第14讲
第4章 电磁污染防治基本方法
21世纪,继水质污染,大气污染,噪声污染之后,电磁污染已被世界公认为第四大污染.
电磁污染源产生的场可分为近场和远场,衡量场的大小用"电场强度"和"磁场强度".近场指与源的距离小于波长的约1/6.在近场区,电场与磁场强度间无固定关系,每一点的波阻抗都是变化的,必须分别加以考虑.当与源的距离大于波长的约1/6就进入远场区.在远场区,电场强度与磁场强度之间存在固定的关系,电场强度与磁场强度的比值为定值,该定值为波阻抗,对于空气,波阻抗为377.因此在远场区,知道了电场或磁场,就可以方便地得到"磁场"或"电场".
复习要求:
一,了解工频电场,工频磁场,无线电干扰和高频信号场强的测量和计算方法.
二,熟悉电磁环境管理法规和标准.
三,熟悉电磁环境评价标准.
四,了解电磁污染防治的基本方法.
4.1 场强测量方法
了解电磁环境最为有效的方法就是采用测量方法.电磁环境的表征量可分为工频电场和磁场,高频电磁场,无线电干扰等.
一,电磁环境监测仪器和基本方法
1,电磁环境测量仪器
电磁环境的测量按测量场所分为:作业环境,特定公众暴露环境,一般公众暴露环境的测量.按测量参数分为:电场强度,磁场强度,电磁场功率通量密度,无线电干扰等的测量.测量仪器根据测量目的分为:非选频式宽带辐射测量仪和选频式辐射测量仪.
(1)非选频式宽带辐射测量仪
①偶极子和检波二极管组成探头:这类仪器由三个长为2～10cm的正交偶极子天线,端接肖特基检波二极管,RC滤波器组成.检波后的直流电流经高阻传输线或光缆送入数据处理和显示电路;当时(D-偶极子直径,—偶极子长度),偶极子互耦可忽略不计;由于偶极子相互正交,将不依赖场的极化方向;探头尺寸很小,对场的振动扰动也小,能分辨场的细微变化.根据双锥天线理论,求得偶极子等效电容,电感;

式中:—天线半径;—偶极子截面积;—偶极子实际长度.
由于偶极子天线阻抗呈容性,输出电压是频率的函数:
式中:—角频率,;—频率;—天线缝隙电容和负载电容;—负载电阻.
当三副正交偶极子组成探头时,它可以分别接收三个方向场分量,经理论分析得出:
式中:—检波器引入的常数;—偶极子与高频感应电压间比例系数;—分别对应于三个方向的电场分量;—待测场的电场矢量.
为待测场的厄米特(Hermitian)幅度.可见,用端接平方律特性二极管的三维正交偶极子天线,总的直流输出正比于待测场地平方,而功率密度亦正比于待测场的平方,因此经过校准后,的值就等于待测电场的功率密度.如果电路中引入开平方电路,那么值就等于待测电场强度值.偶极子的长度应小于被测频率的半波长.
②热电偶型探头:采取三条相互垂直的热电偶结点阵作电场测量探头,提供了和热电偶元件切线方向场强平方成正比的直流输出.待测场强为,与极化无关.沿三个方向分布的热电偶元件最大尺寸应小于最高工作频率波长的1/4.避免谐振.
③磁场探头:由三个相互正交环天线和二极管,RC滤波元件,高阻线组成,从而保证其全向性和频率响应.环天线感应电势为:
式中:N—环匝数;b—环半径;H—待测场的磁场强度.
为了确保环境监测的质量,应对这类仪器电性能提出基本要求:各向同性误差dB;系统频率响应不均匀度dB;灵敏度0.5V/m;校准精度dB.
(2)选频式辐射测量仪
这类仪器用于环境中低电平电场强度,电磁兼容,电磁干扰测量.除场强仪(或称干扰场强仪)外,可用接收天线和频谱仪或测试接收机组成的测量系统经校准后,用于环境电磁辐射测量.
①场强仪(干扰场强仪):待测场的场强值:
式中:K—天线校正系数,为频率的函数,可由场强仪的使用说明文件查得.
当被测场是脉冲信号时,不同带宽对应的值不同.此时需要归一化于MHz带宽的场强值,即:
式中:BW—选用带宽,MHz;K,L值查表可得;—场强仪读数.
测量宽带信号环境辐射峰值场强时,要选用尽量宽的带宽.相应平均功率密度为:
式中:——脉冲信号占空比,和可以方便地计算出来.
②频谱仪测量系统:测量系统工作原理和场强仪一致,只是用频谱仪作接收机,此外频谱仪的dBm读数须换算成.对50系统,场强值为:
③微波测试接收机:用微波接收机,接收天线也可以组成环境监测系统.扣除电缆损耗,功率密度可按下式计算:
式中:—天线增益(倍数);—工作波长,cm;—数字幅度计读数,dBm;——0dB输入功率,dBm.

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