电磁辐射场强估算

1电磁辐射场强估算与深圳中波电台实例分析ElectromagneticRadiationFieldIntensityEvaluationandShenzhenMediumWaveRadioStationCaseAnalysis钟松峰，朱泽健，李均美ZhongSong-feng,Zhuze-jian,LiJun-mei（深圳市无线电监测站，深圳518033）ShenzhenRadioMonitorStationShenzhen518033,China)摘要：本文介绍了无线电电磁辐射及其对人体设备系统的影响．和我国现行的电磁辐射限值标准。通过对电磁辐射场强估算的理论分析以及对中波电台的实际测且．来对深圳市广播电台电磁辐射悄况进行分析评价。关键词:电磁辐射；场强估算；中波电台：环境评价Abstract:theauthorofthisessayIntroducestheradioelectromagneticradiationandItseffectonthehumanbodyequipmetsystem,andtheChinacurrentelectromagneticradiationlimitstandard.AnalyzeandappraisetheShenzhenmediumwaveradiostationelectromagneticradiationcasethroughthetheoryanalysisontheelectromagneticradiationfieldintensityevaluationandthebactualmeasurementofthemediumwaveradiostation.Keywords:Electromagneticradiation;FieldIntensityevaluation;Mediumwaveradiostatic;Environmentevaluation.当今是信息社会时代，而信息传播的主要方式之一便是无线电电磁波。随着无线电通信事业的发展，大量地出现了电视台、广播站、雷达站、微波站、卫星地球站，以及各种移动通信发射基站。这些无线电发射设备在传播有用信息的同时，也增加了环境中的电磁辐射水平，对于人民群众存在一定的电磁辐射污染，对于科、工、医领域的设备也是一种辐射干扰源。随着信息化进程的提高，环境中的电磁辐射水平会越来越高。1、电磁辐射1.1电磁辐射介绍电磁辐射(ElectromagneticEmission)是一种从源向外发出电磁能的现象，可分为辐射发射(RadiatedEmission)和传导发射(ConductedEmission)，辐射发射也就是我们所说的电磁辐射，是指“通过空间传播的，有用或不希望有的电磁能量”。一般来说，电磁环境的主要影响因素是电磁辐射。对电磁环境造成污染的电磁辐射按其产生的原因可分为自然电磁辐射和人为电磁辐射；按其电磁波强度可分为弱电磁辐射和强电磁辐射，弱电磁辐射的频谱往往很宽，频率范围可以横跨几个数量级，而相对来说，强电磁辐射的频谱往往较窄。在人为电磁辐射中，按其频段的不同可分为工频和射频(含微波)电磁辐射。按人为制造的系统大致可分为高压电力类、交通系统类(如电牵引系统，包括电化轨道，城市轻轨电化轨道，城市有轨、无轨电车及其它依靠电力牵引的客、货运车辆，及内燃机点火系2统)，工科医类(是指按工业、科学、医疗及家用或类似用途的要求而设计，用以产生并在局部使用无线电频率能量的设备或装置)，通讯发射类、广播发射类。我们这里主要分析广播发射类和通讯发射类。广播发射类包括长、中短波广播，调频广播、电视及差转发射台；通讯发射类包括短波微波通信台，地面卫星发射台、雷达导航发射台、移动通信基站、专业通信网基站、寻呼通信基站等用以通信的发射基站。1.2电磁辐射影响这里仅介绍射频(含微波)电磁辐射的影响。1.2.1电磁辐射对人体的影响电磁辐射对人体组织产生两种作用：一种是致热效应，即电磁辐射会使人体发热，在超过一定限度的强电磁辐射作用下，人体会发热而出现高温生理反应，使人体产生功能障碍和病理损害，如神经衰弱，白细胞减少等病变；另一种是非热效应，当低强度电磁辐射长时间作用于人体，虽然人体温度没有明显升高，但往往也会引起人体细胞的共振，使细胞活动能力受限，这样也会出现一些生理反应，如心率和血压的改变及失眠、健忘等。电磁辐射被人体组织吸收的能量大小，常用比吸收率(SAR)Specificabsorptionrate来表示。定义为人体单位时间、单位质量所吸收的电磁辐射能量：SAR=DPd(1)式中：Pd为单位积的吸收功率密度(mw/cm3)D为组织密度(g/cm3)SAR为单位重量的吸收功率密度1.2.2电磁辐射对电子设备或系统的干扰影响电磁辐射进入电子设备或电子系统的通常有两个通道：其一为直接辐射到设备或系统上形成电磁干扰；其二为由于感应耦合或静电耦合，或者电磁耦合使电磁波辐射在附近的导线上产生传导性的电磁骚扰，并从这些导线经由设备的电源线、信号线或控制线加到设备上。大量的研究表明，电磁辐射会造成广播电视不能收听和收看；自动控制信号失误；电子仪器仪表失灵；飞机指标信号失误或空中指挥信号受到干扰；干扰医院的医疗器械或病人的心脏起搏器等。另外，电磁辐射对武器弹药、燃油等易燃、易爆物质产生潜在的威胁，如高频辐射会致使导弹制导系统失灵，石油天然气库爆炸等严重事件，从而危及人身安全和财产安全。1.3电磁辐射限值标准电磁辐射的安全卫生标准，最早由前苏联和美国分别于上世纪50年代研究提出的，70年代制定出关于高频电磁场容许临界参数的第一批标准文件，80年代之后，前苏、美对标准进行了修改。目前WHO对于电磁安全性研究重点是1996年开始的“国际电磁场计划(InternationEMFProject)”，其研究3重点在于更精确的评估环境中低频电磁场的暴露风险，长期暴露于低频电磁场的可能生物作用与机制，相关的管制办法与防护措施，安全暴露的教育宣传等。我国从1988年以来，先后颁布了《环境电磁波卫生标准》(GB9175-88)、《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)等国家标准；《辐射环境保护导则-电磁辐射环境影响评价方法与标准》(HJ/T10.3-96)、《微波辐射生活区安全限制》(GB475-88)等标准(见表1和表2)。最近完成的《电磁辐射暴露限值和测量方法(草案)》中更明确地规定了时变电场和磁场的职业暴露导出限值和公众暴露导出限值(rms值)。：表1电磁辐射的安全限值标准号对象频率波型平均功率密度时间（h）安全区作业区危害区GJB475-88公众0.3~300GHz脉冲连续15μW/cm230μW/cm2无限GJB7-84职业0.3~300GHz脉冲25μW/cm2200μW/cm22W/cm2818连续50μW/cm2400μW/cm24W/cm2818GB9175-88公众长~短波超短波微波10V/m5V/m10μW/cm25V/m12V/m40μW/cm224GB10437-89职业超高频连续50μW/cm2100μW/cm284脉冲25μW/cm250μW/cm284GB8702-88职业公众100KHz~300GHz6min平均SAR0.02W/kgSAR0.1W/kg824表2（GB8702-88）公众照射导出限值频率范围（MHz）电场强度V/m磁场强度A/m功率密度W/m20.1~3400.14.0**3~3067/（f）1/20.17/（f）1/212/f**30~300012*0.032*0.43k~15k0.22/（f）1/2*0.003/（f）1/2*f/750015k~30k27*0.073*24注：*不作为限值，**系平面波等效值，供对照参考；f是频率，单位为MHz。2、电磁辐射场强估算2.1远区物强估算2.1.1中波(垂直极化波)中波主要用于广播业务，发射功率一般不大。用场强计算的近似公式E=APGr300(2)其中A=26.023.022xxx(3)x=2222)60()60()1(d(4)式中：r为被测位置与发射无线中心距离；P为发射机标称功率；G为相对于基本振子的无线增益A为地波衰减因子；x为数量距离；λ为波长；ε为大地介电常数；σ为大地导电系数。表3为主要地质参数(ε、σ)：地质导电系数σ(1/欧米)介电常数ε(法/米)淡水5×10-380湿地3×10-210干地1×10-34森林8×10-312丘陵5×10-313山地1×10-35城市7.5×10-452.1.2短波(水平极化)短波常用于通信和广播，发射功率较大，场强计算公式同式(2)，但水平极化波xx=22)60()1(1d(5)52.1.3超短波E=)(444FrGP(6)式中F()为天线垂直面方向性函数2.1.4微波在距天线距离大于2D2/λ(其中D为辐射体天线的最大孔径尺寸，λ为波长)的远场区，天线向外辐射的功率密度为:(考虑反射系数r，取值1-4，一般为2.56)S=r24),(rGFP(7)式中：F(，)为天线方向性函数，，是极坐标的仰角和水平角度。2.2近场区场强计算对于近场区的场强，难于用理论公式计算，一般直接测量。2.3复合场强复合场强为两个或两个以上频率的电磁波复合在一起的场强，可如下计算E=22221nEEE(8)式中：E为复合场强E1，E2…En为单个频率的场强值。3、深圳市中波广播电台电磁辐射实例深圳市中波广播电台天线分布有两处：一处为深圳广播电台天线，另一处为东门中波转播电台。前者位于开阔区，少受到电磁辐射危害的投诉，而后者位于罗湖商业区附近的人民公园人工湖四周，所以这里主要探讨东门人民公园中波广播的电磁辐射。3.1理论计算东门人民公园中波转播电台主发射天线塔体有效高度约76m，发射功率10Kw，频率为0.71MHz，中波站地表传播，由于波长较长，有一定绕射能力，可绕射山体和地面建筑，发射塔近场有较强场强，随着距离增加而逐渐衰减。下面对中波发射电磁辐射进行理论计算：E=APGr300(mV/m)式中：A=26.023.022xxxX=2222)60()60()1(d6取P=10kw，G=1，f=710KHz，所以波λ=410.88m，塔高为76m，根据上面的公式得：X1，所以A≈1.41。根据《广播电视设施保护条例》，对于中波，从天线以外250m处为计算起点。即：d=250m，E=)/(35.541.11.1025.0300mvd=1Km，E=)/(33.141.11.101300mvd=3Km，E=)/(45.041.11.103300mv所以，经计算在距广播电台250m~3km范围内，电磁辐射场强在0.5~5.5v/m之间，小于GB9175-88规定的10v/m，更远小于GB8702-88规定的40v/m。3.2实地测量根据深圳市无线电监测站的测量数据，在主发射天线以西、以北25m范围内场强一般大于10v/m。主发射天线以南、以东12m范围内场强一般均大于10v/m，而在其它更远的地方场强都不超过10v/m，近似符合理论计算。另外，发现附近楼层越高的地方，场强越大。(具体测量数据参照1998年《深圳市中波广播电台电磁环境分析—工程测量、计算机模型及模拟实验》)通过以上理论计算与实地测量数据进行比较分析，可以得出以下结论：(1)建筑规划只要严格按照《广播电视设施保护条例》，电磁辐射场强是不会超过国家相关标准的。250m以外，电磁辐射场强低于5.5v/m。(2)在一定高度范围内，高层建筑物场强分布随楼层的降低显现出明显较快的下降趋势，而且建筑物墙体也对电磁辐射有非常明显的阻隔，呈较快的下降趋势。参考文献：1、《深圳市通信广播台站电磁兼容与电磁环境管理专题研究报告》，深圳市无线电管理办公室，1998；2、李永卿，《北京地区典型地域电磁辐射环境调查与分析》，北京工业大学，2005；3、中华人民共和国标准《电磁