電磁場的遠場和近場劃分

點擊數(shù)：55482019-08-08 09:06:47　來源: 重慶哥爾摩科技有限公司、電波暗室、電磁兼容暗室、汽車電子暗室、EMI系統(tǒng)測試、EMS系統(tǒng)測試、EMC測試附件、EMC測試天線

電磁輻射源產(chǎn)生的交變電磁場可分為性質(zhì)不同的兩個部分，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(fā)射，稱為感應(yīng)場；另一部分電磁場能量脫離輻射體，以電磁波的形式向外發(fā)射，稱為輻射場。

        一般情況下，電磁輻射場根據(jù)感應(yīng)場和輻射場的不同而區(qū)分為近區(qū)場（感應(yīng)場）和遠區(qū)場（輻射場）。由于遠場和近場的劃分相對復(fù)雜，要具體根據(jù)不同的工作環(huán)境和測量目的進行劃分，一般而言，以場源為中心，在三個波長范圍內(nèi)的區(qū)域，通常稱為近區(qū)場，也可稱為感應(yīng)場；在以場源為中心，半徑為三個波長之外的空間范圍稱為遠區(qū)場，也可稱為輻射場。

        近區(qū)場通常具有如下特點：

· 近區(qū)場內(nèi)，電場強度與磁場強度的大小沒有確定的比例關(guān)系。即：E?377H。一般情況下，對于電壓高電流小的場源(如發(fā)射天線、饋線等)，電場要比磁場強得多，對于電壓低電流大的場源(如某些感應(yīng)加熱設(shè)備的模具)，磁場要比電場大得多。

· 近區(qū)場的電磁場強度比遠區(qū)場大得多。從這個角度上說，電磁防護的重點應(yīng)該在近區(qū)場。

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

· 遠區(qū)場的主要特點如下：

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

· 在遠區(qū)場，電場強度與磁場強度有如下關(guān)系：在國際單位制中，E=377H，電場與磁場的運行方向互相垂直，并都垂直于電磁波的傳播方向。

·遠區(qū)場為弱場，其電磁場強度均較小

· 近區(qū)場與遠區(qū)場劃分的意義：

        通常，對于一個固定的可以產(chǎn)生一定強度的電磁輻射源來說，近區(qū)場輻射的電磁場強度較大，所以，應(yīng)該格外注意對電磁輻射近區(qū)場的防護。對電磁輻射近區(qū)場的防護，首先是對作業(yè)人員及處在近區(qū)場環(huán)境內(nèi)的人員的防護，其次是對位于近區(qū)場內(nèi)的各種電子、電氣設(shè)備的防護。而對于遠區(qū)場，由于電磁場強較小，通常對人的危害較小。

        對我們最經(jīng)常接觸的從短波段30MHz到微波段的3000MHz的頻段范圍，其波長范圍從10米到0.1米。

        例：具體輻射源的近場（感應(yīng)場區(qū)）與遠場（輻射場區(qū)）（l = c / f）

頻率 (f)                                波長 (l)                    界限（3l）

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(yè)應(yīng)用                        0.7 m                       2.1 m

900 MHz 移動電話，尋呼機                0.33 m                      1 m

2.45 GHz微波，工業(yè)                      0.12 m                      0.36 m

6 GHz   數(shù)字廣播                        0.05 m                      0.15 m

20 GHz  衛(wèi)星傳輸                        0.015 m                     0.045 m

附：場區(qū)的具體劃分

        場強與距離的關(guān)系

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

近場與遠場的劃分

       當(dāng)測量距離r＝λ/2π≈λ/6時，感應(yīng)場強度與輻射場強度相當(dāng)。在距離輻射源比較近（r<λ/6）的地方，感應(yīng)場強度大于輻射場強度，稱為近場（區(qū)）或感應(yīng)場區(qū)，較遠的地方（r>λ/6）則相反，輻射場占優(yōu)勢，稱為遠場（區(qū)）或輻射場區(qū)。近場區(qū)和遠場區(qū)的提法被廣為使用，但在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其劃分界限不統(tǒng)一。也稱為近區(qū)場和遠區(qū)場。

        一般當(dāng)r大于3λ時，可忽略感應(yīng)場的成份，認(rèn)為處于遠場（區(qū)）。 

        當(dāng)輻射源尺度與波長可比擬時，還可將輻射場區(qū)分為輻射近場區(qū)和輻射遠場區(qū)。輻射遠場區(qū)的定義是，“輻射場強度角分布基本上與距天線的距離無關(guān)的場區(qū)”，在輻射遠場區(qū)，將天線上各點到測量點的連線當(dāng)作是平行的，所引入的誤差小于一定的限度。如天線尺寸為D，則遠場區(qū)距離應(yīng)大于2D2/λ。當(dāng)輻射源尺寸D的數(shù)量級小于波長λ時（2D2/λ<λ/6，D<λ/3.5），輻射近場區(qū)范圍小于感應(yīng)場區(qū)，輻射場區(qū)全部是輻射遠場區(qū)。

        如果測量天線為微波段的面天線，而且尺寸較大，所測輻射源與測量天線的距離大于2D2/λ認(rèn)為是輻射遠場區(qū)。

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