電磁場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)劃分
點(diǎn)擊數(shù):55372019-08-08 09:06:47 來(lái)源: 重慶哥爾摩科技有限公司、電波暗室、電磁兼容暗室、汽車(chē)電子暗室、EMI系統(tǒng)測(cè)試、EMS系統(tǒng)測(cè)試、EMC測(cè)試附件、EMC測(cè)試天線
電磁輻射源產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)可分為性質(zhì)不同的兩個(gè)部分,其中一部分電磁場(chǎng)能量在輻射源周?chē)臻g及輻射源之間周期性地來(lái)回流動(dòng),不向外發(fā)射,稱為感應(yīng)場(chǎng);另一部分電磁場(chǎng)能量脫離輻射體,以電磁波的形式向外發(fā)射,稱為輻射場(chǎng)。
一般情況下,電磁輻射場(chǎng)根據(jù)感應(yīng)場(chǎng)和輻射場(chǎng)的不同而區(qū)分為近區(qū)場(chǎng)(感應(yīng)場(chǎng))和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)(輻射場(chǎng))。由于遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)的劃分相對(duì)復(fù)雜,要具體根據(jù)不同的工作環(huán)境和測(cè)量目的進(jìn)行劃分,一般而言,以場(chǎng)源為中心,在三個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的區(qū)域,通常稱為近區(qū)場(chǎng),也可稱為感應(yīng)場(chǎng);在以場(chǎng)源為中心,半徑為三個(gè)波長(zhǎng)之外的空間范圍稱為遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng),也可稱為輻射場(chǎng)。
近區(qū)場(chǎng)通常具有如下特點(diǎn):
· 近區(qū)場(chǎng)內(nèi),電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小沒(méi)有確定的比例關(guān)系。即:E?377H。一般情況下,對(duì)于電壓高電流小的場(chǎng)源(如發(fā)射天線、饋線等),電場(chǎng)要比磁場(chǎng)強(qiáng)得多,對(duì)于電壓低電流大的場(chǎng)源(如某些感應(yīng)加熱設(shè)備的模具),磁場(chǎng)要比電場(chǎng)大得多。
· 近區(qū)場(chǎng)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度比遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)大得多。從這個(gè)角度上說(shuō),電磁防護(hù)的重點(diǎn)應(yīng)該在近區(qū)場(chǎng)。
· 近區(qū)場(chǎng)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度隨距離的變化比較快,在此空間內(nèi)的不均勻度較大。
· 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的主要特點(diǎn)如下:
· 在遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)中,所有的電磁能量基本上均以電磁波形式輻射傳播,這種場(chǎng)輻射強(qiáng)度的衰減要比感應(yīng)場(chǎng)慢得多。
· 在遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度有如下關(guān)系:在國(guó)際單位制中,E=377H,電場(chǎng)與磁場(chǎng)的運(yùn)行方向互相垂直,并都垂直于電磁波的傳播方向。
·遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)為弱場(chǎng),其電磁場(chǎng)強(qiáng)度均較小
· 近區(qū)場(chǎng)與遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)劃分的意義:
通常,對(duì)于一個(gè)固定的可以產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁輻射源來(lái)說(shuō),近區(qū)場(chǎng)輻射的電磁場(chǎng)強(qiáng)度較大,所以,應(yīng)該格外注意對(duì)電磁輻射近區(qū)場(chǎng)的防護(hù)。對(duì)電磁輻射近區(qū)場(chǎng)的防護(hù),首先是對(duì)作業(yè)人員及處在近區(qū)場(chǎng)環(huán)境內(nèi)的人員的防護(hù),其次是對(duì)位于近區(qū)場(chǎng)內(nèi)的各種電子、電氣設(shè)備的防護(hù)。而對(duì)于遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng),由于電磁場(chǎng)強(qiáng)較小,通常對(duì)人的危害較小。
對(duì)我們最經(jīng)常接觸的從短波段30MHz到微波段的3000MHz的頻段范圍,其波長(zhǎng)范圍從10米到0.1米。
例:具體輻射源的近場(chǎng)(感應(yīng)場(chǎng)區(qū))與遠(yuǎn)場(chǎng)(輻射場(chǎng)區(qū))(l = c / f)
頻率 (f) 波長(zhǎng) (l) 界限(3l)
50 / 60 Hz 電力 6000 / 5000 km 18000 / 15000 km
50 kHz 電焊 6 km 18km
27 MHz CB 廣播, 透熱療法 11.1 m 33.3 m
100 MHz FM 廣播 3 m 9 m
433 MHz 工業(yè)應(yīng)用 0.7 m 2.1 m
900 MHz 移動(dòng)電話,尋呼機(jī) 0.33 m 1 m
2.45 GHz微波,工業(yè) 0.12 m 0.36 m
6 GHz 數(shù)字廣播 0.05 m 0.15 m
20 GHz 衛(wèi)星傳輸 0.015 m 0.045 m
附:場(chǎng)區(qū)的具體劃分
場(chǎng)強(qiáng)與距離的關(guān)系
以r表示測(cè)量點(diǎn)到輻射源的距離,則在該點(diǎn)的感應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)度與r2至r3成反比,輻射場(chǎng)強(qiáng)度與r成反比(因此,輻射場(chǎng)強(qiáng)度與距離r的乘積與r無(wú)關(guān),稱為場(chǎng)強(qiáng)距離乘積)。在靠近輻射源的地方,隨著距離r的減小,感應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)度急劇增加。
近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)的劃分
當(dāng)測(cè)量距離r=λ/2π≈λ/6時(shí),感應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)度與輻射場(chǎng)強(qiáng)度相當(dāng)。在距離輻射源比較近(r<λ/6)的地方,感應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)度大于輻射場(chǎng)強(qiáng)度,稱為近場(chǎng)(區(qū))或感應(yīng)場(chǎng)區(qū),較遠(yuǎn)的地方(r>λ/6)則相反,輻射場(chǎng)占優(yōu)勢(shì),稱為遠(yuǎn)場(chǎng)(區(qū))或輻射場(chǎng)區(qū)。近場(chǎng)區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的提法被廣為使用,但在不同的應(yīng)用領(lǐng)域,其劃分界限不統(tǒng)一。也稱為近區(qū)場(chǎng)和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)。
一般當(dāng)r大于3λ時(shí),可忽略感應(yīng)場(chǎng)的成份,認(rèn)為處于遠(yuǎn)場(chǎng)(區(qū))。
當(dāng)輻射源尺度與波長(zhǎng)可比擬時(shí),還可將輻射場(chǎng)區(qū)分為輻射近場(chǎng)區(qū)和輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的定義是,“輻射場(chǎng)強(qiáng)度角分布基本上與距天線的距離無(wú)關(guān)的場(chǎng)區(qū)”,在輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū),將天線上各點(diǎn)到測(cè)量點(diǎn)的連線當(dāng)作是平行的,所引入的誤差小于一定的限度。如天線尺寸為D,則遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)距離應(yīng)大于2D2/λ。當(dāng)輻射源尺寸D的數(shù)量級(jí)小于波長(zhǎng)λ時(shí)(2D2/λ<λ/6,D<λ/3.5),輻射近場(chǎng)區(qū)范圍小于感應(yīng)場(chǎng)區(qū),輻射場(chǎng)區(qū)全部是輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。
如果測(cè)量天線為微波段的面天線,而且尺寸較大,所測(cè)輻射源與測(cè)量天線的距離大于2D2/λ認(rèn)為是輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。
由以上公式可見(jiàn),近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)的劃分界限與輻射源頻率(波長(zhǎng))有關(guān)。