電磁輻射（EMF）測量技術及方法綜述

電磁輻射的測量方法通常與(yu) 測量點位和輻射源的距離有關(guan) ，即，所進行的測量是遠場測量還是近場測量。由於(yu) 遠場和近場的情況下，電磁場的性質有所不同，因此，要對遠場和近場測量有明確的了解。 

1、電磁場的遠場和近場劃分

電磁輻射源產(chan) 生的交變電磁場可分為(wei) 性質不同的兩(liang) 個(ge) 部分，其中一部分電磁場能量在輻射源周圍空間及輻射源之間周期性地來回流動，不向外發射，稱為(wei) 感應場；另一部分電磁場能量脫離輻射體(ti) ，以電磁波的形式向外發射，稱為(wei) 輻射場。

　　一般情況下，電磁輻射場根據感應場和輻射場的不同而區分為(wei) 遠區場（感應場）和近區場（輻射場）。由於(yu) 遠場和近場的劃分相對複雜，要具體(ti) 根據不同的工作環境和測量目的進行劃分，一般而言，以場源為(wei) 中心，在三個(ge) 波長範圍內(nei) 的區域，通常稱為(wei) 近區場，也可稱為(wei) 感應場；在以場源為(wei) 中心，半徑為(wei) 三個(ge) 波長之外的空間範圍稱為(wei) 遠區場，也可稱為(wei) 輻射場。 近區場通常具有如下特點：

　　近區場內(nei) ，電場強度與(yu) 磁場強度的大小沒有確定的比例關(guan) 係。即：E 377H。一般情況下，對於(yu) 電壓高電流小的場源(如發射天線、饋線等)，電場要比磁場強得多，對於(yu) 電壓低電流大的場源(如某些感應加熱設備的模具)，磁場要比電場大得多。 

　　近區場的電磁場強度比遠區場大得多。從(cong) 這個(ge) 角度上說，電磁防護的重點應該在近區場。 

　　近區場的電磁場強度隨距離的變化比較快，在此空間內(nei) 的不均勻度較大。

　　遠區場的主要特點如下： 

　　在遠區場中，所有的電磁能量基本上均以電磁波形式輻射傳(chuan) 播，這種場輻射強度的衰減要比感應場慢得多。

　　在遠區場，電場強度與(yu) 磁場強度有如下關(guan) 係：在單位製中，E=377H，電場與(yu) 磁場的運行方向互相垂直，並都垂直於(yu) 電磁波的傳(chuan) 播方向。 

　　遠區場為(wei) 弱場，其電磁場強度均較小

近區場與(yu) 遠區場劃分的意義(yi) ：

　　通常，對於(yu) 一個(ge) 固定的產(chan) 生一定強度的電磁輻射源來說，近區場輻射的電磁場強度較大，所以，應該格外注意對電磁輻射近區場的防護。對電磁輻射近區場的防護，首先是對作業(ye) 人員及處在近區場環境內(nei) 的人員的防護，其次是對位於(yu) 近區場內(nei) 的各種電子、電氣設備的防護。而對於(yu) 遠區場，由於(yu) 電磁場強較小，通常對人的危害較小。 

　　對我們(men) 經常接觸的從(cong) 短波段30MHz到微波段的3000MHz的頻段範圍，其波長範圍從(cong) 10米到1米。

2、遠區場的測量

　　在遠區場（輻射場區），可引入功率密度矢量（波印廷矢量） ，電場矢量 、磁場矢量 、波印廷矢量 三者方向互相垂直，波印廷矢量的方向為(wei) 電磁波傳(chuan) 播方向。

　　在數值上，E=377H，S=EH=E2/377。其中電場強度E的單位是(V/m)，磁場強度H的單位是(A/m)，功率密度的單位是（W/m2）,全部是單位製(SI)。

　　由公式可看出，在遠場區，電場與(yu) 磁場不是獨立的，隻測電場強度，磁場強度及功率密度中的一個(ge) 項目，其他兩(liang) 個(ge) 項目均可由此換算出來。

　　一般情況，關(guan) 於(yu) 遠場和近場的測量問題簡化為(wei) ：

　　國標規定，當電磁輻射體(ti) 的工作頻率低於(yu) 300MHz時，應對工作場所的電場強度和磁場強度分別測量。當電磁輻射體(ti) 的工作頻率大於(yu) 300MHz時，隻測電場強度。

　　300MHz頻率相應的波長為(wei) 1米，λ/6為(wei) 16cm，16cm之外輻射場占優(you) 勢。如按3λ的劃分界限，距輻射源3米之外可認為(wei) 是遠場區。

　　一般電磁環境是指在較大範圍內(nei) 由各種電磁輻射源，通過各種傳(chuan) 播途徑造成的電磁輻射背景值，因而屬於(yu) 遠區場，輻射的頻譜非常寬，電磁場強度均較小。

　　1GHz以下遠區輻射場的測量，可用遠區場強儀(yi) ，也可用幹擾場強儀(yi) 。

3、近區場的測量

　　在近場區（感應場區），電場強度E與(yu) 磁場強度H的大小沒有確定的比例關(guan) 係，即：E 377H，需要分別測量電場強度E與(yu) 磁場強度H的大小。對於(yu) 電壓高而電流小的場源，在感應場區內(nei) 主要是電場，主要測量電場，對於(yu) 電壓低而電流大的場源(如感應線圈)，在感應場區內(nei) 主要是磁場，主要測量磁場。例如，對於(yu) 沒有接上電器的牆上電源插座，電流基本為(wei) 零，電壓不為(wei) 零，插座在其附近產(chan) 生一定強度的工頻電場，但產(chan) 生的工頻磁場基本為(wei) 零。 國家標準限值中30MHz以下以場強為(wei) 準，因為(wei) 該頻段的波長大於(yu) 10米，測量點處的感應場常常不能忽略，電場強度E與(yu) 磁場強度H的比例關(guan) 係不確定。

　　由前麵的場強與(yu) 距離的關(guan) 係可知，近場區場強很大（根據不同的設備，電場強度可能從(cong) 幾十到幾百V/m，磁場強度可達到數A/m），但場強隨距離的增大衰減得很快，即場強變化梯度很大，是一種非常複雜的非均勻場。因此，近區場強儀(yi) 的量程應當足夠大，而測量探頭應當足夠小，測量結果才能代表測試點的場強。近場區監測主要屬於(yu) 工作場所監測。

　　由於(yu) 近區場強很大，較遠處的其它電磁輻射源的貢獻可忽略不計，因此，近區場強測量不采用選頻式儀(yi) 器。可用綜合場強儀(yi) 測量近區場強，如意大利PMM公司的8053型儀(yi) 器，具有較好的測量精度和強大的數據處理功能。目前的綜合場強儀(yi) 與(yu) 早期的近區場強儀(yi) 的不同：前者為(wei) 各向同性，測量時不必調整探頭方向。前者較後者頻率範圍更寬。例：具體(ti) 輻射源的近場（感應場區）與(yu) 遠場（輻射場區）（ = c / f）

　　頻率 (f) 波長 ( ) 界限（3 ） 

　　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(ye) 應用 0.7 m 2.1 m 

　　900 MHz ，尋呼機 0.33 m 1 m 

　　2.45 GHz微波，工業(ye)  0.12 m 0.36 m 

　　6 GHz 數字廣播 0.05 m 0.15 m 

　　20 GHz 衛星傳(chuan) 輸 0.015 m 0.045 m 

附：場區的具體(ti) 劃分

場強與(yu) 距離的關(guan) 係

　　以r表示測量點到輻射源的距離，則在該點的感應場強度與(yu) r2至r3成反比，輻射場強度與(yu) r成反比（因此，輻射場強度與(yu) 距離r的乘積與(yu) r無關(guan) ，稱為(wei) 場強距離乘積）。在靠近輻射源的地方，隨著距離r的減小，感應場強度急劇增加。

近場與(yu) 遠場的劃分

　　當測量距離r＝λ/2π≈λ/6時，感應場強度與(yu) 輻射場強度相當。在距離輻射源比較近（r<λ/6）的地方，感應場強度大於(yu) 輻射場強度，稱為(wei) 近場（區）或感應場區，較遠的地方（r>λ/6）則相反，輻射場占優(you) 勢，稱為(wei) 遠場（區）或輻射場區。近場區和遠場區的提法被廣為(wei) 使用，但在不同的應用領域，其劃分界限不統一。也稱為(wei) 近區場和遠區場。

一般當r大於(yu) 3λ時，可忽略感應場的成份，認為(wei) 處於(yu) 遠場（區）。

　　當輻射源尺度與(yu) 波長可比擬時，還可將輻射場區分為(wei) 輻射近場區和輻射遠場區。輻射遠場區的定義(yi) 是，"輻射場強度角分布基本上與(yu) 距天線的距離無關(guan) 的場區"，在輻射遠場區，將天線上各點到測量點的連線當作是平行的，所引入的誤差小於(yu) 一定的限度。如天線尺寸為(wei) D，則遠場區距離應大於(yu) 2D2/λ。當輻射源尺寸D的數量級小於(yu) 波長λ時（2D2/λ<λ/6，D<λ/3.5），輻射近場區範圍小於(yu) 感應場區，輻射場區全部是輻射遠場區。＼

　　如果測量天線為(wei) 微波段的麵天線，而且尺寸較大，所測輻射源與(yu) 測量天線的距離大於(yu) 2D2/λ認為(wei) 是輻射遠場區。

　　由以上公式可見，近場與(yu) 遠場的劃分界限與(yu) 輻射源頻率（波長）有關(guan) 。