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电磁场的远场和近场划分(转)

(2010-05-26 16:32:52)
标签：

电磁兼容

远场

近场

杂谈

 分类： 电磁兼容EMC
       
        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近区场（感应场）和远区场（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：E¹377H。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。
  • 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，E=377H，电场与磁场的运行方向互相垂直，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：
        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，近区场辐射的电磁场强度较大，所以，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段30MHz到微波段的3000MHz的频段范围，其波长范围从10米到0.1米。
 
        例：具体辐射源的近场（感应场区）与远场（辐射场区）（l = c / f）
频率 (f)                                波长 (l)                    界限（3l）
50 / 60 Hz  电力                    6000 / 5000 km              18000 / 15000 km
50 kHz  电焊                            6 km                        18km
27 MHz  CB 广播, 透热疗法               11.1 m                      33.3 m
100 MHz FM 广播                         3 m                         9 m
433 MHz 工业应用                        0.7 m                       2.1 m
900 MHz 移动电话，寻呼机                0.33 m                      1 m
2.45 GHz微波，工业                      0.12 m                      0.36 m
6 GHz   数字广播                        0.05 m                      0.15 m
20 GHz  卫星传输                        0.015 m                     0.045 m
 
 
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r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＝λ/2π≈λ/6时，感应场强度与辐射场强度相当。在距离辐射源比较近（r<λ/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>λ/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3λ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/λ。当辐射源尺寸D的数量级小于波长λ时（2D2/λ<λ/6，D<λ/3.5），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。
        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2D2/λ认为是辐射远场区。
        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。
 

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