电磁场的远场和近场划分

1、电磁辐射的测量方法通常与测量点位置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。由于在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 （感应场） 和近区场（辐射场） 。 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

2、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。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 。 远区场的主要特点如下：在远区场中，所有的

3、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。E=377H ，电场与磁场的运行方向互在远区场，电场强度与磁场强度有如下关系：在国际单位制中， 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 均较小近区场与远区场划分的意义：近区场辐射的电磁场强度较大， 所以，通常， 对于一个固定的可以产生一定强度的电磁辐射源来说， 应该格外注意对电磁辐射近区场的防护。对电磁辐射近区场的防护，首先是对作业人员及处在近区场环 境内的人员的防护，其次是对位于近区场内的各种电子、电气设备的防护。而对于远区场，由于电磁场 强较小，通常对人的危害较小。对我们最经常接触的从短波

4、段 30MHz 到微波段的 3000MHz 的频段范围，其波长范围从 10 米到 1 米。，电场矢量 、磁场矢量 、波印廷矢2、远区场的测量 在远区场（辐射场区），可引入功率密度矢量（波印廷矢量） 量 三者方向 互相垂直 ， 波印廷矢量的方向为电磁波传播方向在数值上， E=377H ， S=EH=E 2/377 。其中电场强度 E 的单位是 （V/m） ，磁场强度 H 的单位是 （A/m） ， 功率密度的单位是（ W/m2 ） ,全部是国际单位制 （SI） 。由公式可看出，在远场区，电场与磁场不是独立的，可以只测电场强度，磁场强度及功率密度中的 一个项目，其他两个项目均可由此换算出来。一般情况

5、，关于远场和近场的测量问题可以简化为：国标规定， 当电磁辐射体的工作频率低于 300MHz 时， 应对工作场所的电场强度和磁场强度分别测 量。当电磁辐射体的工作频率大于 300MHz 时，可以只测电场强度。300MHz频率相应的波长为 1米，”6为16cm, 16cm之外辐射场占优势。如按3入的划分界限，距辐射源 3 米之外可认为是远场区。一般电磁环境是指在较大范围内由各种电磁辐射源，通过各种传播途径造成的电磁辐射背景值，因 而属于远区场，辐射的频谱非常宽，电磁场强度均较小。1GHz以下远区辐射场的测量，可用远区场强仪，也可用干扰场强仪。3、近区场的测量在近场区（感应场区），电场强度E与磁场强

6、度 H的大小没有确定的比例关系，即：E 377H，需要分别测量电场强度 E与磁场强度H的大小。对于电压高而电流小的场源，在感应场区内主要是电场，主 要测量电场，对于电压低而电流大的场源（如感应线圈），在感应场区内主要是磁场，主要测量磁场。例如，对于没有接上电器的墙上电源插座，电流基本为零，电压不为零，插座在其附近产生一定强度的工 频电场，但产生的工频磁场基本为零。国家标准限值中30MHz以下以场强为准，因为该频段的波长大于10米，测量点处的感应场常常不能忽略，电场强度E与磁场强度 H的比例关系不确定。由前面的场强与距离的关系可知，近场区场强很大（根据不同的设备，电场强度可能从几十到几百 V/m

7、，磁场强度可达到数 A/m ），但场强随距离的增大衰减得很快，即场强变化梯度很大，是一种非常 复杂的非均匀场。因此，近区场强仪的量程应当足够大，而测量探头应当足够小，测量结果才能代表测 试点的场强。近场区监测主要属于工作场所监测。由于近区场强很大，较远处的其它电磁辐射源的贡献可忽略不计，因此，近区场强测量不采用选频 式仪器。可用综合场强仪测量近区场强，如意大利PMM公司的8053型仪器，具有较好的测量精度和强大的数据处理功能。目前的综合场强仪与早期的近区场强仪的不同：前者为各向同性，测量时不必调整 探头方向。前者较后者频率范围更宽。例：具体辐射源的近场（感应场区）与远场（辐射场区）（频率波长（

8、）界限（3 ）16000 / 500018000/1500050 / 60 Hz 电力kmkm50 kHz电焊6 km18km27 MHz CB 广播，透热疗法11.1 m33.3 m1100 MHz FM 广播3 m9 m433 MHz工业应用0.7 m2.1 m900 MHz移动电话，寻呼机0.33 m1 mGHz微波，工业0.12 m0.36 m6 GHz数字广播0.05 m0.15 m20 GHz卫星传输0.015 m0.045 m=c / f )附：场区的具体划分场强与距离的关系以r表示测量点到辐射源的距离，则在该点的感应场强度与r2至r3成反比，辐射场强度与r成反比（因此，辐射场强

9、度与距离r的乘积与r无关，称为场强距离乘积）。在靠近辐射源的地方，随着距离的减小，感应场强度急剧增加。近场与远场的划分当测量距离r =”2 n-/a时，感应场强度与辐射场强度相当。在距离辐射源比较近（r< "6）的地方，感应场强度大于辐射场强度，称为近场（区）或感应场区，较远的地方（r> "6）则相反，辐射场占优势，称为远场（区）或辐射场区。近场区和远场区的提法被广为使用，但在不同的应用领域，其划分界限不 统一。也称为近区场和远区场。一般当r大于3 "时，可忽略感应场的成份，认为处于远场（区）。当辐射源尺度与波长可比拟时，还可将辐射场区分为辐射近场区和

10、辐射远场区。辐射远场区的定义 是，"辐射场强度角分布基本上与距天线的距离无关的场区“，在辐射远场区，将天线上各点到测量点的连线当作是平行的，所引入的误差小于一定的限度。如天线尺寸为D，则远场区距离应大于 2D2/入。当辐射源尺寸D的数量级小于波长入时(2D2/ U D< "),辐射近场区范围小于感应场区，辐射场区全部是辐射远场区。2D2/入认为是如果测量天线为微波段的面天线，而且尺寸较大，所测辐射源与测量天线的距离大于 辐射远场区。由以上公式可见，近场与远场的划分界限与辐射源频率(波长)有关。4、电磁辐射频率范围全范围广义上包括X射线、丫射线、宇宙射线等电离电磁辐射，

11、狭义上包括03X1012HZ，从静电场、静磁场到亚毫米波，该频率范围的电磁辐射不能造成原子与分子的电离，不管其强度有多大。目前我国管理范围 目前认为影响较大、受关注、研究较多并已经制定相应标准限值的频段有：工频 50Hz，射频 100kHz-300GHz。各波段名称、频率范围及波长波段名称频段名称频率范围波长工频50/60 Hz超长波甚低频(VLF)3 30KHz10010Km长波低频(LF)30300KHz10 1Km中波中频(MF)3MHz1 0.1Km短波高频(HF)3 30MHz100 10m超短波(米波)甚高频(VHF)30300MHz10 1m分米波微波超高(UHF)3GHz1 0

12、.1m厘米波特高频(SHF)3 30GHz10 1cm毫米波极高频(EHF)30 300GHz10 1mm波段名称频段名称频率范围波长工频 50/60 Hz超长波 甚低频(VLF) 330KHZ 10010Km长波 低频(LF) 30300KHZ 101Km中波 中频(MF)3MHz 10.1Km短波 高频(HF) 330MHz 10010m超短波(米波)甚高频(VHF) 30300MHz 101m 分米波 微波 超高频(UHF)3GHz 10.1m厘米波 特高频（SHF） 330GHz 101cm毫米波 极高频（EHF） 30300GHz 101mm 常见电磁辐射源的频率范围 电磁辐射污染源

13、监测要求所用仪器的测量频率范围与污染源的工作频率相适应，因此有必要了解常 见电磁辐射源的频率。MHz ) kHzGSM 移动通信基站： 900/1800MHz 中波广播： 535-1605KHz 短波广播： 4-19 MHz 内的部分频段 调频（声音）广播： 88-108MHz 电视： 50-92，168-223，471-566，607-958 MHz 五个频段 家用微波炉： 2450 MHz ，工业微波炉： 9 1 5， 2450 MHz 高压电力设备：工频 50Hz，电磁噪声干扰中短波（测量范围 高频感应加热设备（如熔炼炉、淬火炉等）：工作频率几百 高频介质加热设备：工作频率几 MHz 至

14、几十 MHz 。如塑料热合机，。 超短波电疗机： MHzMHz ， MHz ，等。在这些频率国际电信联盟（ITU）分配给工科医（ISM ）设备的自由辐射频率为， 范围内的电磁辐射强度不受限制。5、电磁能的发射与传播途径 电磁发射是指 "从源向外发出电磁能的现象 "。电磁发射分为辐射发射和传导发射。 辐射发射是"通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量" 。 而辐射发射经常称之为电磁辐射，其定义为："a.能量以电磁波形式由源发射到空间的现象。b.能量以电磁波形式在空间传播。注：电磁辐射一词的含义有时也可引申，将电磁感应 （即感应场） 也包括在内。 "我们在日常工作中 使用的是其引申含义。 传导发射是指 "沿电源线或信号线传输的电磁发射。 电磁环境电磁环境的定义是 "存在于给定场所的所有电磁现象的总