Глава 2

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ДИАПАЗОНА

РАДИОЧАСТОТ И ТОКОВ ПРОМЫШЛЕННОЙ

ЧАСТОТЫ

2.1 Характеристики электромагнитных полей

Электромагнитное поле (ЭМП) изменяется с той же частотой, что и ток, его образовавший:

(31)

где f – частота, Гц;

Т – период колебания, с.

Скорость электромагнитных волн (ЭМВ) в диэлектриках выражается через диэлектрическую  и магнитную  проницаемости вещества:

, (32)

где с – скорость света в вакууме, м/с (с = 3·10⁸ м/с).

Для воздуха   c.

Длина ЭМВ , м, то есть расстояние, на которое волна распространяется за один период, определяется по формуле:

. (33)

Силовые свойства ЭМП отражают векторы напряженности электрического Е, В/м, и магнитного Н, А/м, полей. Напряженность магнитного поля, созданного прямолинейным бесконечно длинным проводником с током I, А, определяется по формуле:

(34)

где r – расстояние от проводника до расчетной точки, м.

Напряженность магнитного поля в центре кругового тока, А/м:

(35)

где R – радиус кругового контура с током, м.

Напряженность электрического поля, В/м:

, (36)

где U – потенциал, В;

l – длина проводника, м.

В зависимости от расстояния до источника излучения напряженности электрической и магнитной составляющей поля убывают в соответствии со следующими выражениями:

(37)

(38)

где  – круговая частота поля, с^-1( = 2 f);

_а – абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м (для воздуха _а = 8,85·10^-12Ф/м).

Плотность потока энергии (ППЭ) определяется вектором Умова-Пойтинга J, Вт/м²:

. (39)

При распространении ЭМВ в вакууме или воздухе:

. (40)

Связь напряженности магнитного поля Н, А/м, и магнитной индукции В, Тл, в однородной безграничной среде определяет зависимость:

(41)

где ₀ – магнитная постоянная, ₀ = 1,26·10^-6 Гн/м;

 – магнитная проницаемость.

Основной характеристикой источника ЭМП является мощность излучения Р, Вт. Плотность потока энергии при излучении сферических волн может быть выражена через мощность следующим образом:

(42)

где r – расстояние до источника, м.

Тогда напряженность электрического поля Е, мВ/м, по формуле Шулейкина выражается зависимостью:

. (43)

Пространство вокруг источника ЭМП в зависимости от расстояния до исследуемой точки условно делят на зоны. Ближняя зона (зона индукции) характеризуется напряженностями магнитного и электрического полей и определяется радиусом

Дальняя (волновая) зона, где электромагнитная волна уже сформировалась, определяется радиусом и характеризуется величиной плотности потока энергии J, Вт/м².

В случае одновременной работы нескольких источников в ближней зоне принимается суммарное значение квадратов напряженности поля (магнитного и электрического) [15]:

(44)

где Е_i– напряженность электрического поля i-го источника в точке измерения, В/м;

n – количество источников.

При одновременной работе нескольких источников в дальней зоне определяют суммарное значение плотности потока энергии J_, Вт/м²:

. (45)

При работе нескольких источников ЭМП различных диапазонов суммарное действие излучателей должно удовлетворять следующему требованию:

(46)

где E_оi – предельно допустимый уровень (ПДУ) напряженности электрического поля для i-го источника, В/м;

J_оi – ПДУ плотности потока энергии для i-го источника, Вт/м²;

Е_i, J_i – соответственно фактические значения параметров поля.

Примеры решения задач

Пример 2.1. Определить в какой зоне излучения находится рабочее место, если расстояние от источника электромагнитных волн частотой f = 50 Гц составляет r = 2 м.

Решение:

Длина волны излучения в воздухе по формуле (33) составит, м:

Из соотношения R_бл  определяем, что рабочее место находится в ближней зоне:

Задачи для самостоятельного решения

Задача 2.1. Чему равна длина волны, создаваемая радиостанцией с частотой f = 210³ кГц?

Задача 2.2. Найти напряженность магнитного и электрического поля в точке, отстоящей на 2 см от бесконечно длинного проводника, по которому течет ток силой I = 10 A.

Задача 2.3. Определить напряженность магнитного поля в центре кругового проволочного витка радиусом 1 см, по которому течет ток I = 1 A.

Задача 2.4. На какое расстояние от источника ЭМП необходимо удалить рабочее место, чтобы уменьшить величину напряженности электрического поля в 2 раза?

Задача 2.5. Бесконечно длинный провод образует круговую петлю, касательную к проводу, по которому идет ток с силой I = 5 A. Найти радиус петли, если известно, что напряженность магнитного поля в центре петли Н = 42 А/м.

Задача 2.6. Проводник с током I = 10 A имеет длину 5 метров. Определить напряженность магнитного поля частотой f = 50 Гц на расстоянии от источника r = 1 м.