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2、电磁炉的原理是电磁感应现象,即利用交变电流通过线圈产生方向不断改变的交变磁场,处于交变磁场中的导体的内部将会出现涡旋电流;
3、这是涡旋电场推动导体中载流子运动所致;
4、涡旋电流的焦耳热效应使导体升温,从而实现加热;
5、电磁炉利用电磁辐射对锅具进行加热,普通的电磁炉在工作时线圈盘产生的电磁辐射除了给炉面上的锅体加热;
关键词:通信基站 电磁辐射 环境管理
中图分类号: TN91 文献标识码: A
一、基站电磁辐射
电磁辐射是电和磁交互产生的一种能量,电磁波可分为长波、中波、短波、超短波和微波。通信基站的电磁波属微波,移动通信GSM使用的是890MHz-954MHz,3G使用的是1920MHz-2170MHz,而日常使用的微波炉一般是2450MHz。
国内外相关研究表明,电磁辐射能够产生致畸效应、诱发白血病和癌症、影响生殖系统及心脑血管系统等。我国著名雷达专家、中国工程院院士王小谟认为,通信基站的电磁辐射对人体的影响是多方面的,且不是短期内可以发现的;中华医学会放射与防护学分会主任委员李开宝教授也指出,不排除通信基站天线对儿童造成危害的可能;然而,目前尚无数据表明通信基站的电磁辐射与疾病存在直接联系。
目前,我国通信基站周围环境中的磁辐射强度应符合国家《环境电磁波卫生标准》(GB9175-88)规定的“一级标准”(安全区),即,基站周围电磁辐射环境功率密度远低于10 w/cm2。与其它国家相比,我国的该标准相对严格,欧洲大部分国家现行标准为200 w/cm2。
二、意见和建议
2.1 严格执行环保审批验收制度
虽然电磁辐射污染防治法存在立法空白,但也是有法可依的。《中华人民共和国环境影响评价法》规定:可能产生电磁辐射污染的规划和项目都应当进行环境影响评价;《电磁辐射环境保护法》第七条明确提到,省级环保部门负责对豁免水平以上的电磁辐射项目和设备(通信基站属该范畴)申报登记、环评审批、验收,县级以上环保部门对本辖区电磁辐射环保工作实施统一监督管理;此法第二十条则要求在集中使用大型电磁辐射发射设施或高频设备的周围,不得修建居民住房和幼儿园等敏感建筑。
因此,环保执法部门要严格遵守法律法规,对未获得环保审批即进行建设或已投入使用的基站,尤其是建设在居民楼内的基站,应依法责令停止建设或使用。其次,要严格审查基站的建设地址、规模、类型、基站的频率、功率、天线高度、角度等与环评审批和验收的符合情况,发现问题,依法处理。
2.2 加大知识宣传,消除公众顾虑
电磁辐射因看不见、摸不着,其污染就会带有神秘性,也是人们谈“辐”色变的原因。加大对电磁辐射知识、国内外电磁辐射标准限值、我国基站建设的程序、通信基站环保技术要求等的宣传力度,疏堵结合,才能消除基站电磁辐射污染的隐蔽性,增强基站天线设备安装的透明性。
此外,应倡导企业负起相应的社会责任,加强电磁辐射污染防治,并采取措施打消公众对辐射安全的顾虑,减少投诉量。2013年3月中国移动首次在杭州西湖蒋村花园的小区绿化带里,树起了一个“基站辐射电子显示屏”,该屏显示了该区域国家电磁辐射标准限值和实时值,使看不见、摸不着的电磁辐射透明公开,放心存在。
2.3 加强对基站的监督管理
虽然,目前国际上尚无因通信基站电磁辐射造成人体危害的案例,但不排除基站电磁辐射污染对周围居民低剂量、长效应、潜在的暴露风险。市、区级环保执法部门应按照相关法律法规做好日常监督管理工作:基站天线电磁辐射区域设置警示标识以及验收合格标牌;定期对通信基站电磁辐射强度进行抽查监测,严格执行环境电磁波卫生标准;制定电磁辐射环境内部管理制度和突发事故应急预案;建立运行安全档案;督促基站项目建设前后向周围群众做好宣传和解释工作。
参考文献:
1、《中华人民共和国环境影响评价法》中华人民共和国主席令第77号
2、《电磁辐射环境保护管理办法》国家环保局第18号
3、《中华人民共和国电信条例》中华人民共和国国务院令第291号
4、《环境电磁波卫生标准》(GB9175-88)
5、电磁辐射污染对人体健康的危害与影响邱丽莉 UNDP妇女与环境国际研讨会 (2001年1月)
【关键词】电磁辐射协调机制;电磁环境
1.电磁辐射及电磁辐射污染的概述
电磁辐射(electromagnetic radiation)又称电子烟雾:是由空间共同移送的电能量和磁能量所组成,而该能量是由电荷移动所产生,能量以电磁波的形式通过空间传播的现象。如正在发射讯号的射频天线所发出的移动电荷,便会产生电磁能量。电磁辐射可按其波长、频率排列成若干频率段,形成电磁频谱。电磁“频谱”包括形形的电磁辐射,从极低频的电磁辐射至极高频的电磁辐射。频率越高该辐射的量子能量越大,其生物学作用也越强。
电磁辐射主要有两种来源:一类来源于自然,主要是太阳等近地天体活动,雷电、宇宙射线及放射性物质;另一类来源于人类活动,如电视机、微波炉、电热毯、DVD播放机、手机、微波基站、医疗设备、高压输电线路等。对人体危害较大、较广的多是这一类。
2.电磁辐射污染的危害
电磁辐射是由加速运动的电荷所产生的一种能量,大功率的电磁辐射能量可以作为能源利用,但也有可能产生危害,构成环境污染因素。电磁污染包括了各种天然的和人为的电磁波干扰和有害的电磁辐射。电磁辐射主要是指射频电磁辐射,当射频电磁场达到足够强度时,可能造成以下方面的危害:(1)引燃引爆,如可使金属器件之间互相碰撞而打火,引起火药、可燃油类或气体燃烧或爆炸;(2)工业干扰,特别是信号干扰、破坏,这种干扰可直接影响电子设备、仪器仪表的正常工作,使信息失误,控制失灵,对通讯联络造成意外,如使导弹制动系统失灵,造成不堪设想的后果。特别是对于安装有心脏起搏器的人,使用手机将干扰起搏器的正常工作,如美国就曾发生一起因电磁干扰使心脏起搏器失灵而使病人致死的事件;(3)对人体健康带来危害,生物机体在射频电磁场的作用下,可以吸收一定的辐射能量,并因此产生生物效应。这种效应主要表现是热效应。因为,在生物机体中一般均含有极性分子与非极性分子,在电磁场作用下,极性分子重新排列,非极性分子可被磁化。由于射频电磁场方向变化极快,使这种分子重新排列的方向与极化的方向变化速度也很快。变化方向的分子与其周围分子发生剧烈碰撞而产生大量的热能。当射频电磁场的辐射强度被控制在一定范围时,可对人体产生良好的作用,如用理疗机治病;但当它超过一定范围时,则会破坏人体的热平衡,对人体产生危害。
科学证明:电磁辐射对人体危害的程度与电磁波波长有关。按对人体危害程度由大到小排列,依次为微波、超短波、短波、中波、长波,电磁辐射的危害是随着波长的缩短而逐渐加强的。微波对人体作用最强的原因:一方面是由于其频率高,使机体内分子振荡激烈,摩擦作用强,热效应大;另一方面是微波对机体的危害具有积累性,使伤害成为永久性的。微波辐射对人体的影响,最突出的是造成植物神经功能紊乱,并且还会引起眼睛损伤。根据医学方面的知识,眼部无脂肪层覆盖,晶状体含有较多水分,又缺少血管散热,受微波致热效应后,晶状体蛋白质凝固并有酶代谢障碍而造成晶体混浊,严重的导致白内障,更强的微波辐射会使角膜、虹膜、前房同时受到伤害,以致失明。
3.电磁辐射污染的防治一——公众的自我防护渠道
由前文所述,人类已经开始对电磁辐射的危害进行研究和关注,根据电磁波的物理性质,我们可以采用屏蔽的技术手段,为了保证高效率的屏蔽作用,防止屏蔽体成为二次辐射源,屏蔽体必须要良好地连接至地面,还可以利用反射、吸收等减少辐射源的泄漏来加强防护。现在越来越多的公民已经注意个人的防护措施,他们通常用特制的保护物将人体与辐射波隔离开来,还有穿戴如网络里常做广告的防辐射衣、防辐射手套、防辐射眼镜等。
4.电磁辐射污染的防治二——在源头把关,做好电磁辐射的环境影响评价
根据《辐射环境保护管理导则——电磁辐射环境影响评价方法与标准》第 1.3 条规定“电磁辐射环境影响评价是分为初步评价与最终评价的。初步评价应在获得环境保护部门颁发的项目规划建设许可文件(证)后进行。最终评价一般应于项目(或分阶段)竣工验收前进行。”第 1.2 条规定“本导则适用于一切电磁辐射项目的环境影响评价。对于特殊的电磁辐射项目,环境影响报告书的编写可以与本导则不同,但应加以说明。”可见国家对电磁辐射项目是有法律的规定,但并没有规定哪些电磁辐射项目是特殊的电磁辐射项目,环境影响报告书中的哪些内容可以特殊编写。现实中有许多各种各样的电磁辐射项目,比如输变电工程、变电站、火力发电厂、广电发射塔的设立与搬迁等项目。这些项目都有其不同和特殊性、该如何做好各项的环境影响评价,实属不易,因为没有一个可操作性、放之四海而皆准的法律规定。如今就是现有的法律也很难被执行、实施,比如2004 年的北京西上六电磁辐射听证案,该案就是因为工程在开工之前, 并未进行环境影响评价,造成后果,导致居民不满而投诉。笔者认为,电磁辐射环境影响评价首先应该把环境影响评价的一般性规定如公众参与、信息公开等执行、实施好是最为关键的一步,然后再根据各种电磁辐射项目的特点将环境影响评价实行好。比如辐射源工程,其电磁辐射环评分为几个阶段进行:即在可行性研究阶段进行初步环评,侧重提出污染防治措施;在初设阶段进行进一步环评,重点确定拆迁数量和补偿方式;在验收阶段则要着重检查环境保护措施的落实情况,并提出保护环境的建议。
5.电磁辐射污染的防治三——在终端做保障,健全监督机制
除了要在项目的源头把好环境影响评价这一关外,还需在项目的过程终端做好监督工作,根据《电磁辐射环境保护管理办法》来健全电磁辐射的监督机制。
(1)《电磁辐射环境保护管理办法》第 3 条规定:“县级以上人民政府环境保护行政主管部门对本辖区电磁辐射环境保护工作实施统一监督管理。”第 4 条规定:“从事电磁辐射活动的单位主管部门负责本系统、本行业电磁辐射环境保护工作的监督管理工作。”由此可见,监督主体多元,而监督效果寡存,所以从实践效果来看,缺失信息沟通和协商机制,电磁辐射防治效果并不理想。
笔者认为,应该明确监督主体,不能笼统规定为县级以上人民政府环境保护行政主管部门,因为上级领导的辖区是要大于下级领导的辖区,势必会造成一个辖区有两个领导来监督管理,最终监督效果因冲突而偏低,应该要协调部门及上下级领导的工作关系,建立信息沟通和协商机制。
(2)伴随着磁悬浮交通行业和超高压输电行业的迅猛发展,区域间的电磁辐射项目日益增多,迫切需要对跨区域的电磁辐射项目进行监督。不管从国家立法层面还是地方立法层面看,现行立法中都欠缺着区域间的信息沟通和协商机制。区域间协调机制欠缺,跨域电磁辐射污染监督不力,这势必会导致跨域的电磁辐射项目处于事实上的监督悬浮状态。笔者认为,区域间协调机制有必要建立,如此跨域电磁辐射污染监督才能得到实行、得到保障。
6.结语
电磁辐射无时不刻都存在着,需要我们做好电磁辐射的防护保障措施,普及电磁辐射的物理知识及法律保护知识,使公众了解不同微波辐射环境的特点,避免对电磁辐射产生不必要的恐惧心理,从而可以科学地应用电磁辐射,使它创造更多的社会与经济效益。
不久,在洗漱时,王女士突然发现,自己的青丝竟然莫名其妙的越掉越多,吓得她都不太敢梳头了。最让她吃惊的是,脸上出现了恼人的斑点,而且越来越多,颜色越来越深。不久,色斑便布满她曾经白皙的脸庞。同时,她的手背、胳膊上她都长了斑疹。
王女士坐不住了,她拼命地涂抹增白霜,可就是不见效果。
渐渐地,美人变成了丑八怪。不仅王女士感到无法接受,就连她的同事们都觉得奇怪,皮肤怎么说变就变了呢?
谁是罪魁祸首?
为了对付这些“不速之客”,王女士频繁出入美容院。结果是钱花掉不少却不见效果。
心烦意乱的她一天到晚只想着除黑点,工作时开始走神,不小心,签错一份合同,给公司造成很大损失,不仅升职泡汤,饭碗差点丢掉。越是这样,她心越急躁。从美容院拿回的药,成倍地涂抹,导致皮肤变色溃烂,万般无奈,她去了医院。
皮肤科的医生仔细看了看王女士的伤势,生气地问她:“谁让你这么抹药的?你怕不得皮肤癌呀?这激素类的药物本来就应少用,再说这种药治标不治本,白受罪。”
这时,医院的宋医生走了过来。
“这不是小王吗?怎么啦?”她关切地问。
王女士将近来的遭遇讲述一遍,宋医生哈哈大笑。
把王女士和皮肤科医生笑得丈二和尚摸不着头脑。
“我说这电脑高手,你近几个月是不是一直在电脑前坐着?如果没猜错的话,你现在用的仍是普通的显示器。”宋医生问。
“对呀,这些我没告诉过你呀!”王女士诧异。
宋医生说:“一开始你就走错了路。脸上出现几个黑点或浅色斑点,发现掉头发,你就不应该简单地想用除斑的方法去弄掉它,而应该查找一下原因,然后再选择办法。其实你根本用不着去美容院,换台液晶显示器,调整一下饮食,慢慢就会好的。”
“是真的?”王女士有些怀疑。
“知道让你脸部起斑点、头上掉青丝,引来一串烦恼的罪魁祸首是谁吗?”宋医生问一句后,又以不容置疑的口吻说,“是电磁辐射。准确地说是电磁辐射的累积。长期受电磁辐射,很容易引发青光眼、白血病、乳腺癌等。你这只是初期症状。”
王女士吓出一身冷汗:“宋医生,这电磁辐射是怎么回事?”
宋医生笑了:“你这电脑高手应该比我更清楚。普通电脑显示器的工作原理与电视机相同,就是由电子枪将几束高速电子流打到荧光屏上,转变成可见光,然后显现内容。在这一过程中,会产生x射线,并在周围产生低频电磁场,还有大量静电存在于荧光屏表面,这些都对长期在电脑前工作的人有危害。世界卫生组织1998年就列出了电磁辐射对人体的五大影响:
1.电磁辐射是心血管病、糖尿病、癌突变的主要诱因;
2.电磁辐射对人体生殖系统、神经系统、免疫系统造成伤害;
3.电磁辐射是孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素;
4.电磁辐射直接影响儿童的发育、骨骼发育,导致视力下降、视网膜脱落、肝脏造血功能下降;
5.电磁辐射可使生理功能下降,女性内分泌紊乱,月经失调。
只要电脑一开机,辐射就产生了。是不是有辐射就对人体有害呢?不是。对人体是否产生危害,主要看能量的大小。这在国际上是有相关规定的。国际辐射防护协会和国际劳工组织规定了24小时接触计算机时的电磁场的安全强度是0.2~0.4微特拉,低于此值就对人体不会产生危害。据国外一些专门机构公布的结论,人离荧光屏5厘米时,强度为0.1;距离30厘米时,强度无法测量;靠在荧光屏上时,强度为0.9。这与国内公布的一些数据有出入。因而,还是小心防着点。”
“快告诉我预防办法,尤其像我现在这种情况该怎么办。”王女士着急了。
宋医生看了看皮肤科医生,说:“小王,你的皮肤溃烂问题由这位李医生处理,她可是治皮肤疾病的专家。预防电磁辐射的办法我告诉你,你可要记清楚呀,你已经吃过电磁辐射的苦头啦。”
“快说吧,我记得住。”王女士说。
宋医生慢条斯理地讲了几条:
硬件方面,尽可能使用液晶显示器。如果不打算更换,要加装防辐射保护装置,减弱电磁辐射的强度。必要时,穿上防护服。
软件方面,找些严格控制使用时间的软件,尽量隔1小时就休息10分钟;上网找到“电脑消磁圣手”软件,目前该软件是免费的,每隔1小时,消除一下电磁波。
工作方面,使用电脑时,身体距显示器距离不要少于40厘米;使用完电脑后洗洗手、洗洗脸;不要趴在电脑前睡觉,尤其不能趴在键盘上;电脑暂停使用时,与它保持一定距离或关机,尽量不使其处于待机状态,光关闭显示器,作用是不大的。
生活方面,注意补充营养,多吃一些含维生素A、C多的食物,诸如瘦肉、胡萝卜、动物肝脏、油菜、海带、豆芽、橘子、鸡蛋、豆腐等等,用以调节人体电磁场,使之处于平衡状态,提高人体的抗辐射能力。
关键词:移动通信基站电磁辐射环境监测评价
中图分类号:O44 文献标识码:A 文章编号:
伴随着现代科学技术的发展,以及城市现代化建设进程的日益完善,区域性的经济沟通与交往呈现出了极为显著的发展趋势。在此背景下,人与人之间的交往与沟通更加的频繁,通信如何突破时间、空间的限制,这一点是至关重要的。对于非固定状态下的通信行为而言,移动通信是实现该通信目标的最主要途径。换句话来说,在移动通信方案的作用之下,为了确保社会大众的通信需求能够得到最为有效与可靠的满足,就不得不构建大量的移动通信基站。而结合实践工作经验来看,在移动通信基站覆盖面积不断增加的背景下,发射天线不可避免的会对周边环境发射相应的电磁波信号覆盖,进而引发周边区域环境中,比较严重的电磁辐射问题。为了探究移动通信基站电磁辐射环境的主要特点,评估安全性的防护距离,本文结合试验方式对该问题展开详细分析与说明。
1 试验方法分析
本文通过试验方式,就移动通信基站电磁辐射环境监测与评价中的相关问题进行综合研究与分析。试验过程当中所选取的主要对象为:GSM移动通信基站。测定该移动通信基站的发射频率取值为900MHz。在试验实施的过程当中,所采取的主要方法为:结合我国现行“辐射环境保护管理导则―电磁辐射检测仪器和方法”中所涉及到的相关规定与要求,对移动通信基站电磁辐射进行详细于此。同时,配合环境监测的方式,对移动通信基站进行详细检测,所获取的相关数据用于完成对移动通信基站电磁辐射的评价工作。与此同时,预测模式应当选取为:基于远场轴向功率密度的计算工作。
在试验过程当中,从环境监测布点的角度上来说,需要严格参照我国现行“移动通信基站电磁辐射环境监测方法”、以及“辐射环境保护管理导则―电磁辐射检测仪器和方法”中的相关规定,设定电磁辐射环境监测范围为:相对于移动通信基站发射天线中心半径100.0m单位内的区域。同时,在有关点位的设计上,需要优先布设于整个区域,大众日常生活可达的最近距离位置。
而,在有关评价依据的选择方面,针对本文所研究的900MHz的移动通信基站而言,在我国现行的“电磁辐射防护规定”支持下,所对应的工种电磁辐射功率密度应当严格控制在每平方米0.4W单位范围之内。在此基础之上,对于环境监测评价中,单个指标项目的影响评价可以参照1/5*可取功率密度方式进行确定。同时,需将电磁辐射公众照射导出限制控制为每平方厘米8uW。
2 试验结果分析
试验实施条件为:900MHz移动通信基站GSM 900#下所对应的发射功率max取值为20.0W单位,移动通信基站所对应天线增益倍数为18dBi。在试验基础之上,可以分别获取有关移动通信基站电磁辐射环境的预测数值以及实测数值。数据分析过程当中,可将电磁辐射环境相对于发射天线之间的距离换分为10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m、80m、90m各档。数据预测过程当中,所获取的预测数值是均值概念,而在实际测定过程当中,所获取的测定数值需要进一步划分为城市移动通信基站、以及农村移动通信基站这两个方面。因此,有关实际监测数据的获取,需要按照30m、40m、50m、60m、70m、80m、90m各档进行取值。详细的试验结果数据如下表所示(见表1、表2)。
表1:预测数据示意表
表2:监测数据示意表
3 评价结果分析
在有关数据预测的过程当中发现:在监测区域相对于移动通信基站发射天线距离不断增加的趋势作用之下,电磁辐射功率密度指标呈现出了一定的降低趋势。数据分析发现:在距离天线距离高于20m的情况下,所对应的预测数值为7.2uW/cm²,已基本低于现行标准规范当中,移动通信基站电磁辐射功率密度的安全标准(8.0uW/cm²),能够充分符合相应的标准规范。从预测数据的角度上来说,距离天线距离为20.0m的情况下,可将该数值作为此类移动通信基站的有效安全防护距离。在此基础之上,通过对移动通信基站预测数据与实测数据的综合对比发现:无论是对于城市移动通信基站,还是对于农村移动通信基站来说,各个监测点点位所生成的实测数值基本与预测数值保持契合状态,这部分数值所呈现出的规律在于:随距离天线距离的增加,电磁辐射功率密度一定比例的衰减。
现阶段,社会大众对于移动通信基站电磁辐射的认知存在比较大的问题与缺陷,将移动通信基站与常规意义上的广播电视磁场、电台磁场、以及输变电工频磁场概念相混淆。这一认知方面的误区会使得部分群众对生活环境周边所建设的移动通信基站存在一定的恐惧心理。然而,通过环境监测与评价的方式发现:移动通信基站在实际运行过程当中,所产生的电磁辐射主要集中于发射天线的20m半径范围之内,只要能够确保生活环境与发射天线的直线距离满足现行标准中的安全防护要求,并不会对公众的正常生活产生不利的影响。
4 结束语
通过本文以上分析需要认识到:在社会发展以及通信技术日益完善的背景之下,移动通信事业可以说取得了突飞猛进的发展趋势。它使得社会大众的生活与工作方式发生了显著的改变。城市化建设进程中,建设移动通信基站的最主要目的在于:确保接收单元的灵敏度水平能够得到持续提升。为了防止其运行中所产生的电磁辐射对周边环境产生不利的影响,就需要对其辐射环境进行严格的监测与评价。本文通过试验研究的方式,对移动通信基站电磁辐射环境的监测与评价工作展开了详细的分析与研究,希望相关问题能够为同行人员特别关注与重视。
参考文献:
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[2] 陈习权,孙杰,韩海林等.城市小区移动通信基站电磁辐射场强的计算机仿真[J].科学技术与工程,2012,12(30):7821-7825.
[3] ,麻桂荣,郭幼英等.移动通信网基站电磁辐射调研及居民环境超标原因分析[J].中国环境监测,2002,18(3):44-46.
关键词;高压输变电电磁环境无线电干扰
1电网高压输变电设施的电磁环境特性
高压输变电系统包括高压架空输电线路和高压变电站,其工作频率为50Hz,通常称为工频,不容易产生辐射。但对于110kV以上的输电线,由于电压很高,在导线表面会产生“电晕’现象,从而产生十分微弱的电磁波辐射,根据实际测量,500kV高压输电线的辐射强度小于53dB,其单位面积的辐射功率相当于家庭中所接收到的无线电广播电磁波辐射功率强度的千分之一,对人身基本不会产生影响。输变电设施产生的是工频电场和磁场,而非电磁辐射。
高压输变电线路和高压变电站会产生一定程度的无线电干扰。其原因有:
(1)电晕放电引起无线电干扰。由于高压线表面的电位梯度很大,高压线不断向周围空气放电,这就是电晕放电。放电形式是脉冲型电磁噪声,其频率为几万赫兹。一般在电位梯度小于15kV/m时。电晕放电几乎不存在。对于正常运行的良好输电线路,其对设备产生的无线电干扰是以电晕放电为主。无线电干扰主要对电器设备产生影响,干扰频率与扰设备的频率越接近,干扰程度就越大。
(2)绝缘子放电产生一定程度的无线电干扰。由于高压架空送电线路和变电站绝缘子污秽或绝缘子串中损坏个数过多,使分配到每个绝缘子上的电位差过高等原因形成绝缘子放电。这种放电的频率可高达数百兆赫,有时其强度比电晕放电更强。但对于正常运行的良好线路,这种放电不是主要成分。
2高压输变电设施与电磁辐射‘
《电磁辐射防护规定》(GB8072-88)明确指出,电磁辐射防护限值的使用频率范围为100kHz一300GHz,本身并不包括50Hz的工业频率在内。
电磁辐射分为2类:一类是x、Y射线等电磁辐射,又称为电离辐射;另一类是射频、微波等电磁辐射,又称为非电离辐射。国际“电磁兼容”标准中规定,9000Hz以上的频率称为“射频”,微波的频率更高,在300MHz~300GHz之间。9000H拟下频率因辐射量太小,可以认为基本不会发射电磁波。
我国电网输变电设备的频率为50Hz,远小于9000Hz的“射频”,其辐射频率完全可以忽略。
3高压输变电设施与工频电磁场
3.1国内外有关工频电场和工频磁场的规定
国际组织和西方发达国家及我国对公众暴露的工频电场和工频磁场限值的有关规定见表1。
由表1可见,西方发达国家现行的工频电场和工频磁场限制要比我国目前的规定宽松得多。
表1公众暴露的工频电场和工频磁场限值
我国还没有出台工频电场和工频磁场的国家标准,暂时采用的是环保推荐标准,即《500kv超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》(HJ/T 24-1998)中以工频电场4kV/m和0 .1mT为居民区评价标准。该标准可应用于110―220kV高压输变电设施的环境影响计价。由于110kV以下输变电设施的工频电场和工频磁场更小,被环保部门列入豁免水平以―下的输变电设施进行管理。
3.2工频电磁场对人体健康的影响
1996年美国国家研究委员会认为:现有的证据主体并不表明暴露于工频电场或磁场会出现人体健康的危害1999年美国国立卫生研究所得出的结论暗示工频电磁场的暴露会造成健康危害的科学证据是微弱的。到目前为止,国内外没有科学证据显示输变电设施工频电场或磁场会对人体健康造成危害。
ICNIRP是被世界卫生组织(WHO)、国际劳工组织(LO)和欧洲联盟(EU)所正式认可的非离子辐射保护的非政府独立科学组织。“ICNIRP导则”关于工频电磁场对人体健康影响的核心结论为:
(1)从流行病学对于EMF场(100kHz及以下)暴露与癌症的关系,包括儿童白血病在内的研究结果提出,在缺乏实验研究支持的情况下。不足以形成制订暴露导则的科学依据。ICNIRP确认:频率为1Hz一100kHz电场、磁场与生物体的相互作用机制是感应在组织中的电流:对该频率范围,是取对神经系统功能影响的电流密度作为制定“基本限值”的基本物理量。
(2)ICNIRP采用了“基本限值”“参照水平”的限值体系来控制限值。其中,“基本限值”直接与已确定的健康影响有关,并已包含适当的安全因子:“参照水平”,是从最不利暴露情况下的“基本限值”导出,而且用可方便测量的量来表示。所提出的“参照水平”可以用来确定“基本限值”是否符合。运用基本限值及导出的参照水平体系,新的ICNIRP导则对许多暴露情况具有灵活性,限制数据见表2。
(3)暴露于工频电场下,人们的直觉感受是触及处于不同电位的金属物体时的电刺激感,ICNIRP导则称之为“非直接影响”,并为之规定了接触电流的限值(表2)。ICNIRP导则指出:对职业暴露50Hz,10kV/m的场强已包含足够的安全裕度去防止在所有可能条件下由接触电流引起的刺激效应;在采取管理或技术措施排除有害的非直接影响的前提下,场强可以超过。
为了保护生活环境,我国国家环保部门还是推荐了严格的工频电、磁场评价标准。可以认为,只要工频电、磁场满足这些标准,就不会对人体健康造成危害。
表2电力频率(50H2)的基本限值与参照水平的对照
4高压输变电设施与无线电干扰
《高压交流架空送电线路无线电干扰限值》(GB15707-1995)规定,频率为0.5MHz时,高压交流架空送电线路无线电干扰限值如表3所示。
频率为1MHz时,干扰限值为表3中数值分别减去5dB(KV/m)。
表3无线电干扰限值(距边导线投影20m处)
5我国输电线路与民房距离的规定,
为确保输变电设施安全运行,同时考虑保护公众利益,国家了们《110kV~500KV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092-1999),规定了当输电线路跨越或临近民房时,导线与建筑物的安全、环保距离标准。具体规定见表4。
表4输电线路与民房间的距离
6电网高压输变电设施工频电、磁场和无线电干扰的实测结果
国内环保及其他部门对部分输变电设施电磁影响的测试结果表明:我国500W及以下电压等级变电站围墙外和高压输电线路投影点几十米以外的工频电场强度和磁场强度一般都能满足标准要求;对高压输电线路附近居民房屋的监测数据表明,房屋所在位置离地lm处的工频电、磁场、导线与构筑物之间的距离等均符合输变电工程的环保要求;由于高压交流架空送电线路和变电站所产生无线电干扰的主要原因是电晕放电和绝缘子放电,所以一些工程在个别季节、个别地区会出现无线电干扰水平超过限值的现象。
7需要进一步明确的问题
7.1工频电磁场环境标准末制定
目前,我国还没有出台超高压送变电设施的工频电、磁场强度的国家标准。暂时采用的是HJ/T24-1998中的居民区评价标准。但在实际工作中,环保部门把这两个居民区评价标准作为强制性环保标准来使用是不恰当的。其原因是:这两个推荐标准不是国家强制标准,而仅作为参考;而且,与发达国家相比,这两个推荐值偏严。国际上对于输变电线路产生的工频电磁场及具影响还没有统一的认识、在此情况下,完全采用比国外偏严的限值是不严谨的,也是不符合我国国情的。
7.2输变电工频电场、磁场强度豁免水平
目前,对输变电工频电场、磁场强度豁免水平的确认是不够科学的。GBl8702-88规定豁免水平确认由省级环保行政主管部门依据《电磁辐射防护规定》划分,而标准中防护限值的适用频率范围为100kHz一30GHz,显然不适合工频电场和磁场。
7.3输变电工程技术规范
HJ/T24-]998中有关内容沿用国际惯例,没有充分考虑我国电力行业的特点及实际情况。技术规范还需要进一步细化,加强可操作性,如对工频电场和磁场的测试方法和测试标准要进一步明确论证。
8结论与建议
关键词:通信基站 美化天线 电磁辐射水平 污染防治
前言
近年来,随着移动通信业的迅猛发展,移动用户数量飞速增长,通信基站的建设数量逐年增加。从城市的高层办公写字楼到普通的小区住宅楼,移动通信发射天线随处可见。通信基站的天线是电磁波向周围环境发射窗口,同时也是环境电磁辐射的源头,引发潜在的电磁辐射污染问题。的基站天线常常与周边环境格格不入,影响城市景观,更有可能引发公众对通信基站电磁辐射的过度心理恐惧和担忧,最终导致居民对基站运营商投诉的激增。因而,城市景观问题与公众担忧已经成为了通信基站建设运行过程中两个敏感议题。为了解决这两大问题,美化天线应运而生,并逐步受到广泛应用。
美化天线也称为“伪装天线”,即在不影响天线正常功能的情况下,采用损耗小、反射少的非金属材料对天线本身的外表进行装饰,或是在天线外部加装美化罩,使天线与楼宇及周边环境相和谐,进而达到美化的目的[1]。美化天线的应用在一定程度上还减少了公众对基站电磁辐射的心理恐惧和抵触情绪,减少了公众与基站运营商之间的纠纷,为社会和谐做出了贡献。然而,由于缺乏对美化天线的电磁辐射水平的系统分析研究,天线的美化并不能从根本上消除公众对基站电磁辐射污染的担忧,仍有不少居民对美化后的基站进行投诉。此外,美化天线的隐蔽性及多样性也增加了辐射环境监管的难度,若监管不善,可能会加剧基站对周边环境的电磁辐射污染。本文通过对各种典型环境敏感区域内不同类型的美化天线类型周围的电磁辐射水平进行监测分析,以揭示不同类型美化天线周围电磁辐射水平,并在此基础上提出美化天线周围电磁辐射污染防治措施及管理措施。
1 常见美化天线的介绍
常见的美化天线一般采用外罩罩住天线 ,根据外罩的外形特点可以将美化天线分成以下几种[2]:
(1)方(圆)柱型
一般可做成方柱型或圆柱型立在楼顶天面的面源或者楼梯堡的天面上,高度约为2~4m,外观的颜色与楼面颜色相似。该类型的美化天线也是目前实际应用最广泛的一种。
(2)排气管型
排气管型美化天线,多应用于高层居民小区或商业区楼房天面之上,外观颜色以白色为主,结构与尺寸与真实的排气管一致,一般高度为高出天面2m。
(3)变色龙型
为了符合楼房外墙装饰颜色,外表跟外墙的颜色、花纹一致。可以根据天线的实际尺寸和数量做成需要的造型,如半圆形、方形及椭圆形等,既能满足通信信号覆盖,又不影响城市建筑的景观。
(4)空调机型
空调机型美化天线一般根据安装天线的尺寸及数量,可以选择做成4匹或6匹的室外空调机外型,主要应用于人群比较密集的居民生活小区内或者是商业区。由于空调机型天线的高度有限(一般不超过5m),为了达到尽可能大的覆盖范围,一般安装在信号覆盖区域内的最高楼层天面或者挂在外墙上。
(5)灯杆型
灯杆型美化天线适用于商业区、交通道路两旁,立于街边的高度一般为6~25m,可用于街道的信号覆盖;放在楼顶的天面上的高度一般为6~10m,可以用于普通的住宅小区或商业区环境中。
(6)水箱型
一般常见于旧城区普通居民楼上或者乡村,可做成高达6m的水箱型,馈线用PVC管包装入水箱中,从外部看像水管,与居民放置在屋顶的太阳能水箱相似。
(7)美化树型
一般用于风景区、公园、居民区的花园或周边的山上以及厂房较多的工业园区或者新开发区的路边绿化带等等。外表看上去像一棵树,隐藏在绿色植物当中,可以根据周围的环境做成合适的高度。可以和周围的风景形成一致,既不破风景又能达到有效的信号覆盖。
2 电磁辐射环境质量标准
根据我国的国家标准《电磁环境控制限值》(GB8702-2014)[3]中的表1规定,频率在30~3000MHz之间,公众曝露限值为:电场强度12V/m,功率密度0.4W/m2(40μW/cm2)。《辐射环境保护管理导则―电磁环境影响评价与方法》(HJ10.3-1996)对单个项目的影响必须控制在GB8702-1998(GB8702-2014《磁环境控制限值》自2015年1月1日起实施后替代GB8702-88)限值的若干分之一[4])。因此单个基站的管理目标值选取GB8702-2014《电磁环境控制限值》中相应频段功率密度限值的1/5,即0.08 W/m2(8μW/cm2)。
3 移动基站美化天线周围电磁辐射水平实测
3.1 监测方法
3.1.1 监测布点
本研究选取广东省内位于各种典型环境敏感区域内7种不同类型的美化基站21个(具体见表1),对基站美化天线周围的电磁辐射水平进行现场测量。依据《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》(试行)(环发[2007]114号)[5]规定进行监测布点,基站电磁辐射水平监测点位优先布设在公众可以到达距离天线的最近处,原则上设在天线主瓣方向内。防护区内如有敏感目标,则通过巡测找出辐射水平较高的测点,如无敏感目标,则在天线前方50m内选取代表向监测点。对于发射天线架设在楼顶的基站,在楼顶公众可活动范围内布设监测点位。点位选择应设法避免或尽量减少周围偶发的其他辐射源干扰。
3.1.2 监测时间、频次及环境条件
移动通信的电磁辐射与基站发射功率、天线增益、频率以及话务量密切相关。话务量指在特定时间段内呼叫次数与每次呼叫平均占用时间的乘积,通常随着话务量的升高,基站实际发射功率会增大,因而产生的电磁辐射也会有所增强[6]。故监测时间为移动通信基站正常工作时话务量的高峰时间段,即一天内的8:00~20: 00。监测在无雪、无雨、无雾、无冰雹的天气条件下进行,同时记录下现场环境温度和相对湿度。
每个监测点位应进行连续5次电场强度测定,每次测量时间不少于15s,并读取稳定状态下的最大值。
3.1.3 监测仪器
现场监测采用仪器为德国Narda公司生产的EMR-300型综合场强仪,该仪器配备18C型探头。仪器响应频率为100kHz~3GHz,量程为0.20~400V/m,检测限为0.20V/m。
3.1.4 测量频段与数据处理
测量选取的美化基站为中国电信CDMA2000,发射频段为870-880MHz。CDMA基站天线的辐射近场与远场的界限大约是8 m,测量选取的美化基站周围公众可达到范围属于电磁辐射的远场,在远场中功率密度与电场强度的关系式为:Pd=E2/377,因此在远场中,通过电场强度的测量即可求得功率密度。
3.2 结果与分析
3.2.1不同类型美化天线周围电磁辐射水平
基站的电磁辐射水平不仅会受到周围地理、环境条件的影响,还可能与天线的形式结构有关。为此,本研究对21个位于典型环境功能区内(包括居住、医疗卫生、文化教育、科研、行政办公区等)不同类型的美化基站周围电磁辐射电场强度进行测量,并重点关注以发射天线为中心、半径50m范围内可能受到影响的居民和人群,结果见表1。监测结果表明,位于不同环境敏感区域内7种常见美化天线基站正常运行时,周边50m范围内可到达区域环境功率密度在0.01~7.17μW/cm2之间,低于《电磁环境控制限值》中规定的30~3000 MHz频率范围内公众曝露限值0.4W/m2(40μW/cm2)。同时也满足单个移动通信基站运行对周围电磁辐射环境影的管理限值0.08W/m2(8μW/cm2)。测量所选择的7种类型美化天线有6中常用于公众关注的居民区,测量结果表明其周围50m范围内公众可到达范围满足文献[3]中规定的公众曝露限值。
3.2.2 典型美化基站周围电磁辐射水平分析
方柱型美化天线因其外部美化罩可以装饰成墙体的颜色而与周围景观形成一致,在美化基站中得到广泛的应用,常用于各种环境敏感功能区域如:居住、文化教育、医疗卫生区、行政办公区、科研区等。为了进一步探究美化基站周围电磁场的分布特性,本研究选取位于河源市东源县滨江花园10层居民楼天面的方柱型美化基站作为典型基站。对该基站周围50m范围内公众可到达区域进行了详细测测量,采用巡测的方式,找到公众活动区域内电磁辐射最大点位,14个监测位点的分布如图1所示。该基站周围电磁辐射环境监测结果见表2。
从图1中可以看出监测点位覆盖了公众可到达的离天线最近、高差最小的区域。表2中美化天线周围电磁环境辐射监测结果看以看出该基站周围50m范围内电磁环境辐射功率密度范围为0.01~5.25μW/cm2,其中功率密度最大点位出现在天线架设天面与天线水平距离11m垂直距离6m处(点位2#)。结合图1与表2可知,天线主瓣方向(监测点位为1#、8#、9#、10#)区域内的功率密度高于天线副瓣(2#、7#)区域,且离天线水平距离越远、高差越大的区域功率密度越小。以上结果表明该基站美化天线周围50m范围内功电磁辐射率密度均低于文献[3]中规定的公众曝露限值。
4 美化天线的利与弊
4.1 美化天线的有利方面
美化天线的发展和推广在一定程度上是因为公众的环保意识的加强及对城市景观要求的提高,对环保以及经济发展有很大的积极意义。主要表面为三个方面:①美化天线具有的仿生、掩蔽的特征使得基站与其所在的周围环境能很好的融合在一起,避免了普通天线杂乱架设对城市及乡村景观的负面影响;②天线为基站的外置部分,美化天线的采用会减少基站天线对公众的视觉冲击,能够在保障通信的覆盖与质量的同时,避免了居民对天线辐射的过分恐惧和抵触,减少了居民心理负担,有利于基站的建设运行[7];③对于运营商来说,美化天线采用分体拆装结构,体积小,运输、安装更加简便,水平转角可调且调整方便,节省运行费用。
4.2 美化天线的不利方面
虽然美化天线具有多方面的优点,但是从环境保护和保障公众知情角度来说也存在不可忽视的弊端,集中表现在四个方面:①某些运营商使用美化天线只是为了降低公众对移动通信基站建设运行的关注度,进而损害了公众的环境权益和知情权;②美化天线种类繁多、隐蔽性较强,伪装成生活中常见的各种实物,增加了环境保护部门辐射环境监管难度;③由于美化天线外部加有美化罩,在环境保护部门日常监管、抽查测量电磁辐射水平时很难准确判断天线主瓣方向、安装位置及天线的数量等关系辐射环境影响的因素,也难以确定基站电磁环境辐射重点监测范围;④有可能激发公众更强烈的抵触情绪,比如,美化天线在建设及运行的过程中未充分做好与公众的沟通工作,公众获知美化天线的存在后,情绪更加激动,处理不当反而会激化公众与基站运营商之间的矛盾。
5 美化天线使用原则与电磁环境污染防治对策
5.1 美化天线架设原则
5.1.1 推荐性使用原则
在风景名胜区、旅游景区、公园、小区周边的花园等对环境质量要求较高的地方,推荐建设美化天线,以保持上述区域的景观协调,减小普通天线对公众视觉的冲击,使天线能更好的融入周边的环境。
5.1.2 限制性使用原则
在楼房密集或楼层较低的居民区及作为公众经常活动区域的天面等限制性使用美化天线,因为美化天线本身具有的架设高度低、隐蔽性等特点,在上述区域架设时公众经常活动区域容易出现超标情况。
5.2 美化天线的电磁污染防治对策
1、优化基站选址,首先应先调查当地的电磁辐射环境背景情况,避免在电磁辐射环境背景值较高的地方建立基站;其次尽量选择共用设施的楼房上而避开私人居民楼,应该尽量选择公众不能经常到达的天面或者非公众居住建筑物,尽可能避免影响周围公众的活动;第三,还应该避免在同一个天面架设过多的天线,防止由于场强的叠加,使该天面的电磁辐射水平高于超过管理目标值;第四,对于架设在楼顶的基站,应加强通往该楼顶的通道管理并在通往天线处悬挂警示牌[8]。
2、合理选取美化天线的主瓣方向,安装时尽量使天线的主瓣方向避开公众活动区域;市区基站应避免天线主瓣方向非安全距离前方处有高大楼房,以免其受到较大的电磁辐射影响而产生不必要的民事纠纷。
3、在美化天线周围张贴电磁辐射警示标识并划定一定方位的限制公众活动区域,以防止公众因不知道美化天线的存在而靠近,受到不必要的辐射。
4、加强监督与管理工作,通信基站的运营商不得随意提高基站的发射功率,应尽可能地降低基站的发射功率,以确保天面的电磁辐射水平低于目标管理值;基站正常运行时,环境保护监管部门应不定期电磁辐射环境抽测检查,保证天面上的电磁辐射水平满足国家标准。
5、运营商应委托有电磁辐射检测资质的单位或企业每年抽取一定比例的美化基站进行电磁辐射检测并建立电磁环境检测数据档案,以及时发现电磁辐射环境问题。
6、明确针对于美化天线基站环境影响评及验收阶段的公众参与要求。美化天线的“隐蔽性”引发公众环境知情权等相关问题。从短期看,其隐蔽性有助于基站的建设,但如果处理不当势必会导致严重的群众环境事件,因此,及早主动处理沟通才能发挥美化天线的景观优势而避免其负面影响的积累。而环境影响评价及验收阶段的公众参与的主动沟通、协调可从根本上解决环境问题的积累。
6 结语
美化天线建设已被广泛采纳,在通信基站建设中所占的比例也逐年升高,运行效果良好,既起到了美化环境的作用又达到了移动信号覆盖的目的。本研究对21个位于各种环境敏感区域内不同类型的美化天线类型周围电磁辐射进行现场检测,结果表明:美化天线周围50m范围内的公众可到达区域环境电磁辐射功率密度在0.01~7.17μW/cm2之间,典型的方柱型美化基站周围50m范围内的公众可到达区域环境电磁辐射功率密度在0.01~5.25μW/cm2之间,均低于《电磁环境控制限值》(GB8702-2014)中规定的30~3000MHz频率范围内公众曝露限值40μW/cm2,天线主瓣方向区域内的功率密度高于天线副瓣区域,且离天线水平距离越远、高差越大的区域功率密度越小。但是美化天线仍存在许多不足之处,需要把握美化天线的使用原则,从基站选址到正常运行都要做好各面的环保工作,并保证环评阶段、验收阶段的公众参与制度,与公众多方面沟通协调,只有这样美化天线才能体现真正的“美”。
【参考文献】
[1] 杜岳华. 美化天线在通信基站中的应用[J]. 中国新通信, 2015, 1: 6.
[2] 李峥嵘. 浅谈移动通信基站天线的美化与隐藏[J]. 大众科技, 2010, 4: 59~60.
[3] 环境保护部. GB8702-2014 电磁环境控制限值[S]. 北京:中国环境出版社, 2015.
[4]国家环保总局. HJ/10.3-1996辐射环境保护管理导则 电磁辐射环境影响评价方法与标准 [S]. 1996.
[5]《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》(试行)(环发[2007]114号).
[6] 林.移动通信基站电磁辐射影响与话务量关系分析[J]. 信息科学与应用,2014,18: 51~54.
喷墨和激光,谁更健康?
现在市面上家用打印机主要分为喷墨打印机和激光打印机两种,电子设备对健康的危害主要体现在粉尘污染、臭氧危害和电磁辐射三方面。粉尘产生的原因与耗材材质有关,以激光打印机为例,由于耗材硒鼓价格比较高,不少用户会选择使用兼容硒鼓或是灌制碳粉,造成激光打印机在工作时释放出大量的碳粉颗粒,碳粉颗粒在人体中不能被融化,长期吸入或者一次性吸入很多的话,对用户身体的损害很大。相比激光打印机,喷墨打印机的耗材是墨盒或墨水,不存在粉尘污染,除非使用了劣质墨盒,才可能会挥发出一些影响健康的雾化气体。
用激光打印机打印时需要用激光头扫描硒鼓,在硒鼓上产生高压静电,这样硒鼓表面的高压电荷会电离空气中的氧气生成臭氧,将空气中的氮氧化成氮氧化物,对人体呼吸道有较强的刺激性,受污染严重者会出现头昏、视力减退等症状,同时对神经系统也有很大危害。相比激光打印机,喷墨打印机打印时直接将墨水喷射到介质上形成图案文字,且喷墨打印机在工作过程中对温度的需求比激光打印机低得多,不存在臭氧物质的形成及排放,使用更安全、放心。
此外,电磁辐射已成为危害人类健康的隐形“杀手”,尤其对未成年人的身体组织与骨骼发育影响更大。打印机所产生的电磁辐射和功率有关,功率越大辐射越大。市场上普通黑白激光打印机的功率为300瓦左右,是同类喷墨打印机的25倍,所以从辐射危害来讲,激光打印机也普遍比喷墨打印机的危害更大。
综上所述,长期近距离使用激光打印机将会对身体产生不良影响;而喷墨打印机无臭氧、碳粉粉尘排放,电磁辐射也比较低,适合较为封闭的家用环境。
品质和成本,可否兼得?
作为学习型喷墨打印机,爱普生ME35/350使用了爱普生独有的高级DURABrite Ultra颜料墨水,原装高品质,不会产生粉尘污染。
关键词:汽车; 电磁干扰; 无线通信; 干扰强度
中图分类号:TN92-34
文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2011)09-0206-03
Disturbance Effect of Electromagnetic Wave Emitted by
Automobiles on 2.4 GHz Wireless Communication
HUANG Ru-quan,La En-li
(College of Engineering,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)
Abstract: In order to analyze the disturbance effect of electromagnetic wave emitted by autos on 2.4 GHz wireless communication,several radiated electromagnetic interference sources are discussed,and the spectrum analyzer is applied to mea-sure the relative disturbance intensity of radiated electromagnetic interference in 2.4 GHz on two different autos. The mea-surement results indicate that there is little disturbance effect on 2.4 GHz wireless communication,from which it concludes that autos can not disturb the 2.4 GHz wireless communication.
Keywords: automobile; electromagnetic interference; wireless communication; disturbance intensity
0 引 言
电子化和智能化已成为汽车技术发展的主要方向。现代汽车装载了大量电子设备,如高性能微处理器,电子变速器、自动巡行控制器、电子燃油喷射系统、车载通信娱乐及导航系统。这些电子设备工作时会向空间发射高频电磁波,进而对其他电路的正常工作造成干扰而形成所谓的电磁干扰。汽车产生的电磁干扰不但会影响其他电子设备正常工作,也会影响汽车电气系统本身的正常工作[1]。
ISM是工业、科学和医疗频段,国际电信联盟无线通信委员会规定,只要设备的发射功率低于一定值且不对其他频段造成干扰,即可免费使用此频段。国际上最常用的ISM频段是433 MHz,915 MHz和2.4 GHz。其中,2.4 GHz为各国共同的ISM频段[2]。目前,无线局域网、蓝牙、ZigBee、WirelessUSB等无线设备均工作在2.4 GHz频段上。
电磁干扰问题由来已久,从1906年开始,人们就提出对汽车产生的电磁干扰加以限制,点火系统作为主要的电磁干扰源,成为研究的重点[3]。本实验主要目的是通过分析汽车上的电磁干扰源和实测汽车在2.4 GHz频段产生的辐射性电磁干扰的相对强度,推断其对部署在汽车上的2.4 GHz无线通信设备的干扰作用。
1 汽车的电磁干扰源
电磁干扰产生于干扰源,它是一种来自外部的、并有损于有用信号的电磁现象[4]。汽车对车载电气设备的干扰分为两种。第一种是辐射干扰,电磁波通过自由空间直接透入电子设备,并激励设备内部的电路,在电路上产生相应的干扰能量,使与电路发生逻辑性错误,足够强的电磁干扰甚至可以直接损坏敏感的电子器件;第二种是传导干扰,干扰源通过电源线、信号线等线缆把干扰信号耦合到其他设备,对其他设备的正常工作造成危害。对于独立供电的车载2.4 GHz通信设备而言,它主要受到汽车的辐射性电磁干扰,所以本文主要分析、测量汽车的辐射性电磁源。
按照电磁波产生与传播理论,只要在直线形的电路上引起电磁振荡,直线形电路的两端就会出现交替的等量异号电荷,这样的电路就会向空间发射电磁波。电磁波在单位时间内辐射的能量与频率的四次方成正比,即电路的振荡频率越高就越容易向外辐射电磁波。汽车上有许多符合此条件的电路,因此汽车可以发出各种频率的电磁干扰。交通密度每增加一倍,干扰噪声功率频谱密度便增加[5]3~6 dB(A)。
汽车电气系统内最强的电磁干扰源是点火系[6]。汽车发动机正常运行时,点火线圈次级的瞬变电压很高,能在50 μs内上升至35 kV。火花塞电极放电时,会形成强烈的电磁辐射向周围的自由空间传播。这种辐射电磁噪声包含很高的频率成分,是电视广播的主要干扰源[7]。
汽车上有着许多的感性负载,比如各种电动机和电磁阀。电磁阀的线圈在开路瞬间,会产生几十倍于其工作电压的反向电压。这个反向电压在由电感与分布电容形成的一个LC串联振荡电路中继续谐振,从而产生谐波非常丰富的电磁辐射。这也是一个非常重要的电磁干扰源。
汽车上还存在许多触点开关,由于触点存在接触电阻的原因,开关在开合时往往会产生电火花。如果电路中的电流比较大,这种电火花引起的电磁辐射也能够干扰其他电器设备。直流电机工作时,炭刷和整流子也会产生较强的火花,在很宽的频率范围内引起辐射性电磁干扰。汽车的雨刮电机普遍用直流电机,对外产生的干扰也较强[8]。
2 汽车的辐射性电磁干扰的测定与分析
2.1 测量方法
在2.4 GHz频段上,分别测量汽车所处环境的电磁波功率和汽车在同一环境工作时的电磁波功率。通过对比这两个值,可得到汽车在2.4 GHz频段产生电磁干扰的相对强度。
2.2 测量过程
测量过程如下:
(1) 安装频谱分析仪。频谱分析仪有一个运行在Windows操作系统的记录软件和驱动程序。首先启动笔记本电脑,用USB线将频谱分析仪FR24-SAU与笔记本电脑相连接,在操作系统提示找到新硬件后安装频谱分析仪的驱动程序,最后在笔记本电脑上安装频谱分析仪的记录软件FRMT。
(2) 测量环境噪声。将频谱分析仪的天线放在副驾驶位置上,启动笔记本电脑并运行频谱分析仪的记录软件,在记录软件上设置频谱分析仪的各项参数,开启频谱分析仪的峰值保持功能,关闭汽车的发动机和所有车载电器设备,连续测量3 min,将测量结果记录为“环境噪声”。