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電磁波也稱電磁輻射,從本質上看,電磁波屬于一種能量。該能量一般產生于高于絕對零度的物體,無法被肉眼識別。生活中,電磁波已經被應用到了很多領域,同時也為社會的進步發揮了很大的價值,但其存在的輻射問題卻是不容忽視的,對其進行研究,并提出輻射防護方法很有必要。
1 電磁波的應用
目前,電磁波的應用主要集中在醫療領域、電子產品領域以及通信領域。
1.1 醫療領域對電磁波的應用
電磁波應用于醫療領域為該領域的發展帶來了極大的促進作用,總的來說,其在醫療領域的應用主要體現在種種醫療器械功能的發揮方面。X光機是醫院中十分常見的機器,這一醫療器械功能的發揮便需要依賴電磁波來完成。另外,心電圖機以及微波治療儀中也都應用到了電磁波,可見,醫療領域對于電磁波的應用是比較廣泛的。
1.2 電子產品領域對電磁波的應用
電子產品領域同樣對電磁波有所應用,尤其是家用電子產品,更是離不開電磁波的作用。以電磁爐為例,電磁爐是人們加熱實物的主要工具,具有使用簡單,加熱速度快的特點,其加熱功能的發揮便是通過對電磁波的應用而實現的。另外,科學技術的發展使得家用電話的形式開始逐漸改變,從傳統的有繩電話,變為了目前的無繩電話,后者的通話功能便需要通過電磁波來實現。不同電子產品的輻射情況如表1所示。
1.3 通信領域對電磁波的應用
通信領域對電磁波的應用體現在電視節目的收看和廣播節目的收聽等過程。在過去很長一段時間,網絡還未出現之前,人們的娛樂主要集中在收看電視節目與收聽廣播兩方面,網絡的出現為人們提供了新的娛樂途徑,尤其是無線網絡,更是徹底的改變了生活,需要認識到的是,無線網絡功能的實現是通過電磁波來完成的,長期受其影響,對人們的健康會產生不利影響。
2 電磁波的輻射
電磁波的輻射主要表現為電磁輻射。能量源中往往存在大量的電磁波,受種種原因影響,其中一部分電磁波會與能量源脫離,并擴散到空間中,這一部分電磁波是構成電磁輻射的主要因素,同時也正是這一部分電磁波對人體的影響最為嚴重。
總的來說,電磁輻射對人體的影響主要體現在熱效和非熱效應兩方面。所謂的熱效應主要指的是受電磁波影響而導致的人的機體升溫的問題。眾所周知,水占據了人身體的大部分空間,受電磁波影響,水分子會發生摩擦,進而導致機體升溫。從長遠的角度看,這對于人體健康會產生極為嚴重的不良影響。除了外界的電磁波之外,人體本身也存在一定電磁場,在正常情況下,其會在人體內保持平衡,并將人體維持在正常運行的狀況。受外界電磁波的影響,人體內部磁場的平衡性會發生一定的變化,這對于人體健康的保證是非常不利的。電磁輻射對人體的影響情況如圖1。
3 電磁波輻射的防護方法
針對電磁輻射對人體帶來的不良影響,提出一定的防護措施非常必要。根據電磁波應用反響的不同,需要采取的防護方法也不同。
3.1 醫療領域電磁輻射防護方法
醫療領域的電磁輻射問題對醫生與患者健康狀況的保證十分不利,尤其是醫生,在長期操作器械的過程中,其身體必定會受到潛移默化的影響。為了為醫生提供一個更加良好的工作環境,必須提出具體的電磁輻射防護方法。由于儀器本身功能的發揮需要通過電磁波來實現,因此輻射的防護必須從外界入手來實現,對此,對儀器的使用空間進行防護很有必要。以X光機的使用為例,要使用鉛防護的方法達到避免電磁波擴散的目的。除此之外,以x光投射為主要工作的醫生還應采取其他的防護手段,加強第二次防護,穿特質的防輻射服裝能夠使上述問題得到解決,對于醫生身體狀況的保證十分有利。
3.2 電子產品領域電磁輻射的防護方法
隨著人們生活條件的改善,電子產品已經進入了千家萬戶,為了避免電子產品的應用所產生的電磁波對人們身體造成過于嚴重的不良影響,必須做好防輻射措施。臥室為人們休息的主要空間,因此,要避免將電冰箱等電子產品擺放在臥室,以最大程度的避免輻射。另外,手機同樣會產生輻射,避免手機輻射的主要方法為減少手機使用時間,這對于電磁輻射防護效果的改善能夠起到較大的促進作用。
3.3 通信領域電磁輻射的防護方法
從通信領域的角度看,電磁輻射的產生存在三種必要條件,即輻射源、輻射設備與傳播途徑。這一領域電磁輻射的防護可以從上述三種條件的角度出發來完成。
以輻射源為例,加大對輻射源的屏蔽力度能夠從根源處解決通信領域的電磁輻射問題。針對輻射情況較為嚴重的源頭,可以通過安裝屏蔽罩的方式實現對輻射的屏蔽,實驗顯示,相對于屏蔽罩安裝之前的輻射情況而言,安裝之后的電磁輻射明顯減少,因此認為,這一方法在電磁輻射的防護過程中,影響效果較為明顯。
針對輻射設備而言,要從其內部元件入手,對其中的電磁敏感元件進行評比,進而避免電磁波進入到設備之中,進而間接對人體產生影響。
除此之外,從傳播途徑的角度出發仍可以達到輻射防護的目的,切斷傳播途徑是一種很好的方法。
4 結束語
綜上所述,電磁波無論在醫療領域,還是在通信以及電子產品領域都有所應用,可以說,電磁波的應用為人們生活帶來了極大的便利,但其所帶來的電磁輻射問題卻不容忽視。為了最大程度的降低電磁輻射對人體所帶來的不良影響,要根據不同情況作出不同的防護措施,這樣才能充分發揮電磁波的優勢,避免其劣勢,對于其應用水平的提高具有重要意義。
參考文獻
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最近,國家環保局電磁波輻射環境影響評審專家委員會委員趙玉峰教授,在接受記者采訪時介紹,近幾十年來,隨著各種電器的普及,電話、手機、微波爐、電子計算機、通訊衛星、高壓輸電網和一些醫用設備等,都以每年幾倍或幾十倍的速度劇增,由此帶來的電磁波輻射越來越多地對人體健康及勞動安全等產生嚴重威脅。電磁波對人類健康的直接危害,表現在使人頭痛,視力減弱,破壞生殖系統功能,加速皮膚老化,引發糖尿病、白血病和腦腫瘤等方面,有的還會導致孕婦流產或胎兒畸形。
美國一份調查研究表明,經常玩電子游戲機,使用電熱毯和其他加熱器的孩子,白細胞量普遍比常人要高,誘發疾病的概率也大。目前,美國每個居民每天所接受電磁波輻射的強度比自然界電磁波輻射的強度大兩億倍以上。聯合國已把電磁波污染確認為繼水污染、大氣污染、噪聲污染之后的第四大污染,并將其列為人類環境治理的重要項目。
電磁波輻射除了危害人體健康外,還會干擾電子儀器、儀表和其他通訊設備及電腦的正常工作,甚至導致導彈制導系統失控等,造成難以估算的損失。
中國預防醫學科學院勞動衛生與職業病研究室主任李天麟教授對記者說,由于與我們日常工作、生活密切相關的電磁波輻射源離人體較近,比如手機的天線緊挨著人的頭部,間距很小,因此在工作過程中會形成強輻射,構成對人體健康的危害。
電磁波輻射對飛機飛行安全的影響近年正在加劇,在飛機上收聽廣播、玩電腦或打手機等都有可能影響飛機的空中安全,造成人員傷亡。近幾年國際上每年都發生20多起由于電磁波干擾造成的飛行事故和險情,而且在已發生的空難中不排除這方面的因素。
手機的電磁波污染有多大?
廣東省消費者委員會近日公布的手機電磁波輻射試驗結果表明,市場上銷售的11款手機,在最大發射功率(2瓦)下,電磁波輻射量嚴重超過國家規定的標準。中國計量科學研究院目前也對市場上銷售的31種牌號的手機電磁波輻射進行了測試,結果表明電磁波輻射量也嚴重超標。
雖然目前國內外對使用手機是否會影響人體健康說法不一,但是北方交通大學、國家環保局電磁波輻射環境影響評審專家委員會委員蔣忠涌教授,在前不久研究出的“手機對人體的電磁影響”成果中表明,手機的電磁波輻射量,有一半被人體吸收,其中1/4被人腦吸收。在模擬汽車中使用手機時由于受電磁波的反射和折射現象的影響,手機周圍的電磁波輻射強度約是在空曠地帶的4~5倍。在人體各器官中頭部受電磁場危害最大,特別是眼睛受害最大,這是因為眼睛中血管較少,散熱性較差,而眼睛內部水分含量多,對電磁波吸收能力較強所致。據調查,長期使用手機的人。經常會出現頭暈、記憶力減退、視力下降、耳部出現紅斑等癥狀。當高頻(微波)電磁波輻射量超過某界限值時,會引起神經和精神系統紊亂性疾病,如緊張、失眠、頭痛和全身無力等。
為此,中國消費者協會提醒手機用戶,手機呼出時與網絡最初取得聯系的幾秒鐘內電磁波輻射量最大,這時最好不要立即將手機貼耳接聽;最好使用分離耳機和分離話筒;信號不好的地方要拉出天線,以降低電磁波輻射強度;減少手機的通話時間,有電話機在身旁時,盡量不要使用手機。
據了解,我國曾正式頒布了《環境電磁波衛生標準》、《微波輻射作業衛生標準》、《電磁波輻射防護規定》等。但是,這些標準均是針對連續波的輻射而定的,對于手機間斷輻射沒有制定標準,因而造成這一領域無人監管的現狀。對此,中國消協呼吁政府主管部門加快制定手機電磁波輻射的安全標準,國內外手機生產廠家應積極開發生產適應消費者使用的綠色手機。
微波爐有沒有電磁波污染?
當我們在購買帶有電磁波輻射的家電產品時,一定要慎重選擇。已購買的微波爐是否有微波泄漏,可以用一根熒光燈管,在開啟后的微波爐門旁移動,熒光燈管發出亮光,則說明這臺微波爐有電磁波輻射污染,必須堅決淘汰。
專業人士建議,消費者既不要對微波爐的電磁波輻射置之不理,也不要過分緊張,只要合理選擇,使用防護得當,就可以充分享受高科技帶來的舒適生活。根據微波爐的工作原理,微波泄漏只可能發生在門的周圍,而且微波輻射隨著距離的增大而衰減。目前,市場上銷售的微波爐基本上能夠把微波泄漏控制在國家規定的標準范圍內,尤其是一些名牌產品已達到了國家標準。所以,名牌產品應是消費者的明智選擇。
如何防止“電磁波污染”?
電磁波輻射對環境污染和人體健康的影響已引起世界各國的高度重視,許多科學家都在研究預防和減少電磁波輻射對環境污染的辦法,以及對人體健康的影響,一些商家也瞄準機會,開發了系列防電磁波輻射的產品,如防磁片、貼聽筒、貼天線、防輻射功能服等。這些產品是否有效?電磁波污染能否預防,讓我們再來聽聽主管部門官員及專家們的解釋。
中國預防醫學科學院勞動衛生與職業病研究室主任李天麟教授認為,電磁波輻射對人們的影響雖然是普遍存在的,但并不可怕,我們可適當做些預防工作,以減少電磁波輻射的影響。比如,遠距離操作、屏蔽、限制工作時間、增加身體抵抗力等;也可采取間接預防辦法,通過藥物進行調理,如經常補充糖類、蛋白質及維生素等物質,保證一定熱能,調節食物口感等。當然,還可以通過戴電腦防護鏡,穿防電磁波輻射功能服等進行預防。最近有關專家和企業研究開發的集抗靜電、防輻射、殺菌保潔多種功能為一體的服裝,從鑒定結果來看還是比較理想的,如果產品能始終保持專家評審的標準,其市場前景是很廣闊的。前一段時間,有關手機的防磁片、貼天線等廣告吹得神乎其神,產品抽查結果有90%是不合格,甚至無效。因此,主管部門要加強對環保產品廣告宣傳的管理,并制定相應功能標準,讓消費者買得放心,用得稱心。
國家環保局核安全與輻射環境管理司的張志剛說,電磁波是把“雙刃劍”,對人類既有利又有害,雷達、無線通訊、廣播、電視等都是社會發展必要的先進設施,社會經濟越發達,電磁波輻射強度也越高。但因為電磁波輻射本身不能控制,在發射過程中對環境污染是不可避免的。我們應采取相應技術及管理措施,盡量避開電磁波對環境的污染和對人體的危害。凡是符合國家環保局《電磁輻射環境保護管理辦法》中規定的標準而建立的發射站,其發射的電磁波是絕對安全的,因為我國規定的電磁波發射安全系數比聯合國規定的標準還要高。
中圖分類號O43 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2013)101-0132-02
0引言
大型供電設備及大型發電機組在運行中會產生強電磁輻射,這種輻射對一些精密儀器會產生噪聲干擾影響其測試精度,甚至會對儀器產生致命的傷害,而強電磁場同樣對附近的人員產生輻射,嚴重時會危害人員身體健康[1]。因此在一定區域內對這種電磁波進行屏蔽是非常重要的。需要應用一些相應的電磁屏蔽方法以有效阻止電磁輻射遠離需要保護的輻射區域。目前,一些電磁屏蔽方法已相繼被提出或已應用于工程領域,并且很多種吸波材料應運而生以阻止電磁波在保護區域中的傳播[2,3]。同時一些金屬屏蔽罩或結構也被大范圍的用來進行對電磁波的反射或隔離。但是目前大多數的研究主要集中于對材料本身反射波或吸波特性上,而這些方法會受制于電磁輻射強度。在電磁輻射較弱時是適用的,當電磁輻射過于強烈時,這些屏蔽方法顯得力不從心。如果能進行對電磁波傳播路徑的有效引導使其完全繞射過保護區域,那么這將是一種更有有效的保護被輻射區域的方法。
在一些情況下,保護區域是無法移動或者改變放置方式的,因此對此區域的電磁屏蔽保護是對其外部相應電磁特性材料搭建方式的設計。通過引入一些外部操作,在保護區域外部搭建一些電磁波路徑引導結構,這樣便會將電磁波以所需的傳播方式引導遠離保護區。這種對電磁波傳播路徑的引導可以由不同電磁特性材料的組合搭接來獲得,而這些具有特殊性質的材料則可以由左手電磁超材料實現[4-6]。左手電磁超材料是一種同時具有負介電常數和負磁導率的等效材料。其于2002年由Smith和Pendry共同提出并通過實驗獲得[4]。在左手材料結構被實現后,他們又相繼提出左手材料可以應用于光學變換理論中以實現坐標變換及完美電磁隱身[4]。受此啟發,研究人員又陸續提出了旋轉斗篷、超散射及超吸收斗篷等[5,6]。這些研究對于擴寬光學變換理論在電磁波路徑引導中起到了重要的作用,同時人們發現,這種光學變換理論是不受電磁波強度的影響的。那么既然這種基于左手材料的光學變換理論可以進行電磁波傳播路徑的完美引導,這種路徑引導方式便可應用于大型電廠、大型供電設備附近等的電磁屏蔽中,使其不受電磁輻射強度限制實現對一定區域的完美保護。
基于光學變換理論,本文提出了一種應用左手超材料進行電磁屏蔽的方法。我們使用左手材料對電磁波的傳播路徑進行控制,使其沿著我們所設定的路徑進行傳播,即達到電磁波的虛擬傳播空間與實際物理傳播空間的轉換,進而繞射過需進行電磁波保護的區域,實現對此區域的電磁屏蔽。此種方法可以實現對不同尺寸保護區域的屏蔽,并給出了電磁特性參數的設計方法。這種電磁屏蔽方法可以應用于大型供電及發電場所的電磁屏蔽中,并且不受電磁輻射強度的限制。
1電磁波路徑引導方法
對電磁傳播路徑的引導主要是等效的改變電磁波的傳播空間,使其在物理傳播空間中傳播而產生所需的虛擬空間的傳播效果。而對這種物理空間與虛擬空間的轉換就是對電磁波不同的傳播路徑中材料特性的轉換。那么我們可以通過控制電磁波傳播過程中經過的材料的特性參數來實現對不同傳播路徑的控制。
電磁波路徑引導的過程如圖1。外部所產生的電磁波由左側入射,我們將其設定為一束高斯平面波,表達為:exp(-(y/50[cm])^2)。區域1和區域3為普通空氣區域。保護區域位于區域3中。為更易于表現其對電磁波的響應效果,我們將其設置為完美電導體。區域2為所引入的空間變換區域,厚度為d。如果區域2為普通空氣區域,那么當電磁波從左側入射時,入射電磁波在保護區域處發生散射,保護區域受到電磁波照射,散射效果如圖1(b)所示。
此時我們在區域2中引入一定特性的材料以實現對電磁波路徑的偏移,使其繞射過保護區域。這種偏移是對波的實際物理傳播路徑的材料特性進行設計。在區域2中將入射電磁波由橫向傳播引導至向上側發生偏移而繞過保護區域。在區域2中電磁波的物理傳播空間(x’,y’,z’)和虛擬傳播空間(x,y,z)的轉換關系為
其中k為路徑的彎折率,我們將其設置為1,那么最終電磁波的傳播路徑如圖2所示。可以發現電磁波在區域2中材料的引導下發生了偏移,繞射過了保護區域,實現了對保護區域電磁屏蔽的目的。如果我們將k值變小,波的偏移程度會變小。因此對于不同尺寸的保護區域我們需應用不同的k值進行路徑引導,以實現將電磁波繞射過保護區域的目的。
2電磁波路徑引導組合方法
在上面所設計的路徑引導方式的基礎上對變換區域進行組合,那么便可以實現電磁波任意路徑的引導。如圖3所示,區域1、區域3和區域5為空氣區域,我們將區域2和區域4中引入變化材料以使電磁波繞射過保護區域后仍能按照原路徑傳播。區域2和區域4中的空間變換關系如式(1),最終材料特性如式(5)。所不同的是區域2和區域4中正負相反。我們設定區域2中k=1,而區域4中k=-1。最終電磁波的傳播路徑如圖3所示。可以發現入射電磁波完全繞射過了保護區域,并且在繞過此區域后仍然按照原路徑傳播。
3結論
針對于大型供電及發電場所的電磁輻射問題,本文提出了一種對于電磁波的電磁屏蔽方法,此方法不受電磁輻射強度的限制。其基于光學變換理論,將電磁波的物理傳播空間和虛擬傳播空間進行變換,實現了對電磁波的傳播路徑進行引導。我們對路徑引導中應用到的超材料材料參數進行了計算,并分析了不同取值對傳播路徑的影響。最終實現了電磁波在保護區域外的繞射,達到了電磁屏蔽的目的
參考文獻
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電磁污染的危害不亞于“白色污染”和“黑色污染”。在現代社會,辦公設備、家用電器無處不在,隨之而來的電磁污染也已成為無形的冷面殺手,因此,如何降低或消除這一危害已成為人們普遍關注的問題。
一、電磁波及其特點
電磁波是電磁能量傳播的主要方式,高頻電路工作時,會向外輻射電磁波,對鄰近的其它設備產生干擾。另一方面,空間的各種電磁波也會感應到電路中,對電路造成干擾。電磁屏蔽的作用是切斷電磁波的傳播路徑,從而消除干擾。
在解決電磁干擾問題的諸多手段中,電磁屏蔽是基本和有效的手段。
同一個屏蔽體對于不同性質的電磁波,其屏蔽性能不同。因此,在考慮電磁屏蔽問題時,要對電磁波的種類有基本的認識。電磁波有很多分類方法,但是在設計屏蔽時,通常將電磁波按照其波阻抗分為電場波、磁場波和平面波。
電磁波的波阻抗ZW定義為:電磁波中的電場分量E與磁場分量H的比值:ZW=E/H。
電磁波的波阻抗與電磁波的輻射源性質、觀測點到輻射源的距離以及電磁波所處的傳播介質有關。距離輻射源較近時,波阻抗取決于輻射源的特性。若輻射源為大電流、低電壓(輻射源電路的阻抗較低),則產生的電磁波的波阻抗小于377Ω( ),稱為磁場波。若輻射源為高電壓,小電流(輻射源電路的阻抗較高),則波阻抗大于377Ω,稱為電場波。距離輻射源較遠時,波阻抗僅與電場波傳播介質有關,其數值等于介質的特性阻抗。電場波的波阻抗隨著傳播距離的增加而降低,磁場波的波阻抗隨著傳播距離的增加而升高。
二、電磁屏蔽及其影響因素
1.電磁屏蔽效能
在信號傳遞的過程中,經常需要濾除信號中的干擾成分,為此,在信號通道上普遍采用濾波器來改變阻抗特性,而這種改變極大地阻礙了干擾信號的進程,阻抗的變化越大,對干擾成分的衰減就越大。電磁屏蔽類似于濾波的過程,在一個傳播電磁波的通道中,形成了一個非連續面,要么將其反射,要么將其吸收。
屏蔽體的有效性用屏蔽效能(SE)來度量。即:
SE=20lg(E1/E2) (dB)
式中:E1為沒有屏蔽時的場強,E2為有屏蔽時的場強。
如果計算屏蔽效能時使用的是磁場強度,則稱為磁場屏蔽效能,如果是電場強度,則稱為電場屏蔽效能。
一般民用產品機箱的屏蔽效能在40dB以下,軍用設備機箱的屏蔽效能一般要達到60dB,屏蔽室或屏蔽艙等往往要達到100dB。
2.影響屏蔽效能的因素
在許多情況下,要求保護體不受外界電磁干擾,即屏蔽的越嚴密越好,但實際上屏蔽只能在一定程度上解決問題,而很難從根本上解決,原因是有諸多影響屏蔽效能的因素。
(1)材料的導電性和導磁性越好,屏蔽效能越高。但實際的金屬材料不可能兼顧這兩方面,例如銅的導電性良好,但是導磁性很差,鐵的導磁性很好,但導電性較差。應該使用什么材料,需根據具體情況選擇。
(2)頻率較低的時候,吸收損耗很小,反射損耗是屏蔽效能的主要機理,要盡量提高反射損耗。
(3)反射損耗與輻射源的特性有關,對于電場輻射源,反射損耗很大;對于磁場輻射源,反射損耗很小。因此,對于磁場輻射源的屏蔽主要依靠材料的吸收損耗,應該選用導磁率較高的材料做屏蔽材料。
(4)反射損耗與屏蔽體到輻射源的距離有關,對于電場輻射源,距離越近,則反射損耗越大,對于磁場輻射源,距離越近,則反射損耗越小。正確判斷輻射源的性質,決定它應該靠近屏蔽體還是遠離屏蔽體是結構設計的一個重要內容。
(5)頻率較高時,吸收損耗是主要的屏蔽機理,這時與輻射源是電場輻射源還是磁場輻射源關系不大。
(6)電場波是最容易屏蔽的,平面波其次,磁場波是最難屏蔽的。尤其是低頻(1kHz以下)磁場,很難屏蔽。對于低頻磁場,要采用高導磁性材料,甚至采用高導電性材料和高導磁性材料復合起來的材料。
三、電磁屏蔽的基本原則
一般除了低頻磁場外,大部分金屬材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在實際工程中,要達到80dB以上的屏蔽效能也是十分困難的。
屏蔽體要滿足電磁屏蔽的基本原則:
(1)屏蔽體的導電連續性。指的是整個屏蔽體必須是一個完整的、連續的導電體。這一點實現起來十分困難。因為一個完全封閉的屏蔽體是沒有任何實用價值的。一個實用的機箱上會有很多孔縫,不同部分結合的縫隙等。由于這些導致導電不連續的因素存在,如果在設計時沒有考慮如何處理,屏蔽體的屏蔽效能往往很低,甚至沒有屏蔽效能。
(2)不能有直接穿過屏蔽體的導體。一個屏蔽效能再高的屏蔽機箱,一旦有導線直接穿過屏蔽機箱,其屏蔽效能就會損失99.9%(60dB)以上。
(3)電磁屏蔽體與接地無關。對于靜電場屏蔽,屏蔽體是必須接地的。但是對于電磁屏蔽,屏蔽體的屏蔽效能卻與屏蔽體接地與否無關。
四、電磁泄漏的主要途徑
1.孔洞
屏蔽體上的孔洞是造成屏蔽體泄漏的主要因素之一。孔洞產生的電磁泄漏并不是一個固定的數,而是與電磁波的頻率、電磁波的種類、輻射源與孔洞的距離等因素有關。孔洞對電磁波的衰減可以用下面各個公式計算。
在遠場區:
SE=100-20lgL-20lgf+20lg(1+2.3lg(L/H))
若L≥λ/2,則SE=0 dB,這時,孔洞是完全泄漏的。
式中 L為縫隙的長度(mm),H為縫隙的寬度(mm),f為入射電磁波的頻率(MHz)。這個公式是在遠場區中,最壞情況下的屏蔽效能。
在近場區:
若輻射源是電場輻射源SE=48十20lgZC一20lgLf+20lg(1+2.3lg(L/H))
若輻射源是磁場輻射源SE=201g(πD/L)+20lg(1+2.3lg(L/H))
式中:ZC為輻射源電路的阻抗(Ω),D為孔洞到輻射源的距離(m),L、H為孔洞長、寬(mm),f為電磁波的頻率(MHz)。
在近場區,孔洞的泄漏與輻射源的特性有關。當輻射源是電場源時,孔洞的泄漏比遠場時小(屏蔽效能高),而當輻射源是磁場源時,孔洞的泄漏比遠場時要大(屏蔽效能低)。
這里對磁場輻射源的假設是純磁場源,因此屏蔽效能與孔洞到輻射源的距離有關,距離越近,則泄漏越大。
2.縫隙
一般情況下,屏蔽機箱上不同部分的結合處不可能完全接觸,只能在某些點接觸上,這構成了一個孔洞陣列。
縫隙是造成屏蔽機箱屏蔽效能降級的主要原因之一。在實際工程中,常常用縫隙的阻抗來衡量縫隙的屏蔽效能。縫隙的阻抗越小,則電磁泄漏越小,屏蔽效能越高。
(1)縫隙處的阻抗。縫隙的阻抗可以用電阻和電容并聯來等效,因為接觸上的點相當于一個電阻,沒有接觸的點相當于一個電容,整個縫隙就是許多電阻和電容的并聯。低頻時,電阻分量起主要作用;高頻時,電容分量起主要作用。
(2)影響電阻成分的因素。影響縫隙上電阻成分的因素主要有:接觸面積、接觸面的材料、接觸面的清潔程度、接觸面上的壓力、氧化腐蝕等。
(3)影響電容成分的因素。根據電容器的原理:兩個表面之間的距離越近,對應的面積越大,則電容越大。
(4)解決縫隙泄漏的措施。增加接觸面的重合面積,這可以減小電阻、增加電容;使用盡量多的緊固螺釘,這也可以減小電阻、增加電容;保持接觸面清潔,減小接觸電阻;保持接觸面較好的平整度,這可以減小電阻、增加電容;使用電磁密封襯墊,消除縫隙上的不接觸點。
[參考文獻]
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2.項目簡介
2.1 選擇吸波材料系列產品優勢
2.1.1 電磁輻射已成為我國第四污染源,隨著科學技術的進步,電磁技術環境的應用給社會創造了物質文明,但也把人們帶進一個充滿電磁輻射的環境里。早在1975年專家就曾預言,隨著城市經濟發展和人口增長,電子、通信、計算機、汽車與電氣設備等大量進入家庭,城市空間人為電磁能量每年增長7%至14%,也就是說25年后最高可增加700倍,21世紀城市電磁環境將更為復雜與惡化。
20年來,我國經濟與城市化得到迅速發展,城市空間的電磁環境更趨復雜,出現了許多新現象、新問題。主要有:(1)由于城市發展與擴大,一些廣播電視臺與無線通信發射站被四周居民區所包圍,局部居民生活區形成強場區;(2)移動通訊技術(包括移動通信、尋呼通信、集群專業網通信)發展迅速,城市高層建筑上架起為數眾多的移動通信發射站,這些電磁輻射源雖然功率不大,但在市區遍地開花,使城市高空電磁波場強增強,除此之外,還有許多微波定向天線、衛星天線和短波天線;(3)隨著城市用電量增加及電網改造工程實施,110kV和220kV高壓變電站進入城市中心區,或室內或室外,或地面或地下,引起鄰近住戶恐慌與投訴;(4)城市交通運輸(汽車、電車、地鐵、輕軌等)迅速發展,引起電磁噪聲呈上升趨勢;(5)個人無線通信手段及家用電器增多,家庭小環境電磁能量密度增加,室內電磁環境與室外電磁環境融為一體,城市電磁環境總量在不斷增加。
電磁輻射是指“能量以電磁波形式由源發射到空間的現象”,電磁環境是“存在與給定場所的所有電磁現象的總和”。惡化的電磁環境不僅對人們日常的通信在人類進入信息化社會的今天,計算機與各種電子系統造成危害,而且會對人們身體健康帶來威脅。電磁輻射由于看不見摸不著,所以很難被人覺察。電磁輻射對生物肌體的傷害,早在20年前專家們就曾在歷時9年完成的報告中指出:數以百萬計的人由于長期暴露在來自電纜和家庭電器的電磁輻射中,所面對的患癌癥和退化性疾病的危險正在增加,高頻電磁波對生物肌體細胞、神經系統、循環系統、免疫、生殖和代謝功能具有極強的輻射傷害,對公眾身體有著長期潛在的威脅和影響,對家用電器、醫療設備、軍事設施、航空的強干擾甚至還會造成災難性后果。美國環境保護委員會經過多年的研究發現,長期生活在極低頻電磁場中(如工頻50Hz),可能導致人類某些癌癥的發生。隨著各種家用電器進入千家萬戶,人們接觸和暴露于由電冰箱、電熱毯等家用電器產生極低頻磁場的機會逐步增多,潛在危害逐步增大。
隨著我國電磁環境日趨惡化,居民住宅及辦公樓內電磁輻射水平有明顯增加趨勢。繼大氣污染、水污染和噪聲污染之后,電磁輻射已成為我國第四污染源。在北京、上海、廣州、深圳、石家莊等地已發生多起電磁輻射糾紛。目前,我國電磁輻射環境情況相當于20世紀60年代的水污染、大氣污染的狀況,現在就要加強研究,未雨綢繆,若電磁污染到了環境無法忍受的地步,再想發展經濟將舉步維艱。為此,電磁污染防治研究迫在眉睫。
2.1.2面對日趨惡化的電磁污染,為有效降低電磁輻射對人體和設備的侵害,人們采用了許多方法,其中,研究開發吸收電磁波新型材料越來越受到人們的重視,客戶資源極其豐富。
2.1.3 初期投資較小,風險小,上手快,切入到高端市場周期短。
2.1.4 技術成熟,無需昂貴的研發及專利費用。
2.2 項目發展規劃:(略)
二 、技術方面
1. 基本原理
1.1 本項目及產品是一種吸收電磁波的功能材料,它的原理和性能類似于美國隱形飛機涂層,它由膠粘劑中加入具有特定介質參數的吸收劑制成,吸收劑的特性決定吸波涂層的吸收電磁波的性能,它利用電磁能量轉換原理,材料以吸收電磁波為主,不發生反射而造成二次污染,防污染覆蓋頻帶寬,吸收材料性能優良、無任何毒副作用、無放射性、可生產性強、價格低廉,極具競爭力。與現有的屏蔽材料有著本質和歷史性突破,是一種干凈,徹底消除電磁波污染的高級手段。原只用于軍事領域,世界上只有美國少數先進國家擁有,開發民用領域史無前例,是國際、國內目前治理電磁污染的尖端技術。
1.2 主要生產設備檢測儀器 (略)
2. 吸波材料系列產品類別
2.1 吸波涂料產品(環保綠色生態涂料)
2.1.1 吸波有機涂料
2.1.2 吸波無機涂料
2.2 工業系列產品
2.2.1 膠板類吸波材料
2.2.2 蜂窩狀吸波材料
2.2.3 管狀類吸波材料
2.2.4 異型狀吸波材料
2.3 民用系列產品
2.3.1 輻射源防護系列
2.3.1.1 手機防輻射系列
2.3.1.2 電腦防輻射系列
2.3.1.3 家電防輻射系列
2.3.2 人體防護系列
2.3.2.1 消減卡類
2.3.2.2 戴掛系列
2.3.2.3 衣物系列
3.專利方面
3.1 發明專利
3.1.1 抗電磁輻射特種復合材料 03159560.X
3.1.2 吸波環保手機 20031011393
3.1.3 吸收電磁波特種復合材料200410034537.6
3.1.4 吸收微波發熱材料的制造方法及其應用200410011646.6
3.1.5 微波泄漏防護膠03159588.X
3.1.6 無輻射抗干擾屏蔽線200510007141.7
3.2 實用新型專利
3.2.1 手機電磁輻射防護物品
3.2.2 一種能消除電磁輻射的包裝物品
3.2.3 一種能防護電磁波的多功能錢包
3.2.4 一種能消除電磁波污染的促銷物品
3.2.5 一種能防護電磁波的多功能墊
3.2.6 一種能防護電磁波的多功能腰帶
3.2.7 一種帶有消除輻射功能的電腦攝像頭
3.2.8 一種能防手機輻射的眼鏡腳套
3.2.9 一種防電磁輻射圍裙
3.2.10 一種吸收消除電磁波污染的窗簾
3. 2. 11 吸收微波發熱物品
4.新技術方面
吸波材料的原理是一個能量轉換的過程,通過大量的試驗,發現它有另外的一個用途。它能吸收微波并將微波能量迅速轉換為熱能,其發熱效率極高,可以通過控制材料組成和加工工藝控制其發熱效率,從而控制微波加熱物體的溫度。廣泛應用于:工業用微波加熱元件(普通家用微波爐里2分鐘可融化玻璃,可超過1000℃),微波烤盤用熱轉換材料,微波冶煉、微波焚燒、其他微波加熱元器件等。經美的、格蘭士、三洋測試材料的吸收發熱效率已超過日本的材料。
試驗結果:烤盤放在底板上,日本三洋烤盤最高溫度約200℃,低于特氟龍的極限使用溫度250℃,而國產烤盤的最高溫度285℃,高于特氟龍的極限使用溫度250℃。
5.生產技術和工藝的成熟度
目前國內外吸波涂料民用頻段的應用還是空白點,(軍用頻段吸波涂料的應用美國、法國有先例)利用吸波原理的民用系列產品我們是首創,膠板類的吸波材料可以加工卷材是國內首創,吸波材料、吸波涂料的核心技術是材料的配伍,生產工藝簡單,加工設備都是通用設備,一次性投資少。
三 、市場方面
1.國內外行業發展趨勢
海灣戰爭美國首先出現了隱形飛機,國內首先由國防科工委組織有關科研院校攻關吸波材料項目,在1993至1996年我們就率先在雷達波吸收頻段已實現車載雷達40米軍事目標、轟炸機雷達400米軍事目標的隱形技術,民用方面的吸波膠板類的產品國內我們也是首家在3年前推出,吸波涂料、吸波材料民用防護系列目前只有我們一家在做。隨著吸波材料的發現,各種各樣的產品將面世,從而取代了目前傳統、落后的以金屬材料來防護電磁波污染的方法,隨著信息量的增大,頻率范圍也在加寬,吸波材料的優勢愈來愈顯著它的特點。
2.國內外市場
吸波涂料的應用已遠遠超出軍事隱形和反隱形、對抗和反對抗范圍,更廣泛地應用在人體安全防護、通訊及導航系統的抗電磁干擾、安全信息保密、改善整機性能、提高信噪比、電磁兼容等許多方面。吸波涂料是能夠吸收投射到它表面的電磁波能量、并通過材料的損耗轉變成熱能的一類材料(能量轉換的原理)。在各種的電磁輻射防護材料中,涂料以其方便、輕量、不占空間以及與基材一體化等眾多優勢成為其中的佼佼者,因為,吸波涂料可吸收多余的電磁波,這樣不僅減少雜波對自身設備的干擾,也有效防止電磁輻射對周圍設備及人員的騷擾和傷害;而且,吸波涂料能夠在復雜的曲面、微小的角落、孔、棱邊等處方便地涂抹,從而在精密復雜的部位,準確堅固地形成涂膜,滿足工業、科學和醫療設備的屏蔽、EMC的需要。
廣播、電視發射臺的電磁輻射防護:廣播、電視發射臺對周圍區域會造成較強的場強。利用對電磁輻射的吸收特性,在輻射頻率較高的波段,使用合適的吸收型涂料,覆蓋建筑物,以衰減室內場強。另外,該涂料兼具屏蔽性能,是一種屏蔽吸收型涂料,在10MHz至1.5GHz范圍有20至30dB的屏蔽性能。
工業、科學和醫療設備電磁輻射的防護:工業、科學和醫療設備等在工作過程中會產生大量的電磁輻射,如果處理不當,不僅會對自身的工作環境造成損害,同時也會對起周圍的設備造成干擾。最明顯的例子就是機器內的二次雜波問題。二次雜波往往會帶來機器、設備的程序紊亂,致使科學實驗、醫療檢測結果等出現較大的偏差,從而給科研、生產帶來很大阻力,甚至會威脅到人的生命安全。另外,這些設備發出的電磁輻射也會對操作人員的身體健康帶來危害。因此,對工業、科學和醫療設備進行電磁輻射防護十分必要。由于工業、科學和醫療設備的精密度較高,因此對電磁輻射的防護方法也提出了更高的要求。在輻射防護方法的選擇上,除選用低輻射的基材和距離防護外,使用吸波材料進行防護也是非常重要的防護方法之一。
家用電器的電磁輻射防護:所有的電器如電冰箱、電視機等,在使用過程中都會發出電磁輻射,只是由于電磁波是一種"無形"的物質,因為電磁波是看不見,摸不著的能量物質,又無時不有、無處不在,因此更具有危險性和危害性,我們覺察不到而已。隨著3C認證的實施,對電磁輻射防護的要求也越來越高,其實,象家用電器的電磁輻射,采取防護措施并不是什么難事,只是在生產制作過程中,加一道簡單的工序――噴涂吸波材料而已,不過,對吸波涂料的選擇要根據其頻段來決定。
手機、電腦的電磁輻射防護:在科技發展的今天,手機、電腦給人們帶來方便的同時,也帶來了不容忽視的電磁輻射危害。為了盡可能地減少手機、電腦對人體,尤其是頭部的輻射,除了盡可能地減少手機的輻射功率及保證使用手機時不要讓它與人體接觸,還應考慮其他防護措施,手機的輻射頻率為800至1800MHz, 電腦也會產生幾百兆的電磁波,如果在生產過程中,能夠在手機外殼、電腦機箱、電腦顯示器內側噴涂具有吸收功能的吸波涂料,將多余電磁波吸收,就不會再有電磁輻射的危害問題。噴涂吸波涂料,非常簡單。既不會影響外形的美觀,也不會增加多少成本。隨著人們對電磁輻射的認識越來越多,防輻射型產品的市場也會越來越大。
例如:綠色環保機箱(世界首創)如今電腦整體性能飛速提高,電腦內部主要部件的功率在不斷增大,但同時電腦主機的輻射量也在隨之增長。眾所周知,電磁輻射對人體健康的危害極大。長時期處在電磁輻射污染的環境中,將使人產生易疲勞、記憶力下降、生理機能減退等等的不良癥狀。更可怕的是,這種輻射傷害看不見、摸不著,即使你終日為電腦輻射所害,你也無從覺察。由此,選擇一款防輻射性能高的機箱,就勢在必行。目前防輻射機箱技術是屏蔽電磁波,屏蔽目的是將電磁波局限在某一個區域內,所不同的是屏蔽主要利用導電材料對電磁波的反射作用來限制電磁波的傳播。一般需要將整個輻射源全部屏蔽,否則的話會出現一個方向減弱,而其它方向增加的現象,理論上簡單,實際上對工藝技術要求相當高。
吸波則是利用材料對電磁波的吸收,使電磁波的電磁場能轉變為熱能。電磁波吸收材料使用技術要求低。EMC材料的研究目前主要集中在屏蔽材料,對電磁波吸收材料的研究相對較少。實際上電磁波吸收材料在EMC技術上具有屏蔽材料等技術所不可代替的作用。吸波材料使用簡單易行,不需要對原設計作改動,只要在電腦機箱內2至6面體上噴涂上0.2至1.0毫米厚度的吸波涂料即可,使用吸波涂料除了有防輻射功能外更有意想不到的效果。
辦公、居住區的電磁輻射防護:吸波涂料在民用產品上的應用不僅僅只有這些,很快吸波涂料會應用到您的日常生活當中,例如:您的辦公、居室內噴涂吸波涂料,就不會再有電磁輻射的危害問題,它將您的辦公、居室內的家用電器、辦公設備輻射出的電磁波(電子霧)吸收轉換成無害的物質,同時將外界的電磁波大部分吸收隔離,那將是一個非常干凈的電磁環境空間。
3.目標
世界進入信息時代,信息革命給人類帶來巨大益處,但負面電磁輻射污染剛剛被人們認識,治理電磁輻射污染史無前例,研究剛剛開始,產品系列有待大量開發,屬于朝陽產業,壽命期極長。治理電磁波污染,是一門高新技術和新興產業。隨著《中華人民共和國電磁環境污染防治條例》即將頻布執行,治理電磁污染也一定會象今天治理水、空氣,噪音污染一樣,將會有眾多企業參與,眾多產品進入這一市場,迅速形成一個新興的環保產業。充分利用自身技術,材料獨特優勢,迅速完善和建立起國內電磁輻射防護技術與產品研究、開發生產應用基地,引領全國,走向世界,是一大戰略舉措。
4.市場及客戶
4.1 通訊基站、電視廣播系統
4.2 手機、電腦、電子產品、家用電器等
4.3 高頻加熱設備、高頻爐等工業設施
4.4 醫院CT室、B超室、搶救室、手術室等醫療區
四、項目風險評估分析
1.劣勢
新產品、新技術需要宣傳推廣的費用大。
2.市場分析
近年來全球定位系統(GPS)在我國顯示出了越來越廣泛的用途。GPS應用是一項滲透力很強的技術,在為測繪、地質地礦勘探、交通、航海等應用領域帶來了可觀經濟效益和社會效益的同時,它還將牽引接收機制造業、通信設備制造業、地理信息產品行業的發展,成為信息產業新的經濟增長點。因此,合理地應用GPS系統并盡可能地提高其定位精度可以為我國國防和國民經濟提供更廣的服務。
我們知道,大氣是不均勻介質,當電磁波在大氣中傳播時,大氣介質會使得電磁波產生折射效應,以致傳播速度小于光速,傳播路徑產生彎曲,最終使得在無線電導航定位時產生誤差,因此提高GPS定位精度的途徑之一是要進行電磁波折射誤差的修正。
眾所周知,引起電磁波折射效應的主要因素是隨空間和時間不停變化的大氣折射率,因此要進行高精度的電磁波折射誤差修正必須實時測量出電磁波射線經過路徑上的大氣折射率。在目前常用的電磁波折射誤差修正方法中,其大氣結構是由探空儀進行測量得到的。但是,由于常用探空儀只能測量出大氣折射率隨高度的變化,而無法測量出大氣折射率的水平變化,且每一次探空測量一般需要30分鐘左右的時間,從而使空中大氣隨時間的變化一般不能精確得到。這樣,就無法獲得精確的大氣結構,從而限制了實時電磁波折射誤差修正精度的提高。
用微波遙感方法測量大氣輻射亮溫再從輻射信息中得到電磁波的折射誤差量,從而進行電磁波折射誤差修正的方法是提高實時電磁波折射誤差修正的有效方法。此方法的主要優點是:(1)直接在電磁波射線經過路徑上進行大氣遙感測量,不需要大氣水平均勻的假設,即遙感信息中包含了大氣的垂直和水平變化情況;(2)能夠進行實時測量,可克服大氣的時變誤差;(3)具有全天候性能,可在任何天氣情況下進行測量。
根據大氣物理和結構剖面的理論研究及實際測量得出,干項Nd剖面有規律且較穩定,因此(7)式中折射率干項Nd和積分可由GPS接收站所在地面氣象參數比較準確地估算出來。而折射率濕項Nω剖面不規則且不穩定,其隨時間和空間的多變性就不能簡單地由地面氣象參數而準確的計算。但根據大氣輻射傳輸理論,大氣輻射亮度溫度與大氣結構密切相關,因此就可以選擇對大氣中水汽含量敏感的微波輻射計,直接在雷達到目標的傳播路徑上測量大氣輻射亮溫來修正大氣折射誤差濕項部分。由于微波輻射計是直接在電磁波傳播路徑上取得大氣折射修正信息樣品的,不受大氣水平不均勻性和時變特性的影響,因此可以提高修正精度,并且可進行實時計算。用微波輻射計測量參數進行電磁波距離折射誤差修正的殘差可以比以常規氣象探空儀數據為基礎的公式修正法降低1/3~2/3。
3、精度檢驗
電磁波與生物系統相互作用的機理較為復雜。任何能量不足以電離大氣中的電磁輻射,在它的能量與人或其他物質發生作用之前并不產生危害,但是一旦進入人體,體內導電和不導電組織交替地吸收和傳播電磁能,產生熱效應,便會引起人體組織的物理變化和化學變化。或者置換出固態結晶物質中的原子而使其功能失效,危害人體健康。
高頻輻射(3兆至300兆赫)對作業人員會引起中樞神經系統機能障礙和植物神經系統紊亂,也可引起心電圖變化。據調查,長期從事高頻冶煉、半導體材料加工、塑料熱合等工作的操作人員,多夢、頭昏、記憶力衰退、心悸、嗜睡、脫發、月經失調等神經系統癥狀的發生率。以及血壓、脈搏、眼球、皮膚劃痕、皮膚溫差等植物神經系統的非正常性都明顯高于對照組。
電磁波污染程度隨著其輻射頻率的增大而加重。微波頻率在300兆至300吉(109)赫之間時,除了能夠引起比較嚴重的神經衰弱癥狀以外,最突出的是會造成植物神經系統紊亂。高強度長期作用可引起作業人員心率偏慢、血小板和白細胞減少、免疫功能降低、婦女月經失調等癥狀。
眼睛是最敏感和易受傷害的器官,一方面晶體內含有很多水分,可以吸收較多的微波熱量,另一方面眼部的血管較少,不易帶走過量的熱,在微波輻射下,能導致角膜等眼的表層組織與晶狀體損傷,輕度輻射會感到眼睛疲勞和干燥,中度輻射可引起晶狀體渾濁、視力下降,形成白內障,重度輻射甚至可導致角膜、虹膜、前房和晶狀體同時受到傷害,造成視力喪失。
也是人體對微波輻射熱效應比較敏感的器官,它的損害閾比眼睛還要低一個數量級。在微波作用下,當皮膚還沒有多大痛覺時,男性生殖系統就可能在不知不覺中受到損害,微波輻射會抑制的生長過程,但并不損害中的間質細胞和血液中的睪酮含量,通常僅產生暫時的不育現象。大到足以引起永久性不育的輻射已經是致人死亡的劑量了。
一個很遺憾的發現就是,你不能用一本雜志,或者一個墊板阻擋電磁波的輻射。所以在開著的電腦前看書,是一個慢性自殺的最好方法。
另一個很沮喪的發現就是,電磁波無處不在。科學的理論認為包括可見光和紫外線在內的大部分射線都屬于電磁波。但是真正危害我們健康的殺手電磁波卻來自于電器,是科學的產物。
也許你想象不到,有電磁波危害的電器幾乎無所不包,大到電視、電腦,小到小家電,凡是帶電的物質皆會釋放出大量的電磁波。即使是日光燈也不能幸免。一項研究表明,將患有癌癥的豚鼠放在日光燈下連續照射12個小時,結果其癌細胞的含量會成倍增加。而事實上,炒菜用的抽油煙機的危害則更甚于手機。據瑞士國家實驗室1998年的研究發現,抽油煙機兩個功能強大的渦輪系統運轉1分鐘所產生的電磁輻射相當于打300分鐘手機的電磁輻射量。但是,“塞翁失馬,焉知非福”,讀完本文的讀者也許會有更充分的理由不用進廚房,為偷懶找到一個更為科學的借口。
1997年12月2日,臺灣地區的原子能輻射偵測中心又發現,家庭里插電的家電、甚至包括某些保健器材所制造的輻射要比核電站輻射的電磁波大2.8倍。也就是說,身為家庭主婦的老婆要求增發高危保障津貼是完全合情合理的,因為做家務是一件十分危險、且有害健康的職業。
無極殺手,致命攻擊
現在,對于電磁波有害的認識似乎已經成為不爭的事實,這就是為什么電視發射塔旁邊的房子會特別便宜的原因。
事實上,因為電磁波而導致的病癥可以說是五花八門、包羅萬象。小到頭疼眼熱、疲勞嘔吐、肥胖和心臟病,大到視力喪失、老年癡呆、小腦失衡和癌癥,幾乎涵蓋從外科到精神科各個科室,涉及人體的每個系統。
大于2毫高斯的電磁波會在幾分鐘內改變人類細胞表面電荷,使體內的抗體失效,從而無法殺死變異細胞,大大提高了癌癥、白血病的發病概率。同時電磁波還會殺死褪黑激素,這是一種由腦部松果體分泌的能抑制自由基、對抗癌細胞的激素。另外,電磁波還可以使中性脂肪增加導致動脈硬化,造成肥胖和心臟病;使鈣離子流失造成流產、不孕或者畸形兒出生比率增加;更加可以影響腦內荷爾蒙的分泌,導致小兒自閉癥,并為人們增添從橋上跳下去的無限勇氣;還有,電磁波對白內障患者也負有不可推卸的責任。
通常的理論認為,每在電腦前工作5小時就會縮短壽命一天,而每天在電腦前工作時間超過6小時的人,則易患“VOT”癥,這是一種電腦綜合征,除了心、肝、腎等多處病變外,還伴隨視力逐漸減退,直到你貼到電腦上也看不清那上面的字為止。
無毒秘笈,常備備長炭
雖然,如果你能下狠心過著“魯賓遜式”的生活,沒有電視、冰箱、電話、電磁爐、熱水器以及日光燈,就能夠從根本上杜絕一切來自電磁波的危害,但那缺乏實際的操作意義,而且也會在患上癌癥之前,先死于饑餓和寒冷。
1 引言
近幾年來,某些區域移動網絡信號差成為用戶投訴的焦點,可一旦運營商去這些區域增設移動通信基站,卻又遭到用戶集體反對。投訴多和建站難成為困擾電信運營商的兩難問題,電信運營商的通信保障能力正因基站建設難而下降。以上海移動為例,10年來手機用戶增長了10倍,話務量猛增了300%,但是移動基站數在內環線范圍只增加了10%左右。從2008年1月到2009年5月底,上海移動一共有177座基站因各種原因被迫關閉。造成這個兩難問題的原因之一是公眾對基站電磁輻射的恐懼。
隨著3G網絡的建設,更多的移動通信基站將架設在人口密集的城市上空。為了科學認識移動基站的電磁輻射,消除公眾對基站的不安,有必要對基站電磁輻射及其對環境的影響進行研究和分析。
2 移動通信基站的電磁輻射
電磁輻射,是指能量以電磁波的形式在空間傳播的現象。基站電磁輻射一般是指室外部分的電磁輻射,室外部分主要由饋線(傳輸線)和天線組成。基站運行時,其發射天線將饋線中的高頻電磁能轉化成為自由空間的電磁波,電磁波承載著能量向周圍空間傳播,形成電磁輻射。
圖1是移動通信基站天線輻射電磁波的基本原理圖,導線載有交變電流時,就可以形成電磁波的輻射,輻射能力與導線形狀和長短有關。如果兩導線的距離很近,那么導線所產生的感應電動勢幾乎可以抵消,因而輻射很微弱;將兩導線逐漸張開,導線所產生的感應電動勢疊加,輻射隨之逐漸增強,直至兩導線電流方向一致時達到最強。當導線的長度遠小于波長時,導線的電流很小,輻射很微弱;當導線的長度等于1/4波長時,輻射最強,稱為半波對稱振子。實際的天線是由振子疊放而成的。
移動通信基站天線按照方向性可以分為全向天線和定向天線。方向性反映天線向一定方向輻射或接收電磁波的能力,天線方向性的獲得,是通過天線內部加反射板或振子疊放而實現的。基站天線方向性的選擇可以滿足不同區域的電磁輻射的需要,例如鄉村大區制的站型選用全向天線,而城區小區制的站型選用定向天線。
作為移動通信系統的重要組成部分,基站天線在提高移動通信網絡覆蓋范圍和網絡營運指標中起著重要作用,同時帶來的問題是公眾對基站電磁輻射的不安與恐懼。
3電磁輻射與健康及電磁輻射標準
電磁輻射是能量流,雖然看不見、聽不到、聞不著,但是電磁輻射可能引起裝置、設備、系統性能降低,還可能對有生命或無生命的物質產生損害,這就是電磁輻射污染。
當人體暴露在電磁波環境中,不同波段的電磁波會對人體產生不同的生物效應,可能會導致細胞損傷、變異或死亡。此外,人體的器官和組織存在微弱的電磁場,它們是穩定而有序的,如果受到外界電磁波的干擾就會遭到破壞,人體正常循環機能隨之遭到一定程度的損傷,長期接受電磁輻射會造成人體免疫力下降、新陳代謝紊亂、記憶力減退、提前衰老、心率失常、視力下降、聽力下降、血壓異常、皮膚產生斑痘等[1],公眾由此產生對電磁輻射的恐懼。
第5屆電磁輻射與健康國際研討會(2009,杭州)的會議報告指出,低強度電磁波的生物學效應及其作用機制至今還是一個困擾學術界的充滿爭議的問題,各國電磁輻射的衛生學標準還存在著甚至上百倍的差異。對照一些組織和國家的公眾照射限值[2,3],發現我國的標準更嚴格、更安全可靠。例如,在900MHz移動通信頻段,中國環保局制定的公眾照射限值(功率密度)是40μw/cm2,而歐洲電子技術標準委員會制定的公眾照射限值是450μw/cm2。國內目前使用的相關標準主要有:《電磁輻射防護規定》(GB8702-88)、《環境電磁波衛生標準》(GB9175-88)和《輻射環境保護管理導則-電磁輻射監測儀器和方法》(H J/T10.2-1996)。
4 移動通信基站電磁輻射對環境的影響因素
移動通信基站電磁輻射對環境的影響因素很復雜,包括天線性能、高度、距離、角度、環境背景、基站形狀、話務狀況等等。
為了分析移動通信基站對居民生活環境產生的電磁輻射污染狀況,胡冀等通過比較測量,得出的結論是[4]:電磁暴露小區的電磁輻射強度明顯高于對照小區,但平均值都在GB9175-88的一級安全范圍內(10μw/cm2);安裝鋁合金防盜網具有良好的電磁場屏蔽作用;同時建有兩個通信基站的小區,兩者所產生的電磁輻射在某一區域范圍可產生電磁場疊加現象,使輻射強度增加;個別與基站天線距離較近(小于20m)、窗戶與基站天線處于同一水平位置和與基站天線主瓣方向一致的居室內,電磁輻射功率密度遠遠超出一級安全范圍,可達到20.44μw/cm2,但也在GB9175-88的二級中間區容許范圍內(40μw/cm2)。
此外研究還發現,天線主瓣方向區域電磁輻射不一定較高,副瓣方向區域電磁輻射也不一定較低。這其實并沒有與理論相違背,因為環境地形、地貌、建筑物鋼筋水泥結構、空中架設的電線等等,都將對電磁波產生反射、繞射、折射、散射和吸收,從而使得電磁輻射強度的分布復雜化。
通過物理學的觀點分析,基站發射電磁波的功率密度隨距離的增大而減小,而事實并非如此,在近距離范圍(30m內),由于上述環境地形等因素的影響,電磁波的功率密度隨距離的變化規律很復雜,往往在某處達到最高值。以某移動基站為例[5],在不同時間對距離與功率密度的關系進行測量分析,關系曲線如圖2所示。對特定基站而言,在某一固定距離處,功率密度還與時間有關,也即與話務量有關,如圖3所示,凌晨話務量低,功率密度也低,功率密度整體上隨話務量的增加而增加。
5 移動通信基站安全距離的理論計算方法[6~8]
由于移動通信基站發射電磁波的功率密度分布不僅與基站性能指標有關,還與周邊環境、話務量因素等有關,因此,移動通信基站安全距離的計算一直是個復雜的問題。下面根據國家環保局的H J/T10.2-1996中關于微波遠場軸向功率密度計算公式進行理論分析,這個計算公式的表達式為:
(1)
式中,Pd(μw/cm2)為離基站天線水平距離為d處的電磁波功率密度,d(m)為離基站天線的水平距離,P(w)為機頂發射功率,G(倍數)為天線最大輻射方向的增益。
下面分析計算方法。圖4所示的一種基站天饋線系統,基站設備上每一塊載頻插板連接一根載頻輸出線,每根載頻輸出線含有兩個頻點,每個頻點有其固有的發射功率。載頻輸出饋線在需要耦合器時存在,耦合器的作用是將多個頻點的電磁波信號合到一根天線饋線上發送,具有一定的功率損耗。天線饋線一般比較長,也有一定的功率損耗,還需考慮避雷針和饋線接頭等帶來的損耗。天線向空間發射電磁波,天線的增益越大,發射電磁波的功率越強。
如前所述,每根載頻輸出線含有兩個頻點,A點處的信號功率為每個頻點固有功率的2倍,兩根載頻饋線的信號耦合到B點,耦合后的功率大小需考慮耦合器的損耗,兩個耦合器輸出的總信號經過天線饋線后將再次損耗。也即,載頻輸出信號在C點的總功率應考慮到耦合器與天線饋線的兩次損耗,式(1)中機頂發射功率P應為損耗后的功率。
根據H J/T10.2-1996中電磁輻射環境影響評價方法與標準,對單個項目的影響必須限制在《電磁輻射防護規定》(GB8702-88)公眾照射導出限值的若干分之一。在評價時,對于由國家環境保護局負責審批的大型項目可取GB8702-88中功率密度限值的1/2;其他項目則取功率密度限制值的1/5作為評價標準,即移動通訊基站的功率密度限值應是8μw/cm2,即式(1)中Pd=8μw/cm2,這樣就可根據式(1)計算基站最大輻射方向上的安全距離了。
應該指出,假如偏離最大輻射方向,天線增益將急劇下降,保護距離隨之急劇減小。假如有建筑物阻隔,電磁波穿過一般磚墻要衰減6dB左右(為原來功率的1/4),而穿過帶鋼筋的墻要衰減20dB(為原來功率的1/100);城市市區建筑物密集,安全距離應比理論計算值小很多。此外,由于基站設備容量足夠,加上GSM系統有功率控制和非連續發射功能,天線全方位全功率發射電磁波的可能性幾乎是沒有的,也即實際的天線輻射功率要小很多,實際的安全距離遠小于理論計算值,公眾不必對基站產生恐懼。
6 結束語
一方面,政府、企業和公眾應該對電磁輻射產生的環境影響引起足夠的重視;另一方面,媒體應該積極做好宣傳教育工作,消除公眾對電磁輻射的恐懼心理,使公眾合理科學地面對移動通信基站的電磁輻射;此外,專業技術人員應加快新技術研發,設計出更高標準的天線發射系統,最大限度降低電磁輻射污染。
為了消除公眾的不安,創建和諧城市生活環境,上海的做法值得借鑒,改“事后配套”為“事前介入”,基站選址遵循“政府大樓、企事業單位辦公大樓、公建配套設施、住宅建筑”的先后順序,將移動通信基站建設納入城市基礎設施建設和住宅建設的總體規劃中。
參考文獻
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中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708(2016)161-0044-01
我們生活在一個信息時代和科技時代,信息傳播至關重要。信息傳播有很多方式和途徑,包括圖片、聲音、影響、文字、數據等等。其中,電磁波的傳播方式具有傳播消耗低、傳播范圍廣、傳播速度快、傳播信息準等諸多優勢,因此,被廣泛應用于現代社會中來。對于電磁輻射,雖然看不見、摸不著,但是它就在我們周圍,我們時刻受到電磁輻射的影響。對于建筑器材、電子設備以及人體,中波電磁輻射都會造成一定程度的影響,我們必須采取相關措施予以防范。在此背景下,本文著重分析了中波電磁輻射給我們帶來的影響及防護策略。
1 電磁輻射的相關概述
1.1 電磁輻射的概念
所謂電磁輻射,就是由發射源向四周發射電磁能,包括傳導發射和輻射發射,即電磁輻射,又稱為電子煙霧,由磁能量和電能量組成,是在電荷移動過程中所產生。眾所周知,影響電磁環境的關鍵因素是電磁輻射。與電磁輻射的概念不同,電磁輻射污染主要指手機、電腦、電視機、收音機、微波爐這些家用電器在運行時以及自動化辦公設備、醫療設備、電子儀表和電磁波發射塔、雷達站、電視臺、電臺、變電站、高壓線在運行時所產生的各種電磁波對周圍環境造成的污染。這些不同波長、不同頻率的電磁波會充斥人們生活的各個空間,穿透周圍各種物質,包括人體。如果長期暴露在高強度的電磁輻射下,體內細胞就會被大面積地殺傷或殺死,嚴重者危及生命。
1.2 電磁輻射的類別
根據電磁波產生的原因,可以把電磁輻射分為人為電磁輻射和自然電磁輻射兩大類;根據電磁波的強度,可以把電磁輻射分為強電磁輻射和弱電磁輻射兩種。強電磁輻射的發射頻譜比較窄,而弱電磁輻射的發射頻譜則比較寬,可以橫跨幾個級別頻率級別。根據頻段的不同可以把人為電磁輻射分為射頻電磁輻射和工頻電磁輻射。人為電磁輻射依據人造系統可以分為廣播發射類、通訊發射類、工科醫類、交通系統類、高壓電力類等。
2 中波發射塔周圍中波電磁輻射的影響
毋庸置疑,中波發射塔所發射的電磁波加快了信息傳播的速度,給我們的生活帶來了很多便利,但是,事情都有兩面性,電磁波本身產生的電磁輻射給周圍環境帶來了巨大的危害,必須采取相應的措施進行防范。
2.1 中波電磁輻射對電子類設備的影響
2.1.1 中波電磁輻射對電子類設備的影響機理
中波電磁輻射進入電子系統或電子設備,有2個渠道:第一,由于電磁耦合、靜電耦合或感應耦合,中波電磁就會直接輻射到中波發射塔附近的導線上,并且形成電磁干擾,然后電磁波會從這些導線傳遞到控制線、信號線、或電源線上,繼而輻射到相關設備上;第二,中波發射塔所產生的電磁波直接輻射到相應的系統或者設備上,形成電磁干擾。
2.1.2 中波電磁輻射對電子類設備的影響表現
中波電磁輻射對電子類設備的影響方式主要有兩種:間接影響和直接影響。所謂間接影響,就是通過形成電磁耦合,利用導線,傳遞到電子類設備上,造成干擾[ 1 ]。而直接影響就是電磁輻射直接輻射電子設備,產生電磁干擾。電磁輻射不僅影響廣播和電視的正常觀看和收聽,而且還會造成信號不準和儀表失靈的問題。在現實生活中,電磁輻射的影響也是無處不在,比如,在醫院,電磁輻射可能影響醫療器械的正常使用,像B超儀顯示屏的抖動和顫動、脈搏儀的偏差等等,都是由于電磁輻射的干擾。再比如在學校,學生在做物理實驗和化學實驗時,信號波的消失以及觀測過程中的失誤等等,化學實驗中的易燃易爆物品都有可能由于電磁輻射出現發生一些安全事故。
2.2 中波電磁輻射對人體的影響
研究發現,電磁輻射會對人體帶來巨大的危害和影響,中波發射塔周圍中波電磁輻射更是如此。中波電磁輻射對人體的危害主要體現在3個方面:熱效應、非熱效應、累積效應。第一,熱效應,人體內的水分再受到電磁輻射時,會引發機體升溫,進而影響體內器官的正常運行。人體體溫升高會帶來很多問題,比如視力下降、免疫功能下降、白細胞減少、心動過緩、失眠、頭脹、心悸等等。如果微波功率達到1 000W,直接照射人體,可在幾秒之內致人死亡;第二,非熱效應。中波電磁輻射會干擾人的微弱電磁場,對人的內分泌系統、免疫系統、感覺系統、神經系統,都會造成一定程度的損傷,使細胞原生質、淋巴液、血液發生改變,嚴重時可導致孕婦流產、胎兒畸形等[ 2 ];第三,累積效應。當非熱效應和熱效應作用于人體時,如果人體自身未來得及進行自我修復,再次受到電磁輻射,就會形成永久性的傷害和病態,危及生命。
3 中波發射塔周圍中波電磁輻射的防護策略
3.1 電子類設備方面的防護策略
電子類設備的防護策略有很多,比如過濾、吸收、接地、電磁屏蔽等[3]。所謂過濾,就是中斷電磁波,以防多余的電磁波產生電磁輻射。而吸收的防護原理和過濾基本相同,是通過吸收多余的電磁信號,減少輻射面積,防止電磁輻射。接地的防護策略就是將感應電流引入大地,以防電流過于集中。電磁屏蔽就是將一種金屬材料制成封閉式形狀的物體,避免內外接觸, 達到防護目的。
3.2 人體方面的防護策略
人體方面的防護策略主要包含以下幾個方面:首先,必須遠離輻射源,包括中波發射塔、廣播臺、電視臺發射站等一些電磁輻射比較大的地區,還應盡量遠離這些電磁輻射環境;其次,可以穿戴電磁輻射防護服,將電磁輻射隔離到體外;最后,平時應注意飲食和生活習慣,積極補充抗氧化劑,例如蝦青素、葡萄籽、番茄紅素、β-胡蘿卜素、維生素E、維生素C這些含量多的食品[ 4 ]。
4 結論
綜上所述,我們應加深對中波發射塔周圍中波電磁輻射的認識,平時應遠離輻射源以及大型的發射塔,為了他人和自己的健康,應提高電磁輻射的防護意識,養成電磁輻射的好習慣。平時還要注意飲食,積極補充抗氧化劑含量豐富的食品,將電磁輻射的危害降到最低,充分發揮無線電技術對于我國經濟建設和社會發展的作用。本文從電子類設備和人體兩個角度著重分析了中波發射塔周圍中波電磁輻射的影響以及防護策略,以供參考和借鑒。
參考文獻
[1]顏錦,黃顯吞,農高海等.中波發射塔周圍中波電磁輻射影響及防護的探討[J].硅谷,2008(13):27-28.