[科普中国]-电磁辐射污染控制工程

所谓电磁环境是指某个存在电磁辐射的空间范围。电磁辐射以电磁波的形式在空间环境中传播，不能静止地存在于空间某处。人类工作和生活的环境充满了电磁辐射。

电磁辐射污染是指人类使用产生电磁辐射的器具而泄漏的电磁能量传播到室内外空间中，其量超出环境本底值，且其性质、频率、强度和持续时间等综合影响引起周围受辐射影响人群的不适感，并使人体健康和生态环境受到损害。

电磁辐射污染源电磁场源可以分为自然电磁场源和人工电磁场源。

天然电磁辐射天然电磁辐射源产生于自然界，由某些自然现象所引起，例如，雷电，云层放电、太阳黑子活动，火山爆发，等等。这些自然现象会对广大地区产生严重的电磁干扰。2

人为电磁辐射人为辐射的产生源种类、产生的时间和地区以及频率分布特性是多种多样的。若根据辐射源的规模大小对人为辐射进行分类，可分为以下三类。

(1)城市杂波辐射

即使在附近没有特定的人为辐射源，也可能有发生于远处多数辐射源合成的杂波。城市杂波与各辐射源电波波形和产生机构等方面的关系不大，但它与城市规模和利用电器的文化活动、生产服务以及家用电器等因素有直接的正比例关系。城市杂波没有特殊的极化面，大致可以看成连续波。

在我国，城市杂波辐射就是环境电磁辐射，它是评价大环境质量的一个重要参数，也是城市规划与治理诸方面的一个重要依据。

(2)建筑物杂波

在变电站所、工厂厂房和大型建筑物以及构筑物中多数辐射源会产生一种杂波，这种来自上述建筑物的杂波称为建筑物杂波。这种杂波多从接收机之外的部分传人到接收机中，产生干扰。建筑物杂波一般呈冲击性与周期性波形，可以认为是冲击波。

(3)单一杂波辐射

它是特定的电器设备与电子装置工作产生的杂波辐射，它因设备与装置的不同而具有特殊的波形和强度。单一杂波辐射的主要成分是工业、科研、医疗设备(简称ISM设备)的电磁辐射，这类设备对信号的干扰程度与该设备的构造、频率、发射天线形式、设备与接收机的距离以及周围地形地貌有密切关系。

当电磁辐射体运行时，便产生或释放电磁能量，它随着其功率、频率不同而不同，所产生的电磁辐射强度不同，近区场和远区场的状况也不同。但不管何种频率或波长的电磁波，其在空中的传播速率是相同的，即3×10m/s。这些电磁波可传得很远，可是在近区场的电磁场却随着与发射中心距离的延长急剧衰减。3

污染传播途径电磁辐射所造成的环境污染途径大体上可分为空间辐射、导线传播和复合污染三种。

空间辐射当电子设备或电气装置工作时，会不断地向空间辐射电磁能量，设备本身就是一个发射天线。

由射频设备所形成的空间辐射，分为两种：①以场源为中心，半径为一个波长的范围之内的电磁能量传播是以电磁感应方式为主，将能量施加于附近的仪器仪表、电子设备和人体上的；②在半径为一个波长的范围之外的电磁能量的传播，是以空间放射方式将能量施加于敏感元件和人体之上的。

导线传播当射频设备与其他设备共用一个电源供电时，或者它们之间有电器连接时，那么电磁能量(信号)就会通过导线进行传播。

此外，信号的输出/输入电路等也能在强电磁场中“拾取”信号并将所有“拾取”的信号再进行传播。

复合污染它是同时存在空间辐射与导线传播所造成的电磁污染。

控制措施电磁辐射防护与治理的目的是为了减少、避免或者消除电磁辐射对人体健康和各种电子设备产生的不良影响或危害，以保护人群身体健康、保护环境。基于这目的，就要对各种产生电磁辐射的设备，从设计、制造到使用都要特别注意到电磁辐射的污染问题，既要做到制造出各种低电磁辐射设备、或符合电磁辐射产品标准的设备，又要对运行中的设备检查和完善其防护与治理。

基本原则①屏蔽辐射源或辐射单元。

②屏蔽工作点。

③采用吸收材料，减少辐射源的直接辐射。

④清除工作现场二次辐射，避免或减少二次辐射。

⑤屏蔽设施必须有很好的单独接地。

⑥加强个人防护，如穿具屏蔽功能的工作服、戴具屏蔽功能的工作帽等。

高频电磁辐射防护防治为了防止、减少或避免高频电磁辐射对人体健康的危害和对环境的污染，应当采取防护与治理措施，其中很重要的是对高频电磁设备采取屏蔽、接地、滤波、阻波抑制等技术方法。

1、屏蔽

屏蔽的目的就是使电磁辐射体的电磁辐射能量被限定在所规定的空间之内，阻止其传播与扩散。更具体地说，屏蔽就是采取一切技术措施，将电磁辐射的作用与影响限制在规定的空间范围以内，所以才有屏蔽体构件。

所谓屏蔽体，是指用来消除场源空间内的辐射和限制其能量，而在场源直接占据的体积内所设置的零件的组合。其要求是一定要结构严密，接触良好。

(1)电磁屏蔽

众所周知，在电磁场中存在有电磁感应，人们采取一定措施来消除这种电磁感应的影响，这种措施称为电磁屏蔽。电磁感应是通过磁力线的交联耦合来实现的。很显然，若要把电磁场局限在某个空间之内，使它不影响到外部空间，那就必须使该电磁场在外部空间的磁力线等于零；反之，若要使外部电磁场不影响到某一空间内部，就必须使外部电磁场在某一空间内部的磁力线等于零。为此，电磁屏蔽就必须采用高导电率的金属材料做成屏蔽体。于是在某外来电磁场作用下，根据电磁感应定律，在屏蔽壳体上产生感应电流，而这些感应电流又产生了与外来电磁场方向相反的磁力线，并在所屏蔽的空间内抵消了该电磁场的磁力线，使总磁力线接近于零，即达到了屏蔽的目的。

由于电磁屏蔽是基于在外来电磁场作用下，通过电磁感应在屏蔽壳体上产生感应电流，因此可以得到以下两点。

①电磁屏蔽只适用于高频。因为感应电流是和频率成正比的，在低频时感应电流很小，它所产生的磁力线不足以抵消电磁场的磁力线。

②在电磁屏蔽情况下，应保证屏蔽壳体具有良好的电气连接，使得感应电流能够在屏蔽壳体上畅流，以便产生足够大的磁力线来抵消外电磁场的磁力线，否则将会影响屏蔽效果。

(2)电磁场屏蔽的基本原理

对于电磁场，电场分量E和磁场分量H是同时存在的。只是当频率f越低、离磁场场源越近(即近场强区)时，随场源特性的不同，其场强分量E和磁场分量H有很大的差别。

高电压、高电流场源，近场以电场E为主；低电流场源，近场以磁场H为主。随着频率厂的增大或远离场源，就以平面波电磁场为主。

对于电磁场的屏蔽，主要依靠屏蔽体的反射、吸收作用。

①吸收 由电损耗、磁损耗及介质损耗等组成。这些损耗转化为热消耗在屏蔽体内，从而达到阻止电磁辐射和防止电磁干扰的目的。

②反射 主要是由于介质(空气)与金属的波阻抗不一致引起的。二者相差越大，反射损耗越大。

③电磁波在屏蔽体表面及屏蔽体内的吸收、反射 当入射电磁波遇到屏蔽体后，由于两者波阻抗不一致而使一部分电磁波被反射回空气介质中，另一部分穿透进入屏蔽体。这部分电磁波由于屏蔽体在电磁场中产生的电损耗、磁损耗及介质损耗等而消耗部分能量，即部分电磁波被吸收，因此剩余电磁波在到达屏蔽体另一表面时同样由于阻抗不匹配，使部分电磁波被反射回屏蔽体内，形成在屏蔽体内的多次反射，剩余部分穿透屏蔽体进入空气介质。

(3)屏蔽要求

①对于中、短波频段，可用金属导体将辐射源屏蔽起来，并加以良好的接地。高频段一般选用铜、铝作为屏蔽材料。

②对于超短波、微波段，一般先用屏蔽材料和吸收材料制成复合材料，然后再做成屏蔽体。

③屏蔽材料应选择导电性能好和磁导率高的材料制成屏蔽体，例如铜、铝等。试验表明钢也有一定的屏蔽效果，而且频率越高其屏蔽效果越好，但在实际应用中，钢对能量损耗较大，所以一般不用钢做屏蔽。

④屏蔽结构要合理，在设计屏蔽结构时，应当注意屏蔽体对屏蔽设备特性的影响。通常由于屏蔽体的电磁感应，造成一部分能量被屏蔽体反射，致使电阻和电容量增加、电感量减少，从而使高频能量损耗过大。因此，要求屏蔽体与被屏蔽设备之间必须保持一定的距离，保持屏蔽结构的电气接触性能良好，并妥善进行屏蔽接地。当对微波设计屏蔽结构时，尤其要注意避免微波辐射的反射问题。

2、接地

①接地抑制电磁辐射的机理射频接地是指将场源屏蔽体或屏蔽体部件内由于感应电流的产生而采取迅速的引流，造成等电位分布的措施；也就是说，高频接地是将设备屏蔽体和大地之间，或者与大地可以看成公共点的某些构件之间，用低电阻的导体连接起来，形成电气通道，造成屏蔽系统与大地之间提供一个等电位分布。

接地包括高频设备外壳的接地和屏蔽的接地。屏蔽装置有了良好的接地后可以提高屏蔽效果，以中波段较为明显。屏蔽接地除个别情况如大型屏蔽室以多点接地一般采用单点接地。高频接地的接地线不宜太长，其长度最好能限制在波长1/4以内，即使无法达到这个要求，也应避开波长1/4的奇数倍。

②接地系统射频防护接地情况的好坏，直接关系到防护效果。射频接地的技术要求有：射频接地电阻要尽可能小；接地线与接地极以用铜材为好；接地极的环境条件要适当；接地极一般埋设在接地井内。接地系统包括接地线与接地极。

任何屏蔽的接地线都要有足够的表面积，要尽可能短，以宽为10cm的铜带为好。

接地极主要有三种方式：接地铜板、接地格网板、嵌入接地棒。

地面下的管道(如水管、煤气管等)是可以充分利用的自然接地体。这种方法简单节省费用，但是接地电阻较大，只适用于要求不高的场合。

3、滤波

滤波是抑制电磁干扰最有效的手段之一。线路滤波的作用就是保证有用信号通过，并阻截无用信号通过。电源网络的所有引入线，在其进入屏蔽室之处必须装设备滤波器。若导线分别引入屏蔽室，则要求对每一根导线都必须进行单独滤波。在对付电磁干扰信号的传导和某些辐射干扰方面，电源电磁干扰滤波器是相当有效的器件。

滤波器是由电阻、电容和电感组成的一种网络器件。滤波器在电路中的设置位置是各式各样的，其设置位置要根据干扰侵入的途径确定。

4、其他措施

①采用电磁辐射阻波抑制器，通过反作用场在一定程度上抑制无用的电磁散射。

②在新产品和新设备的设计制造时，尽可能使用低辐射产品。

③从规划着手，对各种电磁辐射设备进行合理安排和布局，并采用机械化或自动化作业，减少作业人员直接进入强电磁辐射区的次数或工作时间。

除上述防护措施外，加强个体防护，通过适当的饮食，也可以抵抗电磁辐射的伤害。

发射台电磁辐射防护广播、电视发射台的电磁辐射防护首先应该在项目建设前，以《电磁辐射防护规定》(CB 8702—88)为标准，进行电磁辐射环境影响评价，实行预防性卫生监督，提出包括防护带要求等预防性防护措施。对于业已建成的发射台对周围区域造成较强场强的，一般可考虑以下防护措施：

①在条件许可的情况下，采取措施，减少对人群密集居住方位的辐射强度，如改变发射天线的结构和方向角；

②在中波发射天线周围场强大约为15V/m，短波场强为6V/m的范围设置一片绿化带；

③调整住房用途，将在中波发射天线周围场强大约为10V/m、短波场源周围场强为4V/m的范围内的住房，改作非生活用房；

④利用建筑材料对电磁辐射的吸收或反射特性，在辐射频率较高的波段，使用不同的建筑材料，包括钢筋混凝土，甚至金属材料覆盖建筑物，以衰减室内场强。

微波设备电磁辐射防护为了防止和避免微波辐射对环境的“污染”而造成公害，影响人体健康，在微波辐射的安全防护方面，主要的措施有以下三个方面。

(1)减少源的辐射或泄漏

根据微波辐射传播原理，采用合理的微波设备结构，正确设计并采用适当的措施。完全可以将设备的泄漏水平控制在安全标准以下。在设计合理和结构合理的微波设备制成之后，应对泄漏进行必要的测定。合理地使用微波设备，为了减少不必要的伤害，规定维修制度和操作规程是必要的。

在进行雷达等大功率发射设备的调试和试验时，可利用等效天线或大功率吸收负载的方法来减少从微波天线泄漏的直接辐射。利用功率吸收器(等效天线)可将电磁能转化为热能散掉。

(2)实行屏蔽和吸收

为防止微波在工作地点的辐射，可采用反射型和吸收型两种屏蔽方法。

①反射微波辐射的屏蔽 使用板状、片状和网状的金属组成的屏蔽壁来反射散射微波，可以较大地衰减微波辐射作用。一般，板片状的屏蔽壁比网状的屏蔽壁效果好，也有人用涂银尼龙布来屏蔽，亦有不错的效果。

②吸收微波辐射的屏蔽对于射频，特别是微波辐射，也常利用吸收材料进行微波吸收。

吸收材料是一种既能吸收电磁波，又是对电磁波的发射和散射都极小的材料。目前电磁辐射吸收材料可分为两类，一类为谐振型吸收材料，是利用某些材料的谐振特性制成的吸收材料。这种吸收材料厚度小，对频率范围较窄的微波辐射有较好的吸收频率。另一类为匹配型吸收材料，是利用某些材料和自由空间的阻抗匹配，达到吸收微波辐射能的目的。

人们最早用的吸收材料是一种厚度很薄的孔隙布。这层薄布不是任意的编织物，它具有377Ω的表面阻率，并且是用碳或碳化物浸过的。

如果把炭黑、石墨羟基铁和铁氧体等，按一定的配方比例填入塑料中，即可以制成较好的窄带电波吸收体。为了使材料具有较好的力学性能或耐高温等性能，可以把这些吸收物质填入橡胶、玻璃钢等物体内。

微波吸收的方案有两个：一是仅用吸收材料贴附在罩体或障板上将辐射电磁波能吸收；二是把吸收材料贴附在屏蔽材料罩体和障板上，进一步削弱射频电磁波的透射。

微波炉吸收电磁波的应用如下：

微波炉在使用时会产生电磁波。通常，微波炉的炉体和炉门之间，是可能泄露电磁波的主要部位。在其间装有金属弹簧片以减小缝隙，然而这个缝隙减小是有限度的，由于经常开、关炉门，而附有灰尘杂物和金属氧化膜等，使微波炉泄漏仍然存在。为此，人们采用导电橡胶来防泄漏，由于长期使用，重复加热，橡胶会老化，从而失去弹性，以致缝隙又出现了。

目前，人们用微波吸收材料来代替导电橡胶，这样一来，即使在炉门与炉体之间有缝隙，也不会产生微波泄漏。这种吸收材料是由铁氧粉与橡胶混合而成，它具有良好的弹性柔软性，容易压成所需要的结构形状和尺寸，使用时相当方便。

微波辐射能量随距离加大而衰减，且波束方向狭窄，传播集中，可以加大微波场源与工作人员或生活区的距离，达到保护人民群众健康的目的。

微波作业人员个体防护必须进入微波辐射强度超过照射卫生标准的微波环境的操作人员，可采取下列防护措施。

①穿微波防护服 根据屏蔽和吸收原理设计成三层金属膜布防护服，内层是牢固棉布层防止微波从衣缝中泄漏照射人体；中间层为涂金属的反射层，反射从空间射来的微波能量；外层为介电绝缘材料，用以介电绝缘和防蚀，并采用电密性拉锁，袖口、领口、裤角处使用松紧扣结构。也可用直径很细的钢丝、铝丝、柞蚕丝、棉丝等混织金属丝布制作防护服。

现在有采用将银粒经化学处理，渗入化纤布和棉布的渗金属防护服，使用方便，防护效果较好，但银来源困难且价格昂贵。

②戴防护面具面具可制作成封闭型(罩上整个头部)或半边型(只罩头部的后面和面部)。

③戴防护眼镜眼镜可用金属网或薄膜做成风镜式，较受欢迎的是金属膜防目镜。4