集中在磁路中的磁通越大 在空气中的漏磁通就大大减少 2 2高频磁场屏蔽高频磁场的屏蔽采用低电阻率的良导体 铜 铝 屏蔽原理 利用电磁感应现象 楞次定律 在屏蔽体表面所产生的感应电流 涡流 生成的的反磁场来达到屏蔽的目的 即利用了涡流 感应电流 产生的反向磁场对于原骚扰磁场的排斥作用 抑制或抵消屏蔽体外的磁场 屏蔽是利用感应涡流的反磁场排斥原骚扰磁场而达到屏蔽的目的 涡电流的大小直接影响屏蔽效果 屏蔽体电阻越小 产生的感应涡流越大而且屏蔽体自身的损耗也越小 所以高频磁屏蔽材料需用良导体 注 因为高频时铁磁材料的磁性损耗 包括磁滞损耗和涡流损耗 很大 导磁率明显下降 铁磁材料不适用于高频磁场屏蔽 3 电磁场屏蔽 时变电磁场中 电场和磁场总是同时存在 通常所说的屏蔽 多指电磁屏蔽 电磁屏蔽是指同时抑制或削弱电场和磁场 电磁屏蔽一般也是指高频交变电磁屏蔽 10vkHz 40GHz 在频率较低时 近场区 近场随着骚扰源的性质不同 电场和磁场的大小有很大差别 高电压小电流骚扰源以电场为主 电准稳态场 忽略了感应电压 磁场骚扰较小 有时可忽略 低电压高电流骚扰源以磁场骚扰为主 磁准稳态场 忽略了位移电流 电场骚扰较小 随着频率增高 电磁辐射能力增加 产生辐射电磁场 并趋向于远场骚扰 远场骚扰中的电场骚扰和磁场骚扰都不可忽略 因此需将电场和磁场同时屏蔽 即电磁屏蔽 3 1电磁场屏蔽的机理 A 反射 电磁波到达屏蔽体表面 由于空气与金属交界面上的阻抗不一致 对入射波产生反射 两者阻抗相差越大反射作用越明显 b 吸收 未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量 被屏蔽材料所衰减 转化成热耗损 即所谓吸收 c 在屏蔽体内的多次反射 尚未衰减掉的剩余能量 传到材料的另一表面时 遇到金属 空气阻抗不连续的交界面 会形成再次反射 并重新返回屏蔽体内 3 1 1影响反射损耗的因素 电场反射损耗 磁场反射损耗 当频率升高时 电场反射损耗减小 磁场反射损耗增加 距离电偶极源 D 越近 则反射损耗越大 距离磁偶极源 D 越近 则反射损耗越小 3 1 2影响吸收损耗的因素 趋肤效应 交变电磁场通过导体时 会在导体内部引起涡流 电流在导体横截面上的分布不再均匀 导体内部电流密度小 导体表面电流密度大 这种现象称为趋肤效应 趋肤深度 厚度 趋肤效应使导体的有效电阻增加 频率越高 趋肤效应越显著 当频率很高的电流通过导线时 可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过 这等效于导线的截面减小 电阻增大 既然导线的中心部分几乎没有电流通过 就可以把这中心部分除去以节约材料 因此 在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线 此导线的厚度 称为趋肤深度 3 1 2影响吸收损耗的因素 材料厚度 t 越大 吸收损耗越大 每增加一个趋肤深度 吸收损耗增加约20dB 趋肤深度 越小 磁导率 电导率和频率越高 吸收损耗越大 良导体利用趋肤效应阻止电磁波透入而成为电磁屏蔽体 4影响吸收损耗的因素 材料厚度 t 越大 吸收损耗越大 每增加一个趋肤深度 吸收损耗增加约20dB 趋肤深度 越小 磁导率 电导率和频率越高 吸收损耗越大 良导体利用趋肤效应阻止电磁波透入而成为电磁屏蔽体 4 实施屏蔽要点下列各项可认为是屏蔽设计中最突出的几个注意点 1 屏蔽高频电场应该用铜 铝等良导体 以得到最高的反射损耗 2 屏蔽低频磁场应该用铁和镍等金属磁性材料 以得到最高的贯穿损耗 3 任何一种屏蔽材料 只要其厚度足以稳固地支撑自身 则一般也就能足以屏蔽电场 4 采用薄膜屏蔽层时 在材料厚度低于 4的情况下 屏蔽效果恒定 超过此厚度则显著增大 5 多层屏蔽不但能够提供较高的屏蔽效果而且拓宽屏蔽的频率范围 6 设计过程中 应认真对待所有的开口和间断点 以保证屏蔽效果的减弱程度降到最小 应注意选择材料 使它不只适用于屏蔽 而且从电化学腐蚀观点看也应当是令人满意的 7 当系统设计的其它方面允许时 连续的对接或搭接式焊缝是最合乎需要 重要的一点是要尽可能实现接缝处整个交接表面之间的紧密接触 8 待配合表面必须清洁且不能有不导电涂层 除非接地工艺能绝对有效地贯穿该涂层 9 导电衬垫和指状弹性簧片 波导衰减器 金属丝网和百叶窗 以及导电玻璃是可以保持面壳屏蔽效果的主要装置和手段 除屏蔽层本身的 特性之外 从空间利用率到经济性 从空气环流到可见度等许多因素 都可以改变在某些特定条件下所采用的具体方法 10 屏蔽只是提供减小设备电磁干扰的一种方法 不应仅局限于屏蔽而不综合考虑简化或降低屏蔽要求的滤波 接地和搭接等技术 二 接地技术 1 接地抑制电磁辐射的机理接地有射频接地和高频接地两种 射频接地是将场源屏蔽体或屏蔽体部件内的感应电流迅速导入大地 避免屏蔽体产生二次辐射 高频接地是将设备屏蔽体和大地之间 或者与大地上可以看做公共点的某些构件之间 采用低电阻导体连接起来 形成电流通路 使屏蔽系统与大地之间形成一个等电势分布 接地系统结构组成 2 接地系统的设计与实施 1 接地线 屏蔽体的接地系统表面积要足够大 以宽为10cm的铜带为宜 设备接地 要求每台设备有各自的接地连接 不应采用汇流排线 避免引起干扰的耦合效应 屏蔽部件接地 任何金属屏蔽部件应使用宽的金属带作为接地线并多点接地 且与地极良好连接 屏蔽电缆接地 电缆的金属屏蔽是产生射频电磁场设备的电流回路 要求电缆屏蔽外皮妥善接地 2 接地极 接地板的结构设计有如下几种型式 接地铜板 一般将2m2的铜板埋在地下 并将接地线良好地连接在接地铜板上 竖埋 横埋 平埋 接地格网铜板 在一块2m2的铜板上立焊 字形铜板 使其成为格网结构 格网式接地线 嵌入接地棒 将长度为2m 直径为5 10cm的金属铜棒或铁棒打入土壤 一般以3 5m间距为宜 然后将各接地棒上端连在一起 并与屏蔽体相连接 接地棒埋置示意图 3 一点接地与多点接地 射频设备接地 最好选择单点接地 对射频场源实行屏蔽 可实行多点接地 不论单点接地或多点接地 都须注意接地体本身所具有的天线效应问题 否则接地不完善会大量辐射电磁能量 造成干扰 射频接地系统设计注意 接地应避开1 4波长的奇数倍 接地板一般埋在地下水位上 具体深度选取2 3m 必须立埋 加强泄流 平埋不利射频电流迅速泄入大地 埋设接地极必须注意以下几个问题 1 含水量 土壤的电阻系数随含水量的增加而急剧下降 接地极周围土壤必须潮湿 并有足够深度 2 土壤的紧密程度 土壤越紧密电阻系数越小 接地电阻就越小 因此埋设接地极时 必须把周围的土壤夯实 3 水溶性无机化合物的影响 土壤中水溶性无机盐 碱或酸 由于电离会降低土壤电阻系数 因此埋接地极时 在接地附近洒食盐或浇食盐水 以降低土壤电阻系数 三 滤波1 滤波的机理滤波是抑制电磁干扰最有效的手段之一 滤波即在电磁波的所有频谱中分离出一频率范围内的有用波段 线路滤波的作用是保证有用信号通过的同时 阻截无用信号通过 滤波器是一种选频装置 可以使信号中特定的频率成分通过 而极大地衰减其它频率成分 它实质上是一个选频电路 2 滤波器 滤波器中 把信号能够通过的频率范围 称为通频带或通带 信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带 通带和阻带之间的分界频率称为截止频率 实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带 微波无源滤波器 LC滤波器 晶体滤波器 螺旋滤波器 声表面滤波器 腔体滤波器 混频器 高频系列滤波器 低频系列滤波器 水平出线 垂直出线 垂直出线 屏蔽接口腔 军用电源滤波器 单相电源滤波器 三相三线电源滤波器 单相交流电源滤波器 三相三线交流电源滤波器 三相四线交流电源滤波器 直流输入滤波器 插座交流滤波器 1 按处理的信号 模拟和数字滤波器 2 按通过信号的频段 低通 高通 带通和带阻滤波器四种 低通滤波器 允许信号中的低频或直流分量通过 抑制高频分量或干扰和噪声 高通滤波器 允许信号中的高频分量通过 抑制低频或直流分量 带通滤波器 允许一定频段的信号通过 抑制低于或高于该频段的信号 干扰和噪声 带阻滤波器 抑制一定频段内的信号 允许该频段以外的信号通过 3 滤波器的分类 3 按采用的元器件 无源和有源滤波器 无源滤波器 仅由无源元件 R L和C 组成的滤波器 利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成 优点 电路简单 不需要直流电源供电 可靠性高 缺点 通带内的信号有能量损耗 负载效应较明显 使用电感元件时容易引起电磁感应 当电感L较大时在低频域不适用 有源滤波器 由无源元件 一般用R和C 和有源器件 如集成运算放大器 组成 优点 通带内的信号不仅没有能量损耗 而且还可以放大 负载效应不明显 多级相联时相互影响小 利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器 并且滤波器的体积小 重量轻 不需要磁屏蔽 由于不使用电感元件 缺点 通带范围受有源器件 如集成运算放大器 的带宽限制 需要直流电源供电 可靠性不如无源滤波器高 在高压 高频 大功率的场合不适用 4 滤波器的主要参数 1 通带增益A0 滤波器通带内的电压放大倍数 2 特征角频率 n和特征频率fn 它只与滤波用的电阻和电容元件的参数有关 通常 3 截止角频率 c和截止频率f0 它是电压增益下降到时所对应的角频率 注意 c不一定等于 n 带通和带阻滤波器有两个 c 即 L和 H 4 通带 阻带 宽度BW 它是带通 带阻 滤波器的两个 c之差 即 5 等效品质因数Q 对带通 带阻 滤波器而言 Q值等于中心角频率与通带 阻带 宽度BW之比 即 5 滤波器的技术要求 略 1 组成滤波器的元件数量要少 重量小 2 滤波器的衰耗特性陡度要最大 阻频带内的衰耗频率特性的陡度与衰耗数值愈大 则滤波器的选择性愈好 3 通频带内的衰耗最小 而且是常数 4 通频带内其特性阻抗应尽量维持一常数 5 具有直线性的相移特性 6 电器特性恒定 不受滤波器输入端电压温度 湿度以及外界电磁场的影响 7 可以简便均匀地调节通频带及其宽度 8 可以在各种不同的频率范围内工作 6 电源滤波器的设计 略 电源滤波器 低通滤波器 其特点 被通过的频率一般是工频或零频 即通过50HZ工作电流或直流 不允许其他频率的电流通过 电源网路的所有引入线 在其进入屏蔽室之外必须装设滤波器 若导线分别引入屏蔽室 则要求对每根导线都必须进行单独滤波 1 设计要点沿电源线传播的高频电流可分成以下两种形式 即一根电源线作为通路 而另一根电源线作为回路的对称分量形式 以电源线作为通路 以大地或邻近物体作为回路的非对称形式 A 截止频率 滤波器所允许通过的电流频率是工频 比所要滤除的频率低得多 若希望得到更大的衰减常数 截止频率要取低些 B 对象阻抗 通过电源滤波器的频率与被抑制率差距悬殊 而仅需要考虑提高在衰减区域的衰减值 当滤波器的对象阻抗绝对值和终端阻抗绝对值接近或相等时 便产生接近共轭匹配状态 衰减值降低 为避免这种现象 在保证最大衰减值情况下 使滤波器的对象阻抗极大或极小 然而滤波器的对象阻抗不能高于线圈身的特性阻抗 实际滤波器的对象阻抗要取最小数值 C 衰减区域宽度 高频振荡器的输出含有很多谐波 电源滤波器必须对这些高次谐波给以衰减 为获得较宽的衰减宽度 使串联线圈对截频的电气角小些 将衰减常数设计的大些 D 线圈Q值 Q值愈大 通频带中的工作衰减值的最小值愈低 所以应选择小的Q值 在工频条件下若损失很大 温升将成为一个问题 设计应全盘考虑 2 电源滤波器的特性要求涉及的问题A 为保证高效能的屏蔽 要求将L C布于金属壳内 同时金属壳的尺寸要足够大 各种线路布置在壳在中部位 避免由于线圈有效电感量减小所引起的分布参数的改变 B 当抑制频率是一个很宽的频带时 应串接上多个工作频率范围不同的滤波器 并要求分别将这些滤波器妥善屏蔽 C 电容器的接线形式必须正确 以加强侧路效应 尽可能减少电容器引出线的影响 7 滤波器安装与固定的准则 略 1 滤波器必须插接到每根馈入到屏蔽室内电源线的各个单独配线上 为减少滤波器的数量 必须合理设计电源线系统 使引入线减少到最小 2 各电源线的滤波器应分别进行屏蔽 在可能的情况下应对整个滤波器进行总屏蔽 3 为避免滤波器置于强电磁场之中 应将滤波主要零件放置在室外 若将滤波器放入屏蔽室内 务应放在弱场地方 4 必须完全隔断滤波器输入端与输出端的杂散耦合 可将滤波器两端头分别设置在屏蔽室内外 5 原则上 滤波器屏蔽壳下面接地 尽可能减少感应电磁场对电源线的影响 6 滤波器的屏蔽壳应与屏蔽室的屏蔽埋行完善的电气接触 7 电源线位于滤波器的两侧 并且装在金属导管之中 或者使用靠近地面的铅皮电缆 尽可能地将它埋在土壤中一定深度 8 在使用接地线情况下 接地线应尽可能地短 并且直接接到高频电源的回线上或在接地电阻十分低的地方接地 此时 高频电源亦要良好接地 9 电源线必须垂直引入滤波输入端 以减少电源线上干扰电压与屏蔽壳体耦合 10 一般情况下 将电源线中的零线接到屏蔽室的接地芯柱 将火线通过滤波器引入到屏蔽室内 即进入屏蔽室 11 滤波器装在屏蔽容器内 网络的分隔部分用金属板隔开 目的是清除回路中各部份的相互耦合 用一根裸铜线在穿过每一隔板的地方焊牢 12 滤波器应近于需要滤波的部位 四 城市规划及绿化 三 电磁辐射防治技术 一 高 甚高 频的电磁辐射防护高 甚高 频 即中波和短波 波长10m 3000m 频率0 1 300MHz 1 高频设备 高频淬火 熔炼 焊接 切割等感应加热设备 高频介质加热设备 塑料加工 食品烘干设备 防护技术 电磁屏蔽 接地技术及滤波等 屏蔽室 大型机械组成或控制室的主动场屏蔽 屏蔽衣 屏蔽头盔和屏蔽眼镜 个人防护用具 可有效降低电磁辐射强度 保护接触电磁辐射工作人员的身体健康 屏蔽罩 小型仪器主动场屏蔽的主要方法 屏蔽所用材料一般要求是电阻率小的导电性