电磁辐射基础知识交流课件

1、电磁辐射基础知识交流主要内容电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁辐射的历史背景电磁波的发现：1888年德国物理学家赫兹在实验室验证了麦克斯韦的电磁理论，并首次产生了人工电磁波。 电磁辐射伤害的发现：1952年英国人Hirsh首先报道了一名雷达工作人员，因长期接触高强度电磁波，导致双眼白内障的发生，从此以后引起人们对电磁辐射伤害的重视。电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁辐射初步认识概念 电磁辐射的定义电磁

2、辐射（electromagnetic radiation） ：能量以电磁波的形式由源发射到空间的现象。或称时变电磁场以波的形式向远处传播不再返回的过程称电磁辐射。与电磁辐射有关的几个概念电场磁场静态场时变场什么是电场?在空间中，任何电荷由于它本身的存在，受一种与电荷成比例的力，则这空间内所存在的物质，也就是给电荷以作用力的物质，就称为电场。+FE静态场不随时间变化的电场和磁场时变场1.5 V-E V/m大小或方向随时间改变的电场或磁场电场与磁场的单位描述电场大小的量叫电场强度(E) 单位：V/m (伏/米) mV/m (毫伏/米)描述磁场大小的量叫磁场强度(H)或磁感应强度(B) 单位： A/

3、m (安/米) mA/m (毫安/米) 和 T(特斯拉) mT(毫特) 二者关系： B=H ：磁导率 0=410-7(亨利/米)我们所知道的电磁辐射环境电磁辐射：主要来自移动通信基站、广播电视台站、高压线、雷达站、微波设备、电视机、无线电等工业和生活中所用的电子设备。自然电磁辐射：主要来自地球大气层中的雷电、宇宙射线、天体放电、地球磁场辐射和地球热辐射等。电磁辐射源 天然电磁污染源是由自然现象引起，主要宇宙射线、太阳热辐射、雷电、地球热辐射、还包括火山爆发、地震、太阳黑子活动引起的磁暴现象等。直接危害电气设备和设施产生电磁干扰，严重干扰短波通讯环境电磁辐射源通信雷达及导航发射设备包括长波、中波

4、、短波发射台，微波通信站、地面卫星通信站、移动通信基站等。 其中最常见的是移动通信基站 移动通信基站一般功率不大，几瓦到几十瓦。发射天线有一定的方向性。 但是移动通信基站主要分布在城市人口密集区。距离人群活动区较近，是近些年电磁辐射纠纷的主要来源之一。环境电磁辐射源高压输变电设施 目前，我国采用110kV、220kV、500kV为主干网的高压线路输电，现在750kV、1000kV高压输变电设施也陆续开始建设并投入使用。高压输电系统周围有高压工频电场、感应磁场，也有射频电磁辐射。 环境电磁辐射源电力牵引系统 电气化铁路、轻轨及电气化铁道、有轨道电车、无轨道电车等电力机车和电车的供电母线与导电弓架

5、之间，由于振动或接触不光滑，经常出现部分接触不良，甚至形成小的放电间隙，这些问题都可能引起火花放电和弧光放电，产生电磁噪声。环境电磁辐射源家用电器电磁辐射计算机、显示器、电视机、微波炉、电磁炉、无线电话、无线路由器等电磁辐射的产生及应用电磁波的产生电场的产生：电荷周围或变化磁场周围将产生电场。磁场的产生：运动电荷周围将产生磁场。电场与磁场的关系：运动电荷（电流）产生磁场；变化的磁场产生电场。电场、磁场方向相互垂直、交替产生、由近及远向外传播。形成辐射电磁场，即电磁波。c = fm/smHz电磁波传播示意图表征电磁波的三个基本参数振幅、波长、初相角电磁波的振幅振幅：变化量偏离平衡点的最大值。 它

6、反映了波的振动强度。电磁波的频率频率（f）:是指每一秒钟电磁波发生全变化的次数，每秒钟发生一次变化称1赫兹 单位:（Hz） kHz MHz周期（T）：电磁波每发生一次完全变化所用的时间。 单位：秒频率与周期的关系： T=1/f电磁波的波长波长（）：是指电磁波每发生一次全变化所传播的距离。单位m（米）、km波长与频率的关系 波长=速度周期 =c /f C是光速，约30万公里/秒。3108 m/s电磁波在真空中的传播速度等于光速电磁波的初相角初相角：指变化量通过平衡点时距离参考点的时差。 反映了波的时域关系。电磁波的类型1、平面电磁波：等位面是平面的电磁波2、球面电磁波：等位面是球面的电磁波 电磁

7、波极化：表述电场方向的量。 E与地面平行称水平极化波 E与地面垂直称垂直极化波电磁波的基本传输特性电磁波的反射、折射、绕射和散射现象1、传输损耗：传输过程产生的损耗现象 （1）自由空间基本传输损耗 （2）电离层吸收损耗 （3）地面反射损耗 （4）附加系统损耗 2、衰落现象：在传播途径上遇到各种障碍物(包括地面)，使接收点的场强为干涉场，从而引起接收信号强度突然的、无规则变化的现象，称为衰落 （1）衰落时的信号强度 （2）极化衰落 （3）吸收衰落 （4）跳越衰落电磁波的基本传输特性(续)3、多径效应：电波传播中，由于建筑物、树木或起伏地形的影响，以致到达接收天线的信号是来自不同传播路径的矢量合成

8、，由于各分量的互相干涉而引起信号传播幅度衰落和信号传播时延色散，严重地影响通信的传输质量，这就是多径效应 4、传输失真：一个在有限时间内存在的信号可以看成是若干不同频率的单色波的叠加，由于媒质的色散特性，这些不同频率的单色波在媒质中的相速是不一样的，导致波形在信号传播过程中产生畸变，这就是传输失真电磁波谱分布长/中波高频/射频微波红外线可见光X线波长100.000 km100 km1 km1 m1 mm780 nm10 nm频率3Hz50/60Hz3kHz300kHz300MHz300GHz3*1016Hz地磁场工业频率微波炉非电离 电离CO2激光UV0Hz直流电磁辐射能量划分射频辐射-红外线

9、-可见光-紫外线-x射线-射线 非电离辐射 电离辐射几个常用的典型频率频率 (f) 应用领域 波长()50 / 60 Hz 电力 6000 / 5000 km50 kHz 高频焊接 6 km27 MHz 广播, 透热疗法 11.1 m100 MHz FM 广播 3 m433 MHz 工业应用 0.7 m900 MHz 移动电话，寻呼机 0.33 m2.45 GHz 微波，工业 0.12 m6 GHz 数字广播 0.05 m20 GHz 卫星传输 0.015 m电磁波的传播途径1空间辐射：电子设备与电器装置在工作中，本身相当于一个多发射天线，不断地向空间辐射电磁能。3复合传播：属于同时存在空间传

10、播与导线作播所造成的电磁辐射污染。2导线传播：当射频设备及其他设备同一电源、或者两者间有电气联接关系，电磁波通过导线进行传播。此外，信号输出输入电路、控制电路等，在强磁场中拾取信号进行传播。无线通讯中常用的电磁波传播方式一、地波传播 二、天波传播三、空间波传播 视距传播。例如：电视、手机等四、散射传播 散射通信等电磁波的应用高频波段的应用一、工业上的应用1、感应加热 （1）高频淬火 （2）高频熔炼 （3）钢管焊接 （4）热轧工艺 （5）半导体材料的制备（6）高频焊接、高频切割高频波段的应用（续） 2、介质加热3、高频等离子体 二、无线电广播 三、超高频波段的应用高频电磁波在广播中的应用广播发射

11、机房设备照片特高频段(微波)的应用一、在农业上的应用二、在工业上的应用 1、橡胶硫化 2、烤烟叶加热制备（卷烟厂微波加热制丝机）特高频段(微波)的应用(续)3、塑料生产和聚和物热加工4、铸模脱蜡 5、原煤脱硫6、微波化学7、科学研究8、通 信9、雷 达电磁辐射在医学中的应用一、微波在治疗癌症中的应用二、电磁辐射热疗三、电磁辐射促进组织生长和愈合电磁辐射在医学中的应用(续)四、电磁辐射在诊断上的应用 1、高频电磁波的直线传播特性 和致热性2、利用热辐射特性 3、利用测定运动物体的多普勒频移，检测心脏和动脉有关的疾病 五、微波在针炙医术上的应用 六、磁共振成像 七、磁疗电磁辐射在军事上的应用一、电

12、 子 战 二、电子战新技术三、电磁辐射污染电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁污染概念及电磁污染源电磁污染的概念电磁辐射是能量以电磁波的形式由源发射到空间的现象，能量以电磁波形式在空间传播。而电磁污染是指当空间的电磁场的强度达到一定的量后造成对环境的污染现象，才是电磁污染。电磁辐射污染源1、以其来源分 （1）天然(自然)电磁辐射 （2）非天然(人为)电磁辐射 2、以其频率分 （1）工频场源 （2）射频场源 （3）微波场源3、以发射的电磁波的连续或间断分 （1）连续波源 （2）脉冲波源电磁辐射污染源（

13、续） 4、从便于环保管理和治理的角度分（1）高空高频电磁辐射源（2）高空低频电磁辐射源 （3）地面高频电磁辐射源（4）地面工频电磁场源 5、依电磁辐射污染来源分（1）直接利用电磁能时产生的污染（2）伴电磁能应用时产生的污染 电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁辐射的检测 电磁波看不见摸不着只有特殊的测量仪器才能感知电磁辐射测量仪器（1）非选频式宽带测量仪（综合场强仪）（2）选频式宽带测量仪（频谱分析仪）电磁辐射测量仪综合场强仪系统架构基本测量原理常见电磁辐射场强仪非选频综合场强测量仪（射频）EMR3

14、00、NBM520/550、PMM8053A/B、HI2200等常见电磁辐射场强仪综合场强测量仪（工频）常见电磁辐射场强仪频谱分析仪（选频）电磁辐射监测方法辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法（HJ/T 10.2-1996 ）500kV超高压送变电工程-电磁辐射环境影响评价技术规范（HJ/T 24-1998）移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁辐射的危害及防护一、电磁辐射污染对人体健康的危害 二、电磁干扰危害 1、电磁干扰途径 2、电磁干扰危害事例三、

15、引爆引燃危害 1、对武器弹药的危险性 2、对可燃性油类与气体的危险性电磁辐射与生物体的相互作用热效应（短期效应）生理反射、眼睛晶状体的影响、心脏起博器的影响非热效应（长期效应）细胞窗效应、分泌系统的影响、免疫系统的影响、癌症危险度的增加种群效应电磁辐射与生物体的相互作用概述一、生物组织的介电特性水是一种电介质，同时水是生物体中含量最丰富的成分，它几乎占人体体重的60%。根据含水量的多少，将生物组织分为两种： （1）含水量在70以上的组织，如皮肤组织、肌肉、肝脏、肾脏、心脏等，频率在1001000MHz，其介电常数为5070，电阻率为100/cm。（2）含水量在70以下的组织，如脂肪、骨骼、骨髓

16、等其介电常数为48，电阻率为6003500/cm。这类物质含水量少，对电磁辐射能量吸收少。由于组织的含水量不同，就会影响电磁波能量的吸收。1、电磁波作用于人体的频段及其响应特性 2、生物组织厚度对电磁能量吸收的影响 电磁辐射在生物组织中的传播与吸收3、不同频率电磁波对人体的不同作用：1）3300MHz，皮肤成为反射体，主要是体表吸收。衡量机体对电磁能的吸收情况，引入比吸收率的概念SAR(W/kg)。SAR表示生物体单位质量吸收的电磁辐射功率。 SARE2 / J= E 式中： 电导率 （S/m）；E电场强度 (V/m) 密度 kg/m3； J感应电流密度 A/m2。电磁辐射对机体的穿透深度与机

17、体组织类型及频率有关穿透深度随频率升高而减小 10 GHz以上: 表面吸收频率 (GHz)穿透深度 cm10010,110肌肉脑皮肤脂肪致热效应一、致热效应的产生二、致热效应的表现三、电磁能的吸收 四、致热效应的影响因素从频率高于100kHz的电磁场中吸收能量，可导致明显发热：电介子（如水）在电磁场的作用下，分子取向不断变化受热非致热效应一、非致热效应的提出二、非致热效应的表现 1、中枢神经系统的表现 2、心血管系统的表现 3、听觉系统的表现 4、内分泌系统的表现 5、染色体的表现6、其他方面的表现非致热效应的特点1、非线性表现2、“窗”特性表现3、协同性表现4、相干性表现5、非热形式可能各异

18、影响生物效应的物理量场强暴露时间频率生物体曝露物理长度(局部或整体)调制或脉冲场的类型 (电磁或磁场)生物效应与电磁场强度(E)的关系通常情况下：电磁场强度越强，生物效应越明显例如：雷达兵的工作场所、微波炉生物效应与频率的关系频率HzkHzMHzGHz刺激神经系统、热作用LF(低频)HF/RF(射频)大多数人而言，能感觉到人的体表带电对身体表面有直接作用，静电场强度25kV/m 长期暴露大于200mT的磁通量密度对健康产生不良影响频率低于100 kHz的时变场的健康效应感应电流密度为10mA/m2或低于10mA/m2时，对细胞和动物进行的实验室研究没有发现低频场能产生明确的不良效应。当感应电流

19、密度较高（10-100 mA/m2）时，可致观察到明显的组织效应，如神经系统的功能变化。对于频率为10Hz-1KHz的时变场，感应电流密度高于100mA/m2时，就会超过神经元和神经肌肉的刺激阈值。频率为1KHz时对神经系统功能产生微弱影响的阈电流密度为10mA/m2。没有证据表明这种短暂效应与长期健康危害有关。没有确凿的实验证据表明电磁场会引起遗传物质损伤，有关暴露电磁场癌症危险度的流行病学数据尚不足以提出暴露限值的推荐值。频率为100KHz-300GHz场的健康效应 热效应和非热效应并存，频率越高热效应越明显。射频（RF） 从内部加热 生物体内部无调节功能 生物受热通常从皮肤开始 生物体不

20、能及时做出反应整体暴露于 4 W/kg 30分钟，加热 升高1 脑 +眼睛晶状体 +牙齿龈 +肺 +心脏 +皮肤 +内部器官 +膝盖 +金属植入器 +不同的暴露位置的影响效果不同电磁波的调制方式对生物效应的影响脉冲或连续波电磁污染的危害总结电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）电磁辐射最严重的危害之一是会导致电磁干扰，电磁干扰的三要素：A电磁干扰源B耦合途径C敏感设备电磁干扰的危害电磁辐射的防护国外电磁辐射防护标准 由于各国对电磁场生物效应的研究水平及制定标准限位依据的选取等方面存在着较大的差异，各国间的标准限值差别很大。目前国际上尚未形成统的电磁辐射防护

21、标准。 国外现行的电磁辐射防护标准主要有美国国家标准协会（ANSI)和美国电子电气工程师协会(IEEE)共同制定的IEEE C95.122005（最新版）以及国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）制定的ICNIRP导则（1988年出版）国内现行的电磁辐射防护标准 我国现行的电磁辐射防护标准主要由卫生部和环保部制订，各标准间差异较大。卫生标准 作业场所高频电磁场职业接触限值(GB 1855522001)、作业场所超高频辐射卫生标准(GB 10437289)、作业场所微波辐射卫生标准(GB 10436289)、作业场所工频电场卫生标准（GB 1620321996）、环境电磁波卫生标准(GB 91

22、75288）。国内现行的电磁辐射防护标准(续)环保标准 电磁辐射防护规定(GB 8702-88)、电磁辐射环境影响评价方法与标准（HJ/T 10.3-1996）、辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法（ HJ/T 10.2-1996 ）、 500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范（HJ/T 2421998）。造成电磁辐射泄漏与辐射污染的原因一、设备方面1、射频设备各项电参数调整不当，输出不匹配，从而引起严重辐射2、设备的屏蔽不够完善 3、屏蔽体的结构设计不合理 4、滤波不好，造成很强的谐波辐射，产生串频现象 5、设备缺乏良好的高频接地或屏蔽接地不佳造成电磁辐射泄漏与辐射污染

23、的原因(续)6、设备元件布局，走线不够合理7、滤波度不好 8、推挽线路的平衡度 二、现场布局与安装方面 1、设备布局不合理，造成工作地带的较大污染2、设备附近多金属设施，引起较强的二次辐射 3、设备安装不符合要求 三、城市规划布局方面 1、大中型广播通信发射台站距离市区居民区过近 2、城市建筑高度缺乏限制和规划，造成微波传送通道受阻，即影响了正常的微波通信，又造成高层建筑受到过强电磁辐射照射电磁辐射防护的技术对策一、屏蔽技术1、屏蔽的目的和种类2、电场分量的屏蔽原理 3、磁场分量屏蔽原理 4、屏蔽体的结构设计 5、实际高频电磁辐射屏蔽方案 二、接地技术 电磁辐射防护的技术对策(续)三、滤波技术

24、1、电源滤波器的设计要点 （1）截止频率 （2）对象阻抗 （3）衰减区宽度 （4）线圈Q值 电磁辐射防护的技术对策(续)2、装设电源滤波器的准则（1）滤波器必须接到每根馈入到屏蔽室内电源线的各个单独配线上 （2）各电源线的滤波器应分别进行屏蔽，并在可能的情况下应对整个滤波器进行总屏蔽 （3）为了避免滤波器置于强磁场之中，应将滤波器的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 （5）原则上，在滤波器屏蔽壳下面接地，以便尽可能地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进行完善的电气接触电磁辐射防护的技术对策

25、(续)（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的一定深度中 （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器输入端，以减少电源线上的干扰电压与屏蔽壳体耦合 （10）在一般情况下，可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）滤波器装在屏蔽的容器内，网络的分隔部分用金属板隔开，其目的是消除回路中各部分的相互耦合，用一根裸铜线穿过电磁辐射防护的技术对策(续)四、吸收防护吸收材料一般

26、可以分为下述两类：（1）谐振型吸收材料：利用某些材料的谐振特性制成，厚度较薄，它能对频率范围很窄的微波辐射的能量有吸收作用。 （2）匹配型吸收材料：它是利用材料和自由空间的阻抗匹配，达到吸收微波辐射能量的目的。它与谐振特性无关。适用于很宽范围内的微波，作吸收用。 五、减少源的辐射或泄漏 1、增加等效天线或大功率吸收负载 2、加热器防护（1）箱式微炉的漏能抑制 （2）波导型加热器的漏场抑制 3、防止磁控管的阴极漏能 4、电磁辐射阻波抑制器 5、低辐射产品 6、合理设计排湿孔和观察孔7、距离防护电磁辐射防护的技术对策(续)电磁辐射防护的技术对策(续)六、采用个体防护措施 1、防护衣 2、防护眼镜

27、3、防护头盔电磁辐射防护的技术对策(续)七、对工作人员进行电磁辐射防护培训防护训练内容（1）电磁泄漏与辐射产生的基本原理及其危害性（2）减小或避免电磁辐射的正确操作方法（3）电磁辐射个体防护基本措施电磁辐射防护的技术对策(续)（4）常见的基本防护用具及其使用方法 （5）了解有关电磁辐射安全标准 （6）定期监测及检修的内容和方法 （7）常见的各种电磁辐射测量仪器的使用。如常见的远场测量仪和近场测量仪的使用电磁辐射防护的技术对策(续)八、合理安排、布局电磁辐射设备电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁辐射环境管理的法规电磁辐射环境保护管理办法（总局18号令）是唯一的环境管理法规电磁辐射防护规定（GB8702-88）是最基本的技术标准国内环境管理机构电磁辐射环境保护管理办法中明确规定：1、目前国内电磁辐射管理实行国家和