Классификация и источники

Электромагнитные излучения: распространение,

На протяжении эволюции биосфера находилась под влиянием электромагнитных полей (ЭМП). В процессе индустриализации человечество прибавило искусственные ЭМП, усилив тем самым фоновое значение поля. Применение радиотехнических приборов и систем, новых технологических процессов, связанных с излучениями электромагнитной природы, создаёт вредный (опасный) производственный фактор – повышенный уровень ЭМП.

В соответствии с законами Максвела ЭМП характеризуется векторами напряженности электрического поля (Е, В/м) и напряженности магнитного поля (Н, А/м). Векторы и бегущей сферической волны всегда взаимно перпендикулярны (см. рис. 1). Их векторное произведение называется вектором Пойтинга (в советских и российских источниках – вектором Умова-Пойтинга):

. (1)

Рисунок 1 – Электромагнитное поле бегущей сферической волны

Длина волны , частота и скорость распространения С связаны соотношением:

. (2)

Вокруг источника ЭМП выделяют три зоны: ближнюю (зону индукции), промежуточную (зону дифракции) и дальнюю (волновую зону). Четкой границы между зонами нет. Однако на практике при их разделении пользуются критериями, рассмотренными ниже.

Ближняя зона (зона индукции) находится на расстоянии от источника

. (3)

Неравенством (3) пользуются, когда излучатель (антенна) имеет линейные размеры намного меньше длины волны (например, антенны в мобильных телефонах). В тех случаях, когда максимальный линейный размер излучателя D равен или больше длины волны, пользуются неравенством (4):

. (4)

В ближней зонебегущая электромагнитная волна еще не сформировалась. Электрическое и магнитное поле можно считать независящими друг от друга. Поэтому измерение поля в этой зоне ведется отдельно по электрической и магнитной составляющим. Как правило, одна из них резко преобладает над другой. Примерами, в которых резко преобладает магнитная составляющая, являются мощные трансформаторы или соленоиды. Электрическая составляющая преобладает над магнитной в высоковольтных конденсаторах.

В промежуточной зоне (зоне дифракции)ЭМП носит волновой характер, но не может рассматриваться как бегущая сферическая волна.Множество потоков волн, распространяясь в разных направлениях, могут усиливать друг друга в одних местах ослаблять в других, образовывая дифракционные максимумы и стоячие волны. Эта зона может возникать не только вблизи источника ЭМП, но и вблизи какого-либо объекта, отражающего электромагнитные волны.

Зона излучения (волновая зона) для излучателя с размерами намного меньше длины волны начинается на расстоянии от источника

. (5)

Для излучателей с размерами, не меньше длины волны, эта зона определяется неравенством

. (6)

Неравенства (5 и 6) становятся справедливы, если их левые части на порядок превышают правые части.

В зоне излучения электромагнитное поле существует в виде сформированных бегущих сферических волн, см. рис.1. Модуль вектора Пойтинга равен плотности потока энергии (ППЭ), которая обратно пропорциональна квадрату расстояния от точечного источника:

, (7)

где - мощность источника; - коэффициент усиления антенны (источника). В знаменателе - площадь сферического фронта радиусом R.

Для бегущей волны

, (8)

где - характеристическое сопротивление среды (для вакуума и воздуха ).

Плотность потока энергии для бегущей волны в зоне излучения связана с напряженностью электрического и магнитного поля соотношением

. (9)

Таким образом, для характеристики поля в зоне излучения достаточно указать одну из величин ППЭ, Е или Н.

В диапазоне от низких частот до коротковолновых излучений с частотой до 100 МГц ( м) ЭМП следует рассматривать как поле индукции. Если на рабочем месте или вблизи от него имеется такой источник ЭМП, то человек оказывается как правило в зоне индукции.

При частотах более 300 МГц ( м) человек оказывается как правило в зоне излучения или в зоне дифракции.

Электромагнитные излучения радиотехнического диапазона делятся на длинные (ДВ), средние (СВ), короткие (КВ), ультракороткие (УКВ) и сверхвысокочастотные (СВЧ) волны (см. рис. 2).

Рисунок 2 - Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона

Источникамиэлектромагнитных излучений радиотехнического диапазона являются радиостанции, мобильные телефоны, генераторы, установки индукционного и диэлектрического нагрева (в том числе СВЧ-печи), радары, высокочастотные приборы и различные устройства в медицине.