6.4.2. Допустимые уровни электромагнитного излучения промышленной частоты 50 Гц / КонсультантПлюс

6.4.2. Допустимые уровни электромагнитного излучения

промышленной частоты 50 Гц

6.4.2.1. Напряженность электрического поля промышленной частоты 50 Гц в жилых помещениях (на расстоянии от 0,2 м от стен и окон и на высоте 0,5 — 1,8 м от пола) не должна превышать 0,5 кВ/м.

6.4.2.2. Исключен с 10 ноября 2007 года. — Изменение 1, утв. Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 21.08.2007 N 59.

6.4.2.3. Электрическое и магнитное поля промышленной частоты 50 Гц в жилых помещениях оцениваются при полностью отключенных изделиях бытовой техники, включая устройства местного освещения. Электрическое поле оценивается при полностью выключенном общем освещении, а магнитное поле — при полностью включенном общем освещении.

6.4.2.4. Напряженность электрического поля промышленной частоты 50 Гц на территории жилой застройки от воздушных линий электропередачи переменного тока и других объектов не должна превышать 1 кВ/м на высоте 1,8 м от поверхности земли.

6.4.2.5. Исключен с 10 ноября 2007 года. — Изменение 1, утв. Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 21.08.2007 N 59.

6.4.2.6. Напряженность электрического поля и индукция магнитного поля промышленной частоты 50 Гц от изделий бытовой техники, в том числе от устройств местного освещения, оцениваются в соответствии с санитарно-эпидемиологическими требованиями к этим изделиям.

6.4.3. Если источником ЭМИ является бытовая техника, находящаяся (или предназначенная) для использования внутри жилых помещений, оценка ее влияния на человека производится в соответствии с требованиями действующих санитарных норм допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях. При этом измерение потенциально вредных факторов следует производить в зоне возможно близкого пребывания людей к бытовым приборам в соответствии с инструкцией по их эксплуатации. Если такие сведения отсутствуют, то при проведении измерений необходимо руководствоваться следующим:

6.4.3.1. Измерение электромагнитных и электростатических полей следует проводить на расстоянии 10 +/- 0,1 см от изделий спереди, сзади и с боков (за исключением телевизионных приемников и видеомониторов телевизионных игровых автоматов).

6.4.3.2. Для телевизионных приемников и видеомониторов телевизионных игровых автоматов при диагонали экрана менее 51 см (20 дюймов) измерения проводятся на расстоянии 50 +/- 0,2 см спереди, с боков и сзади на уровне центра экрана (при диагонали экрана свыше 51 см измерения проводятся аналогичным образом, но на расстоянии 1 +/- 0,02 м), если инструкция по эксплуатации изделия не требует расположения пользователя на меньшем расстоянии.

6.4.3.3. Оценка переменных электрических и магнитных полей производится по среднеквадратичным значениям; электростатических полей — по максимальному значению. С допустимым значением сравниваются измеренные величины, к которым прибавлена погрешность измерения в соответствии с руководством по эксплуатации к средству измерения.

6.4.3.4. Перед проведением измерения изделие должно быть предварительно включено и проработать не менее 20 мин. При гигиенической оценке изделий должны соблюдаться условия: температура воздуха — 22 +/- 5 град. C, относительная влажность — 40 — 60%, напряженность электрических и магнитных полей в диапазоне измерения — соответственно не более 2,5 В/м и 2,5 нТл.

Открыть полный текст документа

Institute of High Current Electronics SB RAS

ИСТОЧНИКИ МОЩНЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ВОЛНОВЫХ ПУЧКОВ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Назначение

Генераторы мощных (100-1000 МВт) линейно поляризованных однонаправленных волновых пучков сверхширокополосного (с соотношением крайних частот в спектре ≥ 4) электромагнитного излучения с наносекундной и субнаносекундной длительностью импульса для сверхширокополосной радиолокации и испытания электронных систем.

Общий вид источников сверхширокополосного электромагнитного излучения

Параметры источников сверхширокополосного излучения

n/n	1	2	3	4	5	6	7	8
Длительность импульса напряжения1, нс	3	2	1	0.5	3	2	1	0.5
Амплитуда импульса напряжения, кВ	100	230	200	200	200	230	200	200
Частота повтор.2, Гц	100	100	100	100	100	100	100	100
Ширина диаграммы3, градусы	120×120	80×90	80×90	90×110	60×60	20×20	20×20	20×20
Мощность излучения, МВт	120	1000	780	600	—	—	—	—
Эффектив. потенциал EpR, кВ	100	400	300	260	500	1700	800	700
Габариты Длина, см	140	250	230	220	320	330	300	280
Габариты Ширина, см	40	60	50	50	130	130	120	50
Габариты Высота, см	180	170	170	170	230	220	190	170
Вес, кг	200	300	300	300	700	400	350	320
Потребл. мощность, кВт	0.5	1.5	1.5	1.5	3.5	1.5	1.5	1.5
Рис.	1	2	3	4	5	6	7	8
1 Длительность биполярного импульса напряжения по уровню амплитуды 0.1. 2 Частота повторения регулируется в пределах 1-100 Гц. 3 Ширина диаграммы направленности по половинному уровню пиковой мощности в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Актуальность

Новизна предлагаемых источников состоит в использовании принципиально новых комбинированных излучателей и созданных на их основе антенных решеток, возбуждаемых мощными биполярными импульсами напряжения. Эффективность преобразования электрических импульсов в электромагнитное излучение по энергии и пиковой мощности достигает 90%.

Аналоги

Аналоги авторам разработки не известны.

Результаты промышленных испытаний

Проведенные испытания показали, что разработанные источники позволяют с высокой степенью надежности и воспроизводимости результатов генерировать импульсы сверхширокополосного излучения с параметрами указанными в таблице

Предложения по сотрудничеству

Продажа разработанных источников сверхширокополосного излучения.
Разработка новых источников в соответствии с техническим заданием заказчика.

---

КОРРЕСПОНДЕНЦИЯ

Кошелев Владимир Ильич
заведующий лабораторией, профессор,
доктор физико-математических наук

тел.: (3822) 49-19-15
факс: (3822) 49-24-10
E-mail: [email protected]

Аппарат электромагнитного излучения для очистки воздуха от коронавируса Тор. Концерн Гранит

На этапе начала разработки был выделен электромагнитный спектр возбудителя COVID-19. Полученный спектр был преобразован таким образом, чтобы нейтрализовать исходный. Мы назвали итоговое воздействие термином «зашумление»: создается прицельное, не затрагивающее другие частотные эшелоны электромагнитное поле. Далее все усилия были сосредоточены на анализе безопасности полученного решения. 

Согласно всем необходимым экспертным заключениям аппарат ТОР признан безопасным для человека. Его электромагнитная мощность в разы ниже мощности бытовых приборов и смартфонов. Создавая электромагнитные помехи патогену, он не оказывает какого-либо негативного воздействия на живой организм.

История развития электромагнитной медицины в мире исчисляется лишь десятками лет. Российская школа представлена трудами академика Николая Дмитриевича Девяткова (1907 – 2001). Главные его разработки лежали в военной сфере и были направлены на повышение обороноспособности страны. И именно он считается основоположником медицинской электроники.  

Концерн ГРАНИТ имеет обширный опыт в области военной техники. С приходом новой, неизученной болезни коллектив Научного центра Концерна сосредоточил усилия на поиске альтернативного решения, так как с первых месяцев развития объявленной пандемии стало ясно, что чисто медицинские подходы не дают должной эффективности. И этим решением стал аппарат ТОР.

Безопасность аппарата ТОР и его противовирусная эффективность была признана Роспотребнадзором РФ – в ноябре 2020 года были получены документы, разрешающие использовать аппарат ТОР в качестве санитарного прибора для очистки воздуха. Применение – без ограничений в присутствии людей – в жилых, производственных помещениях, в медицинских учреждениях, на открытом воздухе. К этому времени с учетом уже подтвержденной безопасности у разработчика накопилась собственная статистика, позволяющая судить и об эффективности аппаратов ТОР и ТОР-М (индивидуального прибора с тем же электромагнитным спектром) в облегчении течения COVID-19. У всех, кто использовал ТОР и ТОР-М, заболевание, если и наступало, протекало в легкой форме, без необходимости госпитализации. Был отмечен и профилактический эффект предложенного метода. В ноябре 2020 года аппарат ТОР был сертифицирован по правилам ЕврАзЭС.

В ноябре 2020 года Концерн ГРАНИТ подал документы в Росздравнадзор РФ с целью получить разрешение на проведение полномасштабных клинических исследований безопасности аппарата ТОР для госпитализированных с COVID-19  и для подтверждения его эффективности в лечении коронавирусной инфекции в условиях стационара. По правилам Минздрава РФ госпитализируются больные с COVID-19 тяжелой и средней тяжести течения. Для клинических исследований аппарата ТОР Росздравнадзором были определены группы плацебо, контрольная и испытуемая, состоящие из давших добровольное информированное согласие пациентов со средней тяжестью течения болезни. 

В январе 2021 года клинические исследования начались на базе одного из лучших и старейших научных учреждений – в клиниках Самарского Государственного Медицинского Университета Минздрава России. Принимая во внимание инновационность аппарата ТОР, число участников исследования стало беспрецедентным – 236 человек (обычно исследования медицинского оборудования требуют гораздо меньшего числа участников). 

Главным исследователем выступил доктор медицинских наук, главный внештатный терапевт Минздрава России по Самарской области, потомственный врач Олег Вениаминович Фатенков. В ходе исследований постоянному мониторингу подвергались все жизненно важные параметры пациентов: анализы крови, состояние сердечно-сосудистой системы, температура тела, проводилось ПЦР-тестирование. 
Результаты: метод, основанный на электромагнитном неинвазивном воздействии, лежащий в научно-технической основе аппарата «ТОР», позволяет 87% госпитализированным уже через четыре дня от начала применения (сеансы дистанционного бесконтактного воздействия длительностью 2 часа в сутки) избавиться от возбудителя опасного заболевания: ПЦР-тесты демонстрировали отрицательный результат. Этот показатель в группе испытуемых зафиксирован на уровне в пять и более раз выше, чем в группах контроля и плацебо. 
ПЦР-тестирование используется для выявления возбудителя в носоглотке, при положительном анализе предписывается самоизоляция на две недели. Эта мера оправдывается необходимостью разрыва цепочки передачи инфекции от носителя другим людям. По результатам клинических исследований аппарата ТОР установлено доказанное ускорение гибели вируса в носоглотке, что делает человека, больного COVID-19, незаразным для окружающих и предотвращает проникновение инфекции в орган-мишень – в легкие.
Из научных статей и клинического опыта хорошо известно, что именно носоглотка является «входной дверью» для SARS-CoV-2. Концерн ГРАНИТ подтверждает, что метод при доказанной безопасности и эффективности служит и средством профилактики COVID-19.     
Согласно выводам экспертов СамГМУ Минздрава России, клинические показатели испытуемой группы, прошедшей терапию аппаратом ТОР, были лучше в сравнении с группами контроля и плацебо. Такие различия сохранялись и по истечении 28 дней – предусмотренного протоколом исследования обязательного срока наблюдения за выписанными из стационара участниками. На этом основании разработчик утверждает, что аппарат ТОР способствует и снижению выраженности постковидного синдрома, от которого по статистике страдает не менее половины переболевших COVID-19 в тяжелой и среднетяжелой формах.
Выводы СамГМУ подверглись тщательной проверке со стороны Росздравнадзора РФ, в том числе в ходе выездной инспекции с анализом первичной документации в г. Самара. Итогом стало подтверждение Росздравнадзором РФ безопасности и эффективности аппарата ТОР в условиях стационара; доказано и зафиксировано: воздействие аппарата ТОР приводит к ускорению гибели возбудителя COVID-19. 
    Регистрационное удостоверение на аппарат ТОР было выдано Росздравнадзором РФ 23 сентября 2021 года. Аппарат ТОР производится серийно, в настоящее время уже доступен для приобретения как санитарный прибор. По получении необходимой документации в связи с его регистрацией как медицинского изделия он будет поставляться как медицинский прибор. Разработчик не вносил каких-либо изменений или усовершенствований в техническую часть изделия с ноября 2020 года. Никаких ограничений в использовании аппарата ТОР для очистки воздуха, профилактики и лечения COVID-19 в настоящее время нет.  

Подробнее

В ЮУрГУ создают электронные щиты для защиты от электромагнитного излучения

Пространство вокруг нас буквально пронизано электромагнитным излучением и магнитными полями природного и искусственного происхождения. Даже короткого электромагнитного импульса достаточно, чтобы вывести технику любого уровня сложности из строя. Кандидат физико-математических наук Алексей Труханов – старший научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ проводит исследования электролитических пленок для создания электромагнитных и магнитных экранов, способных нейтрализовать излучение.

Создание электромагнитных и магнитных экранов

Алексей Труханов – лауреат Премии Алферовского фонда и Национальной академии наук Беларуси для молодых ученых 2014 года в номинации «Нано- и микроструктуры: технологии получения, диагностика и новые применения», в рамках Проекта 5-100 (конкурс «Постдок ЮУрГУ») проводит свои исследования в НОЦ «Нанотехнологии» Института естественных и точных наук ЮУрГУ совместно с руководителем лаборатории роста кристаллов Денисом Винником, кандидатом технических наук.

«Вопрос электромагнитной совместимости приборов сегодня очень актуален. Один из самых распространенных способов защиты техники, используемой в мире, это экранирование — создание электромагнитных и магнитных экранов. Но у каждого — свои конструкторские подходы и секреты, которыми, естественно, никто делиться не хочет. Достаточно сказать, что стоимость продукции, реализуемой с защитным экраном и без него, может отличаться более чем в 10 раз», — рассказывает Алексей Труханов.

В качестве материала экранов, эффективно поглощающих высокоэнергетические излучения, обычно используют тяжелые элементы. Висмут – тяжелый металл с высокой плотностью и большим количеством электронов на оболочках. Это делает его аналогом таких часто используемых материалов как свинец. Однако в соотношении эффективность защиты к массогабаритным параметрам (а также с учетом экологического аспекта) висмут является наиболее выигрышным вариантом.

Результаты уже опубликованы в высокорейтинговом журнале

По результатам исследования недавно опубликована статья «Корреляция условий синтеза и микроструктуры для производства электронных щитов на основе висмута» в журнале «Journal of Alloys and Compounds» (импакт-фактор 3,779), которая является логичным продолжением ранее опубликованной в этом же журнале статьи «Электрохимические режимы осаждения и критическое влияние органических добавок на структуру пленок из висмута».

«Обе эти статьи посвящены исследованию зависимости микроструктуры и функциональных свойств пленок висмута от технологических режимов получения и состава исходного электролита, – поясняет Алексей Валентинович. – Иными словами, статьи отвечают на вопрос, как варьируя различными режимами в процессе электрохимического осаждения получать материал с одинаковым составом, но разными свойствами. Известный факт, что для любого материаловеда справедлива цепочка «состав-структура-свойство». И зачастую свойства материалов в значительной степени определяются не только химическим составом, но и структурой образца».

Исследование электролитических пленок для создания миниатюрных устройств

Электролитические пленки – это уникальные объекты как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. Исследования процессов зарождения пленок, механизмов роста, корреляций структуры и свойств позволяют на более глубоком уровне понять фундаментальные материаловедческие аспекты пленочных технологий. Однако, одним из основных трендов практического материаловедения последних десятилетий является миниатюризация различных устройств. В этой связи различные пленки и покрытия с заданными или даже управляемыми свойствами для функциональных применений оказываются крайне актуальными.

«Мы проводим исследования особенностей кристаллической структуры и микроструктуры (пористость, плотность, средний размер зерна) синтезированных образцов. Однако, важно понимать, что на сегодняшний день развитие науки обусловлено двумя основными макро-трендами: межотраслевое сотрудничество (работа ученых из различных областей наук) и международное сотрудничество (коллаборация с зарубежными коллегами). Мы активно сотрудничаем с коллегами из ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению» (Минск, Республика Беларусь), НИТУ «МИСиС» (Москва), Объединенного института ядерных исследований (Дубна)», – делится Алексей Труханов.

Фото: поверхность висмута с различной плотностью под микроскопом

На сегодняшний момент оптимизированы процессы электролитического получения пленок висмута из комбинированного электролита. Проведены комплексные исследования фазового состава и микроструктурных параметров объектов исследования. Отмечено, что чем выше плотность пленочного образца (наиболее мелкозернистая структура, которая достигается введением определенных органических добавок в электролит), тем больше вероятность применения данного класса материала на практике. Предстоит еще сделать очень многое. Ведь предварительные результаты – это процесс лабораторной апробации. Для практических применений следует провести очень серьезную работу по закреплению достигнутых результатов и масштабированию процессов получения. На сегодняшний день смело говорить о практическом применении еще рано, но значительный потенциал и практическая направленность работы на лицо.

Ссылки на научные публикации в Journal of Alloys and Compounds:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838818311642
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838817341117

Как современному человеку защититься от электромагнитного излучения?

Как ослабить оковы электромагнитного излучения, в которых приходится жить каждому современному человеку. Ученые после череды экспериментов дают несколько советов, как хотя бы крепко выспаться. Не надо ставить прямо у кровати телевизор, компьютер или музыкальный центр. Включенного в сеть электронного будильника тоже не должно быть у головы. В спальне нельзя заряжать мобильный телефон.

Четырехлетний Виктор — страстный поклонник криминальной хроники. Пока он смотрит телевизор, его мама Антонина работает за компьютером. Комфортное состояние и того и другого поддерживают масляный обогреватель и увлажнитель воздуха.

Временно отдыхает радионяня, кондиционер, музыкальный центр и пара мобильных телефонов. Обычные приборы в обычной 14-метровой комнате. Необычно другое: Антонина решила вызвать специалиста для проверки электромагнитного поля в квартире.

Антонина: «Переехав в эту комнату, мы заметили, что стали часто болеть — как ребенок, так и взрослые, простудные заболевания, самочувствие ухудшилось».

Михаил, специалист по экологии помещений, обследовал сотни подобных квартир. Как правило, стандартный набор бытовых приборов — микроволновка, электрочайник, холодильник, стиральная машина — не превышает предельно допустимых норм электромагнитного поля. Эсперты НИИ медицины труда многократно проводили испытания техники, поступающей на российский рынок, и уверяют, что при собюлюдении правил, явного вреда от этих приборов — нет.

Нина Рубцова, главный специалист электромагнитной биологии гигиены НИИ медицины труда: «Рабочее место той же хозяйки или тех, кто обитает на кухне, должно находиться в полуметре от любого источника, особенно от его задних стенок».

Наиболее опасными для человека являются либо трансформаторные подстанции, расположенные на первых этажах домов сталинской постройки, либо линии электропередач, проходящие слишком близко от жилых помещений.

Есть данные о том, что в подобных районах у жителей чаще встречаются онкологические заболевания, но ни одно официальное исследование ни в России, ни за рубежом не доказало, что повышенный уровень электромагнитного поля вызывает какие-либо конкретные болезни.

Фантома, живущего в лаборатории электромагнитного излучения, зовут Вася. С помощью датчиков и оборудования в Васиной спине специалисты определяют, как поле от линий электропередач распределяется по телу человека. Впоследствии это обязательно учитывается при разработке защитного костюма.

Защитным слоем от электромагнитного поля могут служить пенопластовые блоки с угольными нитями внутри. А также бронированные помещения глубоко под землей. Впрочем, пониженные электромагнитные показатели для человека тоже вредны.

Российские ученые проводили опыты на мышах и кроликах, создавая для них такие условия, которые характерны для бункеров, подземных цехов на заводах и метро. У животных, попавших в зону сниженного электромагниного поля Земли, преобладали реакции торможения и падал иммунитет.

Лариса Походзей, ведущий научный сотрудник НИИ медицины труда: «Был обследован и персонал, работающий в этих условиях — также страдала центральная нервная система, сердечно-сосудистая, наклонность к гипертонической болезни у персонала».

Что же стало причиной болезней в семье Антонины, проверив всю квартиру, выявил эксперт-эколог.

Михаил Серов, эксперт по экологии помещений: «Подозрения были не напрасны. В комнате обнаружено несколько точек с повышенным значением электрического поля. Вблизи компьютера, когда он работает; система радионяни дает сильное излучение. И еще сверху находится некий источник электрического поля».

Источником электрического поля может быть и прибор, стоящий за стеной у соседей, и вмонтированный в перекрытия кабель. Так или иначе Антонина решила переставить в комнате мебель.

Антонина Минчевская: «Раньше жил дедушка, он тоже очень болел, он спал на месте ребенка, где нашли источник излучения. Может быть, кстати, мы и нашли ответ, почему мы все болели в этой комнате».

Мощным источником электромагнитного поля могут стать полы с подогревом и самодельная антенна на крыше дома. Но самым условно опасным специалисты считают все же мобильный телефон. А потому советуют держать его подальше от тела, например, в сумке. И трубку к уху прикладывать только после соединения с абонентом, а не в момент приема звонка или набора номера, когда величина электромагнитного поля максимальна.

Ведущий: «Если бы вы только могли увидеть окружающие нас электромагнитные волны, то, наверное бы, ужаснулись — они опутывают все сплошной сеткой. Но стоит ли пугаться? Вот об этом давайте и спросим у председателя Российского национального комитета по защите от ионизирующих излучений доктора медицинских наук Юрия Григорьева. Сейчас невозможно нашу жизнь представить без электроприборов, но какие из них вредны, а какие безопасны с точки зрения электромагнитного излучения?»

Юрий Григорьев: «Видите ли, электромагнитное излучение мы встречаем при работе всех приборов. Но, конечно, интенсивность излучения различна. Ну, на сегодня техника и наука идет вперед, поэтому такие приборы как СВЧ-печки практически не представляют опасности для человека, для пользователя. Но почему, потому что мы кратковременно бываем около них и излучение их очень маленькое».

Ведущий: «Можно как-то снизить неприятный эффект? Какие-то есть способы?»

Юрий Григорьев: «Вообще два принципа есть — это принцип расстояния и времени. Других принципов нет. И то, что иногда рекламируют, это требует особого критического анализа».

Ведущий: «Ну и, наверное, главное устройство по вреду — это мобильный телефон. Как с ним обращаться? Можно ли его класть под подушку, где его правильно носить, и так далее».

Юрий Григорьев: «По сравнению с внедрением мобильной связи все остальное блекнет и не становится актуальным. Самое сейчас опасное — это сотовый телефон. Потому что иллюзий не должно быть. Когда вы пользуетесь сотовым телефоном, облучается головной мозг 100 %. Особенно опасно для детей. И Всемирная организация здравоохранения очень взволнованна. Там есть специальный научный комитет, членом которого я являюсь, и ежегодно мы обсуждаем эту проблему и даем определенные рекомендации. То есть это есть большая, большая проблема».

Ведущий: «Мобильный телефон опасен, когда мы по нему разговариваем?»

Юрий Григорьев: «Нет, когда идет дозвон, когда вы разговариваете, это все представляет определенную опасность».

Ведущий: «А когда он в «режиме ожидания»»?

Юрий Григорьев: «То же самое, потому что вас базовая станция все время ищет и отслеживает, и поэтому интенсивность несколько меньше».

Ведущий: «Почти в каждом городе есть телевышка, не такая большая, как в Москве Останкинская башня, а повсюду теперь есть сотовые вышки, передатчики стоят. Вот как они влияют на наш организм?»

Юрий Григорьев: «Базовые станции являются вторым источником, который сейчас является исключительно актуальным, исключительно. Потому что базовая станция облучает круглосуточно и всех, и во всех квартирах».

Ведущий: «Человек не всегда волен выбирать, где ему жить. Иногда ему дачу или квартиру дают возле подстанции, линии электропередач высоковольтной. Вот как здесь быть?»

Юрий Григорьев: «Однозначно, при подстанциях, на линиях электропередач имеется электромагнитное поле, как я говорил, частотой 50 герц. Накоплены в мировой литературе данные о том, что у детей, живущих под линией электропередач, может быть большой процесс развития лейкоза — это рак крови. Это установлено. Поэтому я могу только одну дать рекомендацию. Если у вас там дача, то лучше от нее отказаться».

Измеритель уровня электромагнитного излучения МЕГЕОН 07300

Тип сенсора	Электрическое поле (E)
Метод измерения	Изотропный, трехосевой
Диапазон частот	50 МГц … 3,5 ГГц
Диапазон измерений	20 мВ/м … 108 В/м 53мкА/м … 286,4 мА/м 1мкВт/м2 … 30,93 Вт/м2 0 мкВт/см2 … 3.093 мВт/см2
Разрешение измерений	0,1 мВт/м, 0,1мкА/м, 0,1 мкВТ/м2, 0,001 мкВТ/cм2
Динамический диапазон	75 дБ
Абсолютная ошибка измерений	±1 дБ
Неравномерность АЧХ сенсора с учетом калибровки	±1 дБ в полосе 50МГц …1,9 ГГц ±2,4 дБ в полосе 1,9 ГГц … 3,5 ГГц
Отклонение изотропности	± 1 дБ
Перегрузка	4,2 ВТ/м2 (40 В/м)
Время измерения	1 сек
Частота обновления экрана	2 раза в сек.
Разрядность дисплея	4
Единицы измерения	мВ/м, В/м, мкА/м, мА/м, мкВТ/м2, мВТ/м2, мкВТ/cм2
Типы измеряемых значений	Текущее значение, максимальное значение, среднее значение и максимальное среднее значение
Функция оповещения	Устанавливаемый порог
Калибровка	Настраиваемая
Память	99 измерений
Источник питания	4 батареи 1,5В тип LR6 (АА)
Длительность работы от одной батареи	15 часов
Автовыключение	15 минут
Рабочая температура	0°С … — 50°С
Рабочая влажность	25% … — 75% ОВ*
Температура хранения:	-10°С … — 60°С
Влажность хранения	0% … 80% ОВ
Габаритные размеры	235х72х60 мм
Вес	290 гр. (с батареями)

Что такое электромагнитный спектр? | Цветовой спектр Space

через Shutterstock.

Когда вы думаете о свете, вы, вероятно, думаете о том, что видят ваши глаза. Но свет, к которому чувствительны наши глаза, — это только начало; это часть всего света, который нас окружает. Электромагнитный спектр — это термин, используемый учеными для описания всего диапазона света, который существует. Фактически, большая часть света во Вселенной, от радиоволн до гамма-лучей, для нас невидима!

Свет — это волна переменного электрического и магнитного полей.Распространение света не сильно отличается от волн, пересекающих океан. Как и любая другая волна, свет имеет несколько фундаментальных свойств, которые его описывают. Один из них — его частота , измеренная в Гц, (Гц), которая подсчитывает количество волн, проходящих через точку за одну секунду. Другое тесно связанное свойство — длина волны : расстояние от пика одной волны до пика следующей. Эти два атрибута обратно связаны. Чем больше частота, тем меньше длина волны — и наоборот.

Вы можете запомнить порядок цветов в видимом спектре с помощью мнемоники ROY G BV. Изображение взято из Университета Теннесси.

Электромагнитные волны, которые обнаруживают ваши глаза — видимый свет — колеблются в диапазоне от 400 до 790 терагерц (ТГц). Это несколько сотен триллионов раз в секунду. Длина волны примерно равна размеру большого вируса: 390-750 нанометров (1 нанометр = 1 миллиардная метра; метр составляет около 39 дюймов в длину). Наш мозг интерпретирует разные длины волн света как разные цвета.Красный цвет имеет самую длинную длину волны, а фиолетовый — самую короткую. Когда мы пропускаем солнечный свет через призму, мы видим, что на самом деле он состоит из световых волн разных длин. Призма создает радугу, перенаправляя каждую длину волны под немного другим углом.

Весь электромагнитный спектр — это гораздо больше, чем просто видимый свет. Он охватывает диапазон длин волн энергии, который человеческий глаз не может видеть. Изображение взято из НАСА / Википедии.

Но свет не останавливается на красном или фиолетовом. Точно так же, как есть звуки, которые мы не можем слышать (но другие животные могут), существует также огромный диапазон света, который наши глаза не могут обнаружить.Как правило, более длинные волны исходят из самых холодных и темных областей космоса. Между тем, более короткие волны измеряют чрезвычайно энергичные явления.

Астрономы используют весь электромагнитный спектр для наблюдения за множеством вещей. Радиоволны и микроволны — самые длинные волны и самые низкие энергии света — используются, чтобы заглядывать внутрь плотных межзвездных облаков и отслеживать движение холодного темного газа. Радиотелескопы использовались для составления карты структуры нашей галактики, в то время как микроволновые телескопы чувствительны к остаткам свечения Большого взрыва.

Это изображение из очень большого массива базовых линий (VLBA) показывает, как бы выглядела галактика M33, если бы вы могли видеть ее в радиоволнах. Это изображение отображает атомарный водород в галактике. Разные цвета отображают скорости в газе: красный показывает, что газ движется от нас, синий движется к нам. Изображение предоставлено NRAO / AUI.

Инфракрасные телескопы превосходно обнаруживают холодные тусклые звезды, прорезают полосы межзвездной пыли и даже измеряют температуру планет в других солнечных системах. Длины волн инфракрасного света достаточно велики, чтобы проходить сквозь облака, которые в противном случае закрывали бы нам обзор.Используя большие инфракрасные телескопы, астрономы смогли заглянуть сквозь пылевые полосы Млечного Пути в ядро ​​нашей галактики.

На этом изображении, полученном с помощью космических телескопов Хаббла и Спитцера, показаны центральные 300 световых лет нашей галактики Млечный Путь, какой мы бы ее видели, если бы наши глаза могли видеть инфракрасную энергию. На изображении видны массивные звездные скопления и закрученные газовые облака. Изображение предоставлено NASA / ESA / JPL / Q.D. Ванга и С. Столовы.

Большинство звезд излучают большую часть своей электромагнитной энергии в виде видимого света, крошечной части спектра, к которой наши глаза чувствительны.Поскольку длина волны коррелирует с энергией, цвет звезды говорит нам, насколько она горячая: красные звезды самые холодные, синие — самые горячие. Самая холодная из звезд почти не излучает видимого света; их можно увидеть только в инфракрасные телескопы.

На длинах волн короче фиолетового мы находим ультрафиолетовый, или УФ, свет. Возможно, вы знакомы с УФ-излучением по его способности вызывать солнечные ожоги. Астрономы используют его для поиска наиболее энергичных звезд и определения областей рождения звезд. При просмотре далеких галактик в ультрафиолетовые телескопы большая часть звезд и газа исчезает, и все звездные ясли появляются в поле зрения.

Вид на спиральную галактику M81 в ультрафиолете, сделанный космической обсерваторией Galex. Яркими областями показаны звездные ясли в спиральных рукавах. Изображение предоставлено НАСА.

Помимо ультрафиолетового излучения, идут самые высокие энергии в электромагнитном спектре: рентгеновские лучи и гамма-лучи. Наша атмосфера блокирует этот свет, поэтому астрономам приходится полагаться на телескопы в космосе, чтобы увидеть Вселенную в рентгеновских и гамма-лучах. Рентгеновские лучи исходят от экзотических нейтронных звезд, вихря перегретого материала, вращающегося по спирали вокруг черной дыры, или от диффузных облаков газа в скоплениях галактик, нагретых до многих миллионов градусов.Между тем гамма-лучи — самая короткая длина волны света и смертельная для человека — раскрывают сильные взрывы сверхновых, космический радиоактивный распад и даже разрушение антивещества. Гамма-всплески — кратковременное мерцание гамма-излучения от далеких галактик, когда звезда взрывается и создает черную дыру — являются одними из самых энергичных сингулярных событий во Вселенной.

Если бы вы могли видеть в рентгеновских лучах с больших расстояний, вы бы увидели это изображение туманности, окружающей пульсар PSR B1509-58.Это изображение получено телескопом Чандра. Пульсар, расположенный на расстоянии 17000 световых лет от нас, представляет собой быстро вращающийся остаток ядра звезды, оставшийся после взрыва сверхновой. Изображение предоставлено НАСА.

Итог: Электромагнитный спектр описывает все длины волн света — как видимые, так и невидимые.

Кристофер Крокетт

Просмотр статей

Об авторе:

Крис Крокетт получил докторскую степень.В 2011 году получил степень доктора астрономии из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, работал в Обсерватории Лоуэлла и Военно-морской обсерватории США. Затем он понял, что ему больше нравится говорить об астрономии, чем заниматься ею. Получив в 2013 году стипендию для СМИ от Американской ассоциации содействия развитию науки, он провел лето в журнале Scientific American, а затем стал штатным астрономическим писателем в Science News с 2014 по 2017 год. В настоящее время он работает внештатно. , посвященные рассказам об астрономии, планетологии и физике.Его работы публиковались в журналах Science News, Scientific American, Smithsonian Magazine, Knowable, Sky & Telescope и в онлайн-журнале Physics Американского физического общества.

Бытовое электромагнитное излучение не вызывает болезни и не вызывает рак. Вот почему | Наука

Существует несколько явлений, столь повсеместных или жизненно важных для человеческого существования, как электромагнитное излучение (ЭМИ). Он пронизывает все, что мы испытываем, будь то видимый свет, освещающий все, что мы видим, или средства вещания, передаваемые по всему миру с помощью радиоволн.В медицине рентгеновские лучи и гамма-лучи произвели революцию как в анатомической визуализации, так и в лечении рака. В эпоху беспроводной связи наши телефоны и маршрутизаторы используют микроволновое излучение для быстрой передачи практически всего хранилища человеческих знаний до кончиков пальцев с ошеломляющей скоростью.

Но хотя ЭМИ — неотъемлемая часть нашей Вселенной, многие беспокоятся о возможных пагубных последствиях. В частности, распространение устройств личной связи было источником беспокойства для многих.Есть группа вокалистов, которые утверждают, что страдают от состояния, называемого электромагнитной гиперчувствительностью (EHS или ES), симптомы которого включают в себя все, от усталости и нарушения сна до общих болей и кожных заболеваний. Многие по-прежнему зацикливаются на идее, что наши офисы и дома, в которых становится все больше и больше беспроводных сетей, могут увеличить риск рака. Такие рассказы распространены и по понятным причинам вызывают беспокойство. Но стоит ли нам беспокоиться?

Чтобы ответить на этот вопрос, важно прояснить несколько потенциальных источников путаницы.Сама по себе радиация — это термин, который неправильно понимают, часто вызывающий тревожные ассоциации с радиоактивностью в общественном сознании. Но радиация просто относится к передаче энергии через среду. В контексте ЭМИ это означает лучистую энергию, выделяемую электромагнитным процессом. Эта энергия движется со скоростью света, которая определяется длиной волны и частотой. Электромагнитный спектр — это диапазон всех возможных частот ЭМИ, где энергия пропорциональна частоте.Хотя мы видим только крошечную часть спектра в виде видимого света, мы можем думать о нем как о диапазоне световых частиц (фотонов) с разными энергиями. Некоторые из них даже обладают достаточной энергией, чтобы выбрасывать электроны из атома или разрушать химические связи, что делает их способными вызывать повреждение ДНК. Это называется ионизирующим излучением, и этот ионизирующий потенциал используется, когда рентгеновские лучи используются для уничтожения опухолевых клеток в лучевой терапии.

Этот факт может беспокоить людей — если свет можно использовать для уничтожения клеток, может ли наше интенсивное использование беспроводной связи вызвать такого рода повреждение ДНК и, в конечном итоге, привести к раку? Это разумный вопрос, но мы должны помнить о том, насколько невероятно обширен электромагнитный спектр на самом деле.Современные коммуникации, от наших сетей Wi-Fi до телефонов, прочно укоренились в микроволновом диапазоне с частотами от 300 МГц до 300 ГГц. В схеме электромагнитного спектра эти фотоны имеют относительно низкую частоту и малую энергию. Чтобы представить это в перспективе, даже видимый свет с наименьшей энергией (длина волны ~ 700 нм) по-прежнему несет примерно в 1430 раз больше энергии, чем самый энергичный микроволновый фотон (длина волны 0,1 см). Микроволновое излучение, бесспорно, неионизирует и полностью не способно повредить ДНК.

Несмотря на свою низкую энергию, микроволны чрезвычайно эффективны при нагревании определенных веществ с помощью процесса, известного как диэлектрический нагрев. Некоторые молекулы, такие как вода, имеют области частичного положительного и отрицательного заряда, которые в присутствии электрического поля вращаются, выравниваясь в направлении поля. Бытовые микроволновые печи излучают фотоны с частотой примерно 2,45 ГГц, что означает, что их электрическое поле меняет полярность 2,45 миллиарда раз в секунду, заставляя эти полярные молекулы быстро сталкиваться друг с другом, когда они пытаются выровняться с быстро меняющимся полем.Трение от этих быстрых столкновений преобразуется в тепло, и именно поэтому микроволны так эффективны при приготовлении наших продуктов, в основном на водной основе. К сожалению, здесь часто возникает путаница; Множество блогов и сомнительных веб-сайтов утверждают, что пища, приготовленная в микроволновой печи, вредна из-за воздействия радиации. Но это заблуждение: микроволны не радиоактивны и не «излучают» пищу — они просто используют вибрационную энергию для ее нагрева.

Другие сомнительные рассуждения основаны на ошибочной экстраполяции: если микроволновые печи могут готовить мясо, значит, наши Wi-Fi-маршрутизаторы и сотовые телефоны готовят и нас.Но хотя тепловые эффекты, безусловно, возможны с помощью микроволнового излучения, выходная мощность нашей технологии связи на много порядков ниже, чем у духовок, а выходная мощность типичных домашних маршрутизаторов составляет менее 100 мВт. Вдобавок ко всему, печи сконструированы так, чтобы концентрировать мощное микроволновое излучение с использованием специально разработанных волноводов, магнетронов и отражающих камер, что не встречается и нежелательно в нашей традиционной технологии связи. Также важно отметить, что интенсивность источника электромагнитного излучения приблизительно сферической формы имеет обратную квадратичную зависимость от расстояния.Например, напряженность поля в метре от источника электромагнитного излучения будет в 4 раза больше, чем в 2 метрах от источника, и в 9 раз больше, чем при измерении, выполненном в 3 метрах от источника. На практике это означает, что мощность источника электромагнитного излучения значительно уменьшается даже на небольших расстояниях.

Конечно, наши сотовые телефоны по определению очень близко соприкасаются с нашими головами, поэтому важно избегать теплового воздействия. Тепловая энергия, поглощаемая тканями, подвергающимися воздействию электромагнитного поля, определяется удельной скоростью поглощения (SAR).В Европейском союзе максимальное воздействие электромагнитных полей жестко регулируется и составляет не более 2 Вт на килограмм, усредненных по объему 10 г, получающему наиболее прямой нагрев, чтобы избежать тепловых эффектов. Важно отметить, что диэлектрический нагрев только увеличивает температуру ткани и сам по себе не вызывает повреждения связей ДНК, поэтому SAR не следует рассматривать как показатель риска рака. На сегодняшний день нет никаких доказательств того, что использование мобильных телефонов увеличивает риск рака — Всемирная организация здравоохранения заявляет, что «не установлено, что использование мобильных телефонов вызывает неблагоприятные последствия для здоровья».Даже долгосрочные исследования работников радаров не показывают признаков увеличения заболеваемости раком в течение всей жизни, несмотря на их исключительно высокие уровни воздействия микроволнового излучения.

Даже в этом случае, учитывая огромный рост использования телефонов за последние два десятилетия, прагматично внимательно следить за возникающими тенденциями. Исследование INTERPHONE, проведенное в 13 странах, пришло к выводу, что очевидной причинно-следственной связи между использованием телефона и частотой распространенных опухолей головного мозга, таких как глиобластома и менингиома, не было. Кривая «доза-ответ» не выявила никаких очевидных признаков корреляции: в некоторых случаях даже наблюдалось снижение риска, за исключением, возможно, самых активных потребителей, когда предвзятость в данных не позволяла установить какую-либо прочную взаимосвязь.

Точно так же датское когортное исследование не выявило какой-либо очевидной связи между использованием телефона и частотой опухолей. Использование сотовых телефонов в Америке увеличилось с почти нулевого показателя в 1992 году до практически 100% к 2008 году, однако исследования, проведенные до сих пор, показали, что уровень глиомы не увеличился. Этот результат был воспроизведен во многих других исследованиях, и, хотя постоянный мониторинг заслуживает похвалы, имеющиеся на сегодняшний день данные определенно не подтверждают гипотезу о том, что использование сотового телефона приводит к увеличению риска рака.

Но опасения по поводу рака — это только один аспект — утверждения об аллергических реакциях на EMR — обычное дело, излагаемое на веб-сайтах сомнительными гуру здоровья. Такова степень веры в EHS, что существует множество специализированных групп поддержки и неизбежные судебные иски. В Санта-Фе группы активистов пытались запретить общедоступные точки доступа Wi-Fi. В 2014 году семья из Массачусетса подала в суд на школу своего сына, утверждая, что от Wi-Fi ему стало плохо. В 2015 году французский суд постановил, что лицо, страдающее EHS, должно получать пособие по инвалидности.Люди, страдающие EHS, в США даже мигрировали в районы, где сигналы Wi-Fi ограничены в целях исследований и соображений национальной безопасности. В особенно трагическом случае родители 15-летней Дженни Фрай утверждают, что EHS стояла за ее самоубийством в прошлом году, и проводят кампанию за удаление Wi-Fi в школах Великобритании.

И все же, несмотря на искренность этих убеждений и дискомфорт, испытываемый больными, неизбежная реальность такова, что нет никаких доказательств, подтверждающих их позицию. В провокационных испытаниях пострадавшие не смогли определить, когда присутствуют источники ЭМИ.Субъекты также сообщали о негативных эффектах даже при воздействии поддельных электромагнитных источников. Эти результаты были воспроизведены в ряде исследований, что убедительно свидетельствует о том, что заболевание, которое страдают от болезни, является скорее психологическим, чем физическим, и что для некоторых убеждение, что у человека аллергия на электромагнитное излучение, достаточно, чтобы вызвать неприятную психосоматическую реакцию.

Те, кто борется с EHS, оказываются жертвами не электромагнитного недуга, а скорее психологической причуды, известной как реакция ноцебо.Более знакомый эффект плацебо — это наблюдение, что люди, принимающие неактивное лечение, склонны оценивать свое улучшение как улучшающееся при условии, что они не подозревают, что лечение инертно. Менее известно обратное дополнение к этому: эффект ноцебо. В таких случаях, если субъекты действительно считают что-то вредным, они, как правило, сообщают о негативной реакции, когда сталкиваются с этим. Субъекты, находящиеся под влиянием эффекта ноцебо, даже сообщают об этих реакциях, когда источник является фиктивным. Резюме ВОЗ, хотя и сочувственное, недвусмысленно однозначно: «Симптомы, безусловно, реальны и могут сильно различаться по степени тяжести.Какой бы ни была причина, EHS может стать причиной инвалидности для пострадавшего. EHS не имеет четких диагностических критериев и нет научных оснований для связи симптомов EHS с воздействием ЭМИ ».

Хотя может возникнуть соблазн отвергнуть EHS как фиктивную болезнь, важно признать, что больные испытывают очень реальный дискомфорт. Тот факт, что их болезнь, по-видимому, имеет психосоматическое, а не физиологическое происхождение, не делает ее менее реальной для страдающих, даже если они ошибаются относительно причины своих бед.Ужасающая сложность этого была недавно чутко изображена в «Лучше звоните Саулу», где брат главного героя серьезно страдает EHS, но по-прежнему убежден, что его болезнь носит физический, а не психосоматический характер, даже когда сталкивается с доказательствами обратного. Тот факт, что больным EHS может быть больше психологического вмешательства, чем физическим, не умаляет их очевидной боли.

Как всегда, нам нужно быть осторожными и руководствоваться лучшими доказательствами, а не паникой.Большинство ЭМИ невидимы и неизбежны, и опасения по поводу того, что мы не можем видеть, полностью понятны. Но если мы хотим принимать обоснованные решения в отношении здоровья и технологий, неуместный страх перед неизвестным или догматические убеждения просто не заменят доказательства и понимание.

• Заголовок этого материала был изменен 18 февраля для более точного отражения статьи.

LearnEMC — Введение в электромагнитное излучение

Излучаемая связь возникает, когда электромагнитная энергия излучается от источника, распространяется в дальнее поле и индуцирует напряжения и токи в другой цепи.В отличие от связи с общим сопротивлением, кондуктивный путь не требуется. В отличие от связи электрического и магнитного полей, цепь жертвы не находится в электромагнитном ближнем поле источника. Излучаемая связь — единственный возможный механизм связи, когда цепи источника и жертвы (включая все подключенные проводники) разделены множеством длин волн.

Из четырех возможных механизмов связи, , радиационная связь , кажется, привлекает наибольшее внимание. Идея о том, что токи, протекающие в одной цепи, могут индуцировать токи в другой цепи, которая находится через комнату или даже на много миль от нас, захватывает большинство из нас.Трактат Максвелла по электромагнетизму постулировал существование электромагнитных волн еще в 1864 году. Он смог вычислить скорость распространения этих волн и описать отражение и дифракцию волн. Однако прошло 25 лет, прежде чем кто-либо смог подтвердить существование электромагнитных волн. Практические передатчики и приемники не были разработаны до начала 20 ^-го века. Люди считали электромагнитное излучение чем-то почти волшебным.Теорию было трудно понять, а оборудование, необходимое для передачи и приема сигналов, было довольно сложным.

Сегодня мы воспринимаем беспроводную связь как должное. Это больше не считается волшебным, но теория все еще сложна, а оборудование, используемое для отправки и приема сигналов, по-прежнему является одним из самых сложных в наше время. Это заставляет многих инженеров полагать, что электромагнитное излучение сложно создать и его трудно обнаружить. Однако практически все цепи излучают и улавливают заметные количества окружающих электромагнитных полей.Нет необходимости присоединять антенну к цепи, чтобы она излучала, структура и расположение большинства высокочастотных цепей позволяет им действовать как собственные антенны или подключаться к близлежащим объектам, которые действуют как эффективные антенны.

Более трудной задачей для разработчиков большинства электронных продуктов является создание схем, которые не производят слишком много электромагнитного излучения. Чтобы понять, как и почему схемы демонстрируют непреднамеренное электромагнитное излучение, полезно рассмотреть несколько общих концепций, связанных с электромагнитным излучением и теорией антенн.

Поля, создаваемые переменным во времени током

Рассмотрим короткую токовую нить, показанную на рисунке 1. Ток с амплитудой I и угловой частотой ω простирается от −Δz2

, где член e-jβr представляет собой задержку между моментом изменения тока в исходной точке и моментом, когда это изменение может быть обнаружено в точке, находящейся на расстоянии –.составная часть.

Хотя эти выражения довольно сложны, мы можем оценить более важные аспекты этих распределений поля, рассмотрев два отдельных случая: βr << 1 и βr >> 1. Фазовая постоянная, β , обратно пропорциональна к длине волны β = 2πλ. Следовательно, величина βr является мерой того, насколько далеко мы находимся от источника относительно длины волны

.

βr = 2πrλ. (4)

Если мы находимся близко к источнику относительно длины волны, то βr << 1 и полевые члены с ( βr ) ³ в знаменателе преобладают.Эта область обозначается как ближнее поле источника. В ближнем поле токовой нити преобладает электрическое поле.

Когда мы находимся далеко от источника, βr >> 1, члены с ( βr ) в знаменателе преобладают..(6)

Обратите внимание, что в дальней зоне, E и H перпендикулярны друг другу и направлению распространения, r . Поля синфазны, а отношение их амплитуд составляет

| Эфар поле Hfar поле | = η0 (7)

во всех точках космоса. Это характеристики плоской электромагнитной волны. Вдали от источника, где фронт сферической волны велик по сравнению с размером наблюдателя, излучаемое поле по существу представляет собой однородную плоскую волну.

Вопрос-тест

Если излучаемая напряженность электрического поля в 3 метрах от небольшого источника составляет 40 дБ (мкВ / м), какова напряженность поля в 10 метрах от того же источника в свободном пространстве?

1. 40 дБ (мкВ / м)
2. 30 дБ (мкВ / м)
3. 20 дБ (мкВ / м)

Чтобы ответить на поставленный выше вопрос, отметим, что в дальней зоне источника излучения напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию.Следовательно, увеличение расстояния в 3,3 раза снизит напряженность поля в 3,3 раза. Это примерно уменьшение напряженности поля на 10 дБ, поэтому правильная характеристика будет 30 дБ (мкВ / м).

Поля, создаваемые малой токовой петлей

Рассмотрим небольшой контур тока, показанный на рисунке 2. Этот контур тока можно смоделировать как 4 нити тока, ориентированные в форме квадрата. Допустим, что амплитуда тока будет I ₀ , а угловая частота — ω , как в предыдущем примере.Используя принцип суперпозиции, мы можем сложить электрические поля от каждой токовой нити, чтобы вычислить поля, создаваемые петлей. Это простой (хотя и несколько утомительный) процесс, описанный во многих текстах по антеннам. Однако для наших целей результат более интересен, чем вывод, поэтому здесь представлены только результаты.

Рисунок 2. Малая токовая петля.

В свободном пространстве напряженность электрического поля, создаваемого небольшой петлей тока, определяется выражением,

E = IΔsη0β34πe − jβr [−1βr + j (βr) 2] sinθ φ ^ (8)

, где Δs — площадь петли.. (11)

Снова отметим, что в дальней зоне E и H перпендикулярны друг другу и направлению распространения, r . Поля синфазны друг с другом, а отношение их амплитуд составляет η ₀ .

Поля, произведенные электрически малыми схемами

Теперь давайте применим то, что мы знаем об излучении токовых нитей и токовых петель, для оценки излучения электрически малой цепи.Мы начнем с рассмотрения простой схемы, показанной на рисунке 3. Эта схема имеет идеальный источник напряжения и резистор, соединенные проводом, образующим петлю с размерами Δh и Δl . Мы предположим, что и Δh , и Δl намного меньше длины волны в свободном пространстве, λ.

Рисунок 3. Простая схема.

Если сопротивление резистора очень маленькое, можно ожидать, что эта схема будет излучать так же, как токовая петля.| ≈ | Δsη0β24πrVZLOOP sinθ |. (13)

Поскольку нас обычно интересует максимальное излучаемое поле, независимо от ориентации, мы можем заменить член sin θ его максимальным значением 1, в результате чего получится

| E | max≈ | Δsη0β24πr (VZLOOP) | для небольшой цепи с низким сопротивлением. (14)

Рисунок 4. Простая высокоомная схема.

Если R имеет высокий импеданс, схема не похожа на токовую петлю. Однако для очень больших значений R мы можем смоделировать схему в виде трех токовых нитей, как показано на рисунке 4.Излучение от двух нитей горизонтального тока, соединяющих источник с резистором, относительно невелико, поскольку токи на этих нитях равны и противоположны. Однако в вертикальном участке цепи со стороны источника протекает небольшой ток. Величину тока, протекающего в вертикальной части цепи, можно оценить, рассматривая горизонтальные нити как небольшой отрезок параллельной проводной линии передачи. Поскольку значение R очень велико, полное сопротивление на исходном конце этой линии передачи приблизительно равно входному сопротивлению линии передачи с разомкнутой цепью,

Zin≈Z0cotβl≈Z0βl.. (17)

Мы упростим это выражение, отметив, что Δh • Δl = Δs и что характеристическое сопротивление параллельной линии передачи, Z ₀ , обычно составляет несколько сотен Ом, что примерно равно . η ₀ . Мы также возьмем максимальное значение величины этого выражения, как мы это сделали для схемы с низким импедансом, в результате получим следующую простую оценку максимального излучаемого поля от цепи с высоким импедансом,

| E | max≈VΔsβ24πr для небольших цепей с высоким импедансом.(18)

Обратите внимание на сходство между выражением для цепей с высоким импедансом (18) и выражением для цепей с низким импедансом (14). Оба значения пропорциональны напряжению источника и площади контура. Оба значения пропорциональны квадрату частоты и обратно пропорциональны расстоянию от источника. Единственное различие между этими двумя выражениями состоит в том, что выражение схемы с низким импедансом имеет дополнительный член η ₀ / Z _LOOP . Это предлагает практический метод различения цепи с высоким импедансом и цепью с низким импедансом, и мы можем оценить максимальную излучаемую напряженность электрического поля от любой электрически малой цепи, используя следующее выражение:

| E | max≈ {VΔsβ24πr ZLOOP> η0VΔsβ24πr (η0ZLOOP) ZLOOP <η0}.(19)

Пример 1: Оценка излучаемого поля от электрически малой цепи

Рассчитайте максимальное излучаемое поле схемы, показанной на рисунке 5. Превышают ли излучение этой схемы ограничение FCC класса B?

Рисунок 5. Цепь на 500 Ом.

Сначала нам нужно определить, является ли схема электрически мала на интересующей частоте. На частоте 80 МГц длина волны в свободном пространстве равна 3.75 метров. Поскольку максимальный размер схемы намного меньше длины волны, мы можем использовать уравнение (19) для оценки максимального поля, излучаемого этой схемой.

Импеданс составляет 500 Ом, что больше внутреннего импеданса свободного пространства 377 Ом, поэтому мы используем верхнее уравнение в (19),

| E | max≈VΔsβ24πr≈ (1,8 В) (0,05 × 0,02 м) (2π3,75 м) 24π (3 м) ≈134 мкВ / м [или 42,5 дБ (мкВ / м)]. (20)

Предел FCC класса B на частоте 80 МГц составляет 100 мкВ / м или 40 дБ (мкВ / м), предполагая, что для этой схемы будет 2.На 5 дБ выше предела. Однако вычисленное выше поле находится в свободном пространстве, и тестирование FCC на электромагнитные помехи проводится в полубезэховой среде (над землей). Отражения от заземляющей поверхности могут быть синфазными или противофазными с излучением непосредственно от цепи. Поскольку мы вычисляем максимальное излучение (и поскольку FCC сканирует высоту антенны в поисках максимума), мы должны удвоить рассчитанную напряженность поля (т.е. добавить 6 дБ), чтобы учесть наличие заземляющего слоя.В этом случае наша оценка максимальных излучений от цепи над землей становится на 48,5 дБ (мкВ / м) или на 8,5 дБ выше предела, установленного FCC для класса B.

Как видно из приведенного выше примера, наличие заземляющего слоя усложняет расчет излучения. Если плоскость заземления бесконечна (или, по крайней мере, очень велика по сравнению с длиной волны), амплитуда излучаемого поля может быть в два раза больше ее значения без плоскости заземления.

А как насчет плоскостей на печатной плате или стенок металлического корпуса? У них такой же эффект? Вообще говоря, если плоскости намного больше длины волны и намного больше размеров источника, мы можем смоделировать плоскость, поместив изображение источника под плоскостью.

На рисунке 6 показаны некоторые простые конфигурации тока и их изображения в идеально проводящей плоскости. Токи изображения, текущие перпендикулярно плоскости, будут в том же направлении, что и токи источника. Токи изображения, текущие параллельно плоскости, идут в направлении, противоположном токам источника. Это говорит о том, что поля от источников тока, параллельных плоскости и вблизи нее, уменьшаются плоскостью, в то время как поля от источников тока, перпендикулярных плоскости, усиливаются плоскостью.

Рисунок 6. Источники тока и их изображения в проводящей плоскости.

Пример 2: Оценка излучаемого поля от небольшой цепи с низким сопротивлением

Предположим, что импеданс нагрузки в предыдущем примере был всего 50 Ом, и в схеме использовалась сплошная плоскость для пути возврата тока, как показано на рисунке 7. Далее мы предположим, что размеры заземляющей плоскости составляют 10 см x 10 см. Превышают ли выбросы в этой цепи предел FCC класса B?

Рисунок 7.Схема на 50 Ом.

Сопротивление нагрузки 50 Ом меньше внутреннего импеданса свободного пространства 377 Ом, поэтому мы используем нижнее уравнение в (19). Нам также необходимо определить, ограничивает ли индуктивность цепи ток.

Чтобы вычислить индуктивность полупетля над землей, мы можем заменить заземляющую плоскость изображением полупетля. В этом случае у нас есть виртуальная петля размером 5 см x 3 см, как показано на рисунке 8.

Рисунок 8.Проволочная полупетля и ее изображение.

Применяя наше уравнение для индуктивности прямоугольной проволочной петли, мы отмечаем, что индуктивность петли 5 см х 3 см составляет 114 нГн. Тогда индуктивность полупетля над плоскостью составляет половину этого значения или 57 нГн. Это соответствует реактивному сопротивлению контура 29 Ом на частоте 80 МГц.

Хотя мы можем применить теорию изображений для расчета индуктивности контура, мы не можем использовать теорию изображений для расчета излучения контура.Размеры заземляющего слоя малы по сравнению с длиной волны, и поэтому он больше похож на широкий проводник, чем на бесконечную плоскость. У нас нет выражения для излучения цепей с широкими проводниками, но если мы просто хотим получить приблизительную оценку, мы можем применить уравнение (19),

| E | max≈VΔsβ24πr (η0ZLOOP) ≈ (1,8 В) (0,05 × 0,015 м) (2π3,75 м) 24π (3 м) (377 | 50 + j29 |) ≈656 мкВ / м [или 56,3 дБ ( мкВ / м)]. (21)

Обратите внимание, что мы используем фактическую площадь контура схемы и не корректируем наши вычисления для учета плоскости схемы.Если мы добавим 6 дБ к этой оценке, чтобы учесть выполнение измерения в полубезэховой среде, мы оценим излучение примерно на 62 дБ (мкВ / м) или примерно на 22 дБ выше предела FCC класса B.

Входное сопротивление и радиационная стойкость

В общем случае, если изменяющееся во времени напряжение появляется между любыми двумя проводящими объектами в открытой среде, изменяющиеся во времени токи будут течь по этим проводникам, что приведет к излучению. Электрически небольшие схемы, описанные в предыдущем разделе, являются относительно неэффективными источниками электромагнитного излучения.Резонансные структуры большего размера могут создавать излучаемые поля, которые на много порядков сильнее, когда они возбуждаются одним и тем же напряжением источника.

Рисунок 9. Простая геометрия антенны.

Рассмотрим базовую структуру антенны, показанную на рисунке 9. Источник синусоидального напряжения, подключенный между двумя металлическими стержнями, снимает заряд с одного стержня и подталкивает его к другому стержню, когда напряжение является положительным. Спустя половину цикла полярность меняется на противоположную, и распределение заряда инвертируется.Движущийся заряд вызывает ток. Отношение напряжения к току через источник равно входному сопротивлению антенны, которая, как правило, имеет действительную и мнимую части,

Zin = VinIin = Rin + jXin. (22)

На низких частотах количество заряда, которое стержни могут удерживать при заданном напряжении, определяется взаимной емкостью между стержнями. В этом случае мнимая часть входного импеданса составляет

Xin≈12πfC (23)

где f — частота источника, а C — взаимная емкость.Если шины являются хорошими проводниками, Rin≈0 на низких частотах и ​​источник выдает очень небольшую реальную мощность.

Однако, когда частота увеличивается (и полоса выглядит длиннее относительно длины волны), несколько факторов объединяются, чтобы изменить входное сопротивление антенны:

• Индуктивность, связанная с токами, протекающими в стержнях (и соответствующими магнитными полями), начинает влиять на реактивную часть входного импеданса;
• Резистивные потери увеличиваются из-за скин-эффекта;
• Мощность теряется из-за излучения, которое вносит вклад в действительную часть входного импеданса.

Действительную часть входного импеданса удобно выразить как сумму двух членов,

Rin = Rrad + Rdiss (24)

, где R _рад — сопротивление излучения , антенны и R _dis — сопротивление потерь. Излучаемая мощность может быть рассчитана как

Prad = 12 | Iin | 2Rrad (25)

, а мощность, рассеиваемая в виде тепла, может быть рассчитана как,

Pdiss = 12 | Iin | 2Rdiss.(26)

Отношение излучаемой мощности к общей мощности, передаваемой конструкции, называется эффективностью излучения и может быть рассчитано с использованием следующего уравнения:

e = PradPrad + Pdiss = RradRrad + Rdiss. (27)

Пример 3: Радиационная эффективность электрически малой цепи

Рассчитайте эффективность излучения цепи 5 x 2 см 500 Ом, показанной на Рисунке 5.

Начнем с расчета рассеиваемой мощности. Если предположить, что мощность в основном рассеивается в нагрузочном резисторе (в отличие от проводов), рассеиваемая мощность просто равна

.

Pdiss = 12 | Iin | 2Rdiss≈12 | VinRdiss + jωL | 2Rdiss = 12 | 1.8500 | 2500 = 3,2 мВт. (28)

Чтобы оценить излучаемую мощность, отметим, что максимальная напряженность электрического поля на расстоянии 3 метров составляет 134 мкВ / м (как рассчитано в Примере 1). Максимальная плотность излучаемой мощности , таким образом, составляет

Prad = 12 | E | 2η0 = 12 | 134 × 10−6 | 2377 = 24 пВт / м2. (29)

Это максимальная плотность мощности, излучаемая в любом направлении, поэтому мы можем вычислить верхнюю границу излучаемой мощности, предположив, что эта плотность мощности излучается во всех направлениях, и суммируя по сфере с радиусом 3 метра,

Prad

Следовательно, эффективность излучения схемы равна

e <2,7 · 10−92,7 · 10−9 + 3,2 · 10−3 = 8,4 · 10−7 или 0,000084%. (31)

Обратите внимание, что входной импеданс антенной конструкции может зависеть от антенной среды, а также от размера и формы антенны. Например, сопротивление излучения и излучаемая мощность любой антенны упадут до нуля, если антенна работает в полностью экранированном резонансном корпусе.

Резонансный полуволновой диполь

Антенна, состоящая из двух простых проводников, управляемых друг относительно друга одним источником, называется дипольной антенной .Тонкопроволочная антенна, управляемая источником в ее центре, называется диполем с центральным приводом . Входное сопротивление диполя с центральным приводом показано на рисунке 10 как функция его электрической длины ( l / λ ).

Рис. 10. Входное сопротивление диполя с центральным приводом.

На очень низких частотах (где l << λ ) входной импеданс почти полностью реактивный и обратно пропорционален частоте Zin≈12πfC.Однако обратите внимание, что по мере увеличения длины (или частоты) величина отрицательного реактивного сопротивления становится меньше и в конечном итоге проходит через ноль, прежде чем станет положительной и продолжит увеличиваться.

Реактивное сопротивление равно нулю, когда общая длина провода немного меньше половины длины волны. Дипольная антенна такой длины имеет реальный входной импеданс примерно 70 Ом и называется полуволновым резонансным диполем .

Вопрос-тест

Рассчитайте мощность, излучаемую полуволновым резонансным диполем без потерь, управляемым 1.Источник 0 вольт.

Это очень простой расчет, так как входное сопротивление и сопротивление излучения составляют около 72 Ом. Правильное решение:

Prad = 12 | VRin | 2Rrad = 12 | 1.072 | 272 = 7 мВт. (32)

Чтобы найти максимальную напряженность излучаемого поля на расстоянии 3 метров от этой антенны, мы сначала определяем максимальную плотность излучаемой мощности,

Pradmax = Prad4πr2D0 = 7 × 10−34π (3) 2 (1,64) = 100 мкВт / м2. (33)

, где Prad4πr2 — средняя плотность мощности, а D ₀ = 1.64 — это направленность полуволновой дипольной антенны.

Затем можно рассчитать максимальное излучаемое электрическое поле, используя уравнение (29) в обратном направлении:

| Eradmax | = 2η0Prad = 2 (377) (100 × 10−6) = 280 мВ / м. (34)

Сравнивая это с напряженностью поля, излучаемой электрически малой схемой на Рисунке 5, мы можем понять, насколько важны размер и форма антенны. В этом случае, если мы предположим, что обе структуры работали на частоте 80 МГц, максимальный размер цепи составлял 5 см, а максимальный размер диполя — 187.5 см (половина длины волны на 80 МГц). Это коэффициент 37,5. Однако излучаемые излучения увеличились в 280 мВ / м 134 мкВ / м = 2000 или 66 дБ.

Пример 5: Эффективность излучения полуволнового диполя

Рассчитайте эффективность излучения полуволнового резонансного диполя с центральным приводом, изготовленного из медной проволоки с радиусом (r = 0,5 мм) на частоте 100 МГц.

Мощность, излучаемая резонансным полуволновым диполем, просто равна

.

Prad = 12 | I | 2 (72 Ом) = 36 | I | 2 (35)

где I — ток в источнике.Чтобы рассчитать рассеиваемую мощность, мы начнем с определения сопротивления на единицу длины медного провода на частоте 100 МГц.

R на единицу длины = 1 (2πa) δσ = π (100 × 106) (4π × 10−7) (5,7 × 107) 2π (5 × 10−4) (5,7 × 107) = 0,84 Ом / м. (36)

Полная мощность, рассеиваемая в полуволновом диполе, тогда равна

.

Pdissipated = (0,84) ∫ − λ4 + λ4 | I sin x | 2dx = 0,42 | I | 2. (37)

Следовательно, эффективность этого резонансного полуволнового диполя составляет

e = 36 | I | 236 | I | 2 + 0,42 | I | 2 = 0,988 или 98,8%.(38)

Сравните это с эффективностью небольшой схемы в Примере 3. Проволочные антенны с резонансной длиной имеют тенденцию быть очень эффективными по сравнению с электрически небольшими антеннами. Они легко могут быть на 4-6 порядков эффективнее.

Четвертьволновые монополи

Полуволновые диполи являются хорошими антеннами для многих приложений, но они имеют большие размеры на низких частотах и ​​могут не работать должным образом вблизи большой металлической поверхности. Четвертьволновый монополь — это просто половина полуволнового диполя, управляемого относительно большой металлической плоскости, как показано на рисунке 11.Нижнюю половину монополя можно смоделировать как изображение верхней половины. Поэтому излучающие свойства четвертьволнового монополя аналогичны свойствам полуволнового диполя. Входное сопротивление резонансного четвертьволнового монополя ровно вдвое меньше, чем у резонансного полуволнового диполя, или около 36 Ом.

Рисунок 11. Четвертьволновой монополь.

Кабели, проложенные относительно больших металлических корпусов, часто можно смоделировать как монопольные антенны.Поскольку резонансные монопольные антенны являются очень эффективными источниками излучения, важно обеспечить, чтобы напряжения между кабелями и корпусами поддерживались на очень малых значениях на частотах, которые могут быть близки к резонансам кабеля.

Вопрос-тест

Примерно на какой частоте 25-сантиметровый провод, прикрепленный к большой металлической конструкции, выглядит как четвертьволновая монопольная антенна?

Точный ответ зависит от ориентации провода, его поперечного сечения, размера и формы конструкции и других факторов.Однако 25 см — это четверть длины волны на частоте 300 МГц. Кабель может резонировать и стать эффективной антенной вблизи этой частоты.

Диполи смещены от центра

Когда проволочная антенна смещена относительно центра, она все равно будет демонстрировать резонанс около частоты, на которой она составляет половину длины волны. Однако сопротивление излучения в резонансе будет функцией местоположения источника. На рисунке 12 показано радиационное сопротивление резонансного полуволнового диполя в зависимости от местоположения источника.Обратите внимание, что сопротивление быстро увеличивается по мере удаления источника от центра. Источник напряжения, расположенный рядом с концом провода, не может эффективно подавать мощность на антенну даже при резонансе.

Рис. 12. Радиационное сопротивление резонансного полуволнового диполя в зависимости от положения источника.

Характеристики эффективных и неэффективных антенн

Большинство непреднамеренных источников излучения, с которыми сталкивается инженер по электромагнитной совместимости, можно смоделировать как простые дипольные антенны.Для эффективного излучения этих антенн необходимо выполнить три основных условия:

1. Антенна должна состоять из двух частей;
2. : обе части не должны быть электрически маленькими;
3. что-то должно индуцировать напряжение между двумя частями.

Первое условие важно помнить при попытке отследить источник проблемы радиации. Неверно сказать, что конкретный провод или конкретный кусок металла — это антенна .Одиночный проводник не будет эффективной антенной, если он не подключен к чему-то другому. «Что-то еще» — не менее важная часть антенны. После определения варианты сокращения излучаемых выбросов обычно становятся более ясными.

Обнаружение двух частей эффективной антенны становится намного проще, если мы распознаем второе условие. Например, если мы ищем «антенну», отвечающую за излучаемые излучения на частоте 50 МГц (λ = 6 метров), то мы ищем 2 проводящих объекта длиной порядка метра.Вряд ли эти детали антенны расположены на печатной плате. Большинство продуктов настольного размера могут эффективно излучать на низких частотах, только проложив один кабель относительно другого. На частотах ниже нескольких сотен МГц количество возможных частей антенны ограничено и часто становится очевидным без детального изучения всей конструкции.

Третье условие выше предлагает метод контроля излучаемых выбросов. После определения возможных частей антенны устройство не будет генерировать значительных излучаемых излучений, если напряжение между этими частями будет оставаться низким.Лучше всего это сделать, расположив эти части рядом друг с другом и убедившись, что между ними нет высокочастотных цепей. Соединение их электрически вместе с помощью хорошего высокочастотного соединения дополнительно гарантирует, что у них будет одинаковый потенциал.

Вопрос-тест

Для каждой пары антенн, показанной на рисунке 13, какая антенна в паре излучает больше всего?

Рисунок 13. Конфигурации антенны.

Ключ к ответу на этот вопрос — изучить каждую антенну и определить две части антенны, которые приводятся в действие указанным источником напряжения.Поскольку по крайней мере одна часть каждой антенны электрически мала, это самая маленькая часть, которая ограничивает общую эффективность антенны.

На Рисунке 13 (a) короткий верхний провод на антенне справа является наиболее ограничивающим; поэтому антенна слева более эффективна. На рисунке 13 (b) к каждой из антенн на рисунке 13 (a) добавлен дополнительный кусок провода. Короткий верхний провод на антенне справа снова является наиболее ограничивающим, поэтому антенна слева еще более эффективна.Обратите внимание, что добавление к более короткой половине электрически маленькой антенны оказывает гораздо большее влияние на эффективность антенны, чем добавление к большей половине.

Слотовые антенны

Щелевые антенны — еще один потенциально эффективный тип антенны, с которым должны быть знакомы инженеры EMC. Как показано на рисунке 14, щелевая антенна образована длинным тонким отверстием в проводящей поверхности. Распределение электрического поля, возникающее в прорези (например, из-за поверхностного тока, который нарушается прорезью), создает излучаемое поле так же, как и распределение тока по проводу.Фактически, щелевые антенны обычно анализируются путем замены распределения электрического поля эквивалентным (но фиктивным) магнитным током и решения полей, излучаемых этими магнитными токами. Поля, излучаемые резонансной полуволновой щелью, имеют ту же форму (с обратной ролью E и H ), что и поля резонансного полуволнового диполя. Подобно проволочным антеннам, электрически маленькие щели неэффективны, тогда как щели, приближающиеся к половине длины волны, могут быть очень эффективными.

Рисунок 14. Щелевая антенна.

Приемные антенны

Вообще говоря, из тех же структур, которые делают хорошие излучающие антенны, также получаются хорошие приемные антенны. По этой причине многие из тех же методов, которые используются для выявления или предотвращения проблем излучаемого излучения, могут быть применены к проблемам восприимчивости к излучаемым излучениям. Однако, в отличие от излучения, где импеданс источника почти всегда низок по сравнению с входным сопротивлением антенны, устройства, которые демонстрируют проблемы с восприимчивостью, часто имеют входы с высоким импедансом.Из-за этого не всегда верно, что более высокие входные сопротивления антенны соответствуют худшим характеристикам антенны.

Мощность, принимаемая устройством, подключенным к дипольной антенне, можно рассчитать по следующей формуле:

Prec = PrecAe (1− | Γ | 2). (39)

где

Prec = 12 | Erec | 2η — плотность мощности падающей волны,

Ae = λ24πD0 — эффективная апертура антенны,

(1− | Γ | 2) — коэффициент, учитывающий рассогласование импеданса между антенной и приемником, а

Γ = Zreceiver − ZantennaZreceiver + Zantenna — коэффициент отражения напряжения на приемнике.

Однако эту формулу трудно применить во многих ситуациях, поскольку она требует значительной информации как об антенне, так и о приемнике. Если приближенное решение по порядку величины достаточно хорошее, удобно оценить максимальное падение напряжения на входе с более высоким импедансом как:

Vrec≈ | Einc | lant. (40)

, где l _ant — длина дипольной антенны или одна половина длины волны, в зависимости от того, что больше.

Пример 6: Оценка максимального напряжения, связанного с полуволновой дипольной антенной

Сравните фактическое максимальное напряжение, подаваемое на приемник на 500 Ом от полуволнового диполя, с оценкой в ​​уравнении (40).

Если мы предположим, что приемник расположен в той точке на диполе, где его импеданс согласован с сопротивлением излучения, выражение для принимаемой мощности будет иметь вид

Prec = 12 | Einc | 2η0 (λ24πD0) = 12 | Einc | 2377 (λ24π) (1,64) = 1,7 × 10−4λ2 | Einc | 2 W. (41)

Полученное напряжение,

Vrec = 2RinPrec = 2 (500) (1,7 × 10−4) λ | Einc | = 0,4λ | Einc |. (42)

Мы можем сравнить это с оценочной стоимостью,

Vrec = 0,5λ | Einc | (43)

и обратите внимание, что в этом случае оценка была точной с точностью до 2 дБ.

Пример 7: Оценка максимального напряжения, связанного с электрически короткой дипольной антенной

Сравните фактическое максимальное напряжение, подаваемое на согласованный приемник от электрически короткого диполя, с оценкой в ​​уравнении (40).

Сопротивление излучения электрически короткой дипольной антенны составляет приблизительно

Rrad≈20π2 (lλ) 2. (44)

Направленность, D ₀ , составляет 1,5. Полученную мощность легко рассчитать как:

Prec = 12 | Einc | 2η0 (λ24πD0) = 12 | Einc | 2377 (λ24π) (1.5) = 1,6 × 10−4λ2 | Einc | 2 Вт. (45)

Таким образом, полученное напряжение равно

.

Vrec = 2RinPrec = 2 (20π2) (lλ) 2 (1,6 × 10−4) λ | Einc | ≈0,25l | Einc |. (46)

Мы можем сравнить это с оценочной стоимостью,

Vrec = l | Einc |. (47)

В этом случае напряжение завышено в 4 раза (12 дБ).

Электромагнитное излучение Определение и примеры

Определение
существительное
Излучение, которое состоит из связанных взаимодействующих волн электрического и магнитного поля, движущихся со скоростью света

Приложение

В физике излучение относится к излучению энергии в форме волн, проходящих через пространство, и это может быть в форме электромагнитного излучения, излучения частиц, акустического излучения и гравитационного излучения.Электромагнитное излучение — это излучение в форме электромагнитных волн. Расстояние между последовательными гребнями называется длиной волны. Электромагнитный спектр относится ко всему диапазону длин волн электромагнитного излучения. Он включает гамма-лучи, рентгеновские лучи, УФ, видимый свет, инфракрасный свет, микроволны и радиоволны. Гамма-лучи имеют самую короткую длину волны (менее нанометра), а радиоволны — самую длинную (более километра). Длина волны обратно пропорциональна количеству энергии.Это означает, что чем короче длина волны, тем больше количество энергии. Не все электромагнитное излучение Солнца достигает поверхности Земли. Атмосфера служит фильтром, препятствующим прохождению значительной части солнечной радиации. Однако видимый свет может достигать поверхности Земли. Это наиболее важная форма, поскольку она важна для фотосинтеза и отвечает за зрение. Тем не менее, другие формы электромагнитного излучения, которые обычно не могут достичь поверхности Земли, стали доступны людям с помощью современных технологий.Однако воздействие этих электромагнитных энергий имеет биологические последствия. (Ссылка 1)

Аббревиатура / Акроним:

См. Также:

Ссылки:

1. Информационный бюллетень по электромагнитному излучению: взгляд на здоровье. (2019, 8 октября). Институт Строительной Биологии. https://buildingbiologyinstitute.org/free-fact-sheets/electromagnetic-radiation/

Последнее обновление 1 марта 2021 г.

7.2 Электромагнитное излучение | GEOG 160: Отображение нашего меняющегося мира

Большинство инструментов дистанционного зондирования измеряют одно и то же: электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение — это форма энергии, излучаемой всем веществом при температуре выше абсолютного нуля (0 Кельвина или -273 ° Цельсия). Рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, видимый свет, инфракрасный свет, тепло, микроволны, радио- и телевизионные волны — все это примеры электромагнитной энергии.

Рисунок 7.3. Электромагнитный спектр, показывающий сегменты спектра с соответствующими длинами волн (нм). Также обратите внимание на кривые эмиттанса для Солнца и Земли, представленные на графике. Используйте эту ссылку, чтобы получить доступ к увеличенной версии изображения.

На приведенном выше графике показано относительное количество электромагнитной энергии, излучаемой Солнцем и Землей в диапазоне длин волн, который называется электромагнитным спектром . Значения по горизонтальной оси графика варьируются от очень длинных волн (теле- и радиоволны) до очень коротких (космические лучи). Более горячие объекты, такие как солнце, излучают энергию на более коротких волнах. Примером этого являются кривые эмиттанса Солнца и Земли, показанные на рисунке 7.3.Солнце имеет максимум видимых длин волн , которые может видеть человеческий глаз, в то время как более длинные волны, которые излучает Земля, не видны невооруженным глазом. Воспринимая эти длины волн за пределами видимого спектра, дистанционное зондирование позволяет нам визуализировать паттерны, которые мы не смогли бы увидеть только в видимой области спектра.

Процесс дистанционного зондирования показан на Рисунке 7.4. Во время оптического дистанционного зондирования спутник получает электромагнитную энергию, которая (1) испускается Солнцем и (2) отражается от поверхности Земли.Затем эта информация (3) передается на принимающую станцию ​​в виде данных, которые преобразуются в изображение. Этот процесс измерения электромагнитной энергии усложняется атмосферой Земли. Поверхность суши Земли отражает около трех процентов всей поступающей солнечной радиации обратно в космос. Остальное либо отражается атмосферой, либо поглощается и переизлучается в виде инфракрасной энергии. Когда энергия проходит через атмосферу, она рассеивается и поглощается частицами и газами. Поглощение электромагнитной энергии привязано к определенным областям электромагнитного спектра.Области спектра, которые не сильно зависят от поглощения, называются атмосферными окнами . Эти атмосферные окна, показанные выше на рисунке 7.3, определяют, какие области электромагнитного спектра используются для целей дистанционного зондирования. Способность длины волны проходить через эти атмосферные окна называется коэффициентом пропускания . В следующем разделе мы обсудим, как можно использовать энергию, которую мы способны ощущать, для различения объектов.

Рисунок 7.4. Обобщенный процесс дистанционного зондирования. Солнечное излучение излучается Солнцем, проходит через атмосферу Земли, а затем отражается от объектов на поверхности Земли. Часть энергии улавливается датчиком.

Институт Даттона, штат Пенсильвания

7.2.1 Элементы визуальной интерпретации

Вы видели, как датчик фиксирует информацию об отражении электромагнитной энергии. Но что мы можем сделать с этой информацией после того, как она будет собрана? Возможностей много.Одна простая вещь, которую мы можем сделать со спутниковым снимком, — это интерпретировать его визуально. Этот метод анализа уходит корнями в эпоху ранней аэрофотосъемки и до сих пор используется для интерпретации изображений. Визуальная интерпретация спутниковых изображений основана на использовании элементов интерпретации изображений, набора из девяти визуальных подсказок, которые человек может использовать, чтобы сделать вывод о взаимосвязях между объектами и процессами на изображении.

Рисунок 7.5. Представление девяти элементов интерпретации изображения, предложенное Чарльзом Олсоном-младшим.(1960)

Кредит: (адаптировано из Estes 1983).

7.2.1.1 Размер

Размер объекта на изображении можно визуально различить, сравнив этот объект с другими объектами сцены, размер которых вам известен. Например, мы знаем относительный размер двухполосной автомагистрали, но, возможно, нам не знакомо здание рядом с ней. Мы можем использовать относительный размер шоссе и здания, чтобы оценить размер здания, а затем (имея оценку размера) использовать другие визуальные характеристики, чтобы определить, какой тип здания это может быть.Пример использования размера для различения двух объектов представлен на рисунке 7.6.

Рисунок 7.6. На этом изображении мы видим буйвола, однако, когда мы сравниваем его размер с соседними зданиями, мы быстро замечаем, что это не может быть живым буйволом, потому что он намного больше любого из этих зданий. На самом деле, этот памятник бизону находится в Джеймстауне, Северная Дакота.

Кредит: Bing Maps.

7.2.1.2 Форма

Не так много случаев, когда отдельный объект имеет отличную форму , и форму объекта нужно рассматривать в контексте сцены изображения.Есть несколько примеров, когда форма объекта все же выдает это. Классическим примером формы, используемой для обозначения здания, является Пентагон, пятистороннее здание на рисунке 7.7 ниже.

Рисунок 7.7. Пентагон легко узнать на этой городской сцене из-за его уникальной формы.

Кредит: Bing Maps.

7.2.1.3 Тон / цвет

В изображениях в градациях серого тон относится к изменению яркости изображения. Точно так же тон относится к изменению цвета цветного изображения.Позже в этой главе мы рассмотрим, как мы можем использовать эти различия для автоматического получения информации о сцене изображения. На рисунке 7.8 ниже вы можете видеть, что изменение тона изображения может помочь вам различать водные объекты и леса.

Рисунок 7.8. Использование цвета для различения водоемов (темно-синий), пустыни и зеленой растительности.

Кредит: Bing Maps.

7.2.1.4 Схема

Узор — это пространственное расположение объектов на изображении.Если вы когда-либо видели квадратные участки земли во время полета над Средним Западом или даже на аэрофотоснимках, вы, вероятно, использовали повторяющийся узор этих полей, чтобы определить, что участки земли являются сельскохозяйственными полями. Точно так же рисунок зданий в городе позволяет вам распознавать уличную сетку, как показано на рисунке 7.9 ниже.

Рисунок 7.9. Повторение зданий в Сиэтле создает узор, который упрощает идентификацию проезжей части на этом изображении.

Кредит: Bing Maps.

7.2.1.5 Тень

Наличие или отсутствие теней может предоставить информацию о наличии или отсутствии объектов в сцене изображения. Кроме того, тени можно использовать для определения высоты объектов на изображении. Тени также могут мешать интерпретации изображения, скрывая детали изображения, как показано на рисунке 7.10 ниже.

Рисунок 7.10. С помощью тени можно различать разные высоты плато на этом изображении Гранд-Каньона.Мы видим темные тени на высоком прямом рельефе и мягкие серые тени вдоль речных дендритов.

Кредит: Bing Maps.

7.2.1.6 Текстура

Термин текстура относится к воспринимаемой шероховатости или гладкости поверхности. Визуальное восприятие текстуры определяется изменением тона, например, лес обычно выглядит очень грубо и содержит широкий диапазон значений тона. Для сравнения, озеро, где почти нет ветра, выглядит очень гладким из-за отсутствия текстуры.Однако если поднять ветер, текстура того же самого водоема вскоре станет намного грубее, как мы можем видеть на рис. 7.11.

Рисунок 7.11. Текстура на этом рисунке, наряду с цветом, позволяет увидеть, что изображение представляет собой среду тундры. Гладкие темные водоемы контрастируют с грубой мерзлой текстурой земли.

Кредит: Bing Maps.

7.2.1.7 Ассоциация

Ассоциация относится к отношениям, которые мы ожидаем между объектами в сцене.Например, на изображении над скотным двором вы можете ожидать сарай, бункер и даже заборы. Кроме того, размещение фермы обычно скорее в сельской местности. Вы не ожидаете увидеть молочную ферму в центре Лос-Анджелеса. На рис. 7.12 показан пример, в котором ассоциация может использоваться для идентификации городского парка.

Рисунок 7.12. В этой сцене фермы в Вайоминге мы видим множество маленьких белых блоков на пастбище. Эти белые блоки можно определить как тюки сена по их наличию возле сараев.На другом изображении, таком как городская сцена, подобный белый блок может быть таблицами или другими объектами, относящимися к городской среде.

Кредит: Bing Maps.

7.2.1.8 Зона

Зона относится к топографическому или географическому положению. Контекст вокруг исследуемого объекта может помочь в его идентификации. Например, большая затонувшая яма во Флориде может быть легко идентифицирована как провал из-за растворения известняка. Однако похожие формы в десертах Аризоны, скорее всего, представляют собой ударные кратеры, образовавшиеся в результате метеоритов.

Рисунок 7.13. На этом изображении показан ледник Гринелл. Отмечая тот факт, что он находится в Национальном парке Глейшер, что вы можете видеть трещины и что он находится на склоне горы, мы можем определить, что снег на самом деле является ледником, а не просто обычным снегопадом.

Кредит: Bing Maps.

7.2.2 Спектральные характеристики отклика

Теперь вы увидели возможность визуальной интерпретации изображения. Далее вы узнаете больше о том, как использовать значения отражательной способности, собираемые датчиками, для дальнейшего анализа изображений.Различные объекты, составляющие поверхность, поглощают и отражают разное количество энергии на разных длинах волн. Величина энергии, которую объект отражает или излучает в диапазоне длин волн, называется его спектральной характеристикой .

Следующий график иллюстрирует картину спектрального отклика хвойных и лиственных деревьев. Хлорофилл зеленой растительности поглощает видимую энергию (особенно в синих и красных длинах волн) для использования во время фотосинтеза.Около половины входящего излучения в ближнем инфракрасном диапазоне отражается (характеристика здоровой, увлажненной растительности). Мы можем выделить несколько ключевых точек на кривой спектрального отклика, которые можно использовать для оценки растительности.

Обратите внимание, что образцы отражательной способности в пределах визуального диапазона почти идентичны. Однако на более длинных волнах, в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне, эти два типа гораздо легче различить. Как вы увидите позже, картографирование землепользования и земного покрова ранее выполнялось путем визуального изучения фотографических изображений.Мультиспектральные данные и обработка цифровых изображений позволяют частично автоматизировать картографирование земного покрова, что, в свою очередь, делает экономически эффективным автоматическое определение некоторых категорий землепользования и земельного покрова, что позволяет чаще наносить на карту более крупные земельные участки.

Рисунок 7.14. Этот спектральный образец отклика хвойного леса и лиственного леса иллюстрирует места вдоль электромагнитной кривой, где мы можем различать два типа леса.

Институт Даттона, штат Пенсильвания

Спектральные характеристики отклика иногда называют спектральными сигнатурами . Однако этот термин вводит в заблуждение, поскольку отражательная способность объекта зависит от его состояния, времени года и даже времени суток. Вместо тонких линий спектральные характеристики воды, почвы, травы и деревьев можно было бы лучше представить в виде широких полос, чтобы учесть эти вариации.

7.2.2.1 Спектральные индексы

Одним из преимуществ мультиспектральных данных является возможность получать новые данные путем вычисления разностей, соотношений или других величин на основе значений отражательной способности в двух или более диапазонах длин волн.Например, обнаружение подверженной стрессу растительности среди здоровой растительности может быть затруднено в любом одном диапазоне, особенно если различия в высоте или уклоне местности приводят к тому, что некоторые части сцены освещаются иначе, чем другие. Однако использование соотношения значений отражательной способности в видимой красной полосе и ближней инфракрасной полосе компенсирует вариации освещения сцены. Поскольку соотношение двух значений коэффициента отражения значительно ниже для растительности, подвергшейся стрессу, независимо от условий освещения, обнаружение проще и надежнее.

7.2.2.2 Нормализованный вегетационный индекс

Помимо простых соотношений, ученые, занимающиеся дистанционным зондированием, вывели другие математические формулы для получения новых полезных данных из мультиспектральных изображений. Один из наиболее широко используемых примеров — это Нормализованный разностный индекс растительности (NDVI). NDVI можно рассчитать для любого датчика, который содержит как красный, так и инфракрасный диапазон; Показатели NDVI рассчитываются попиксельно с использованием следующего алгоритма:

NDVI = (NIR — R) / (NIR + R)

R обозначает видимый красный диапазон, а NIR обозначает ближний инфракрасный диапазон.Хлорофилл зеленых растений сильно поглощает излучение в видимой красной полосе во время фотосинтеза. Напротив, структура листьев заставляет растения сильно отражать излучение в ближнем инфракрасном диапазоне. Показатели NDVI варьируются от -1,0 до 1,0. Пиксель, связанный с низкими значениями отражательной способности в видимом диапазоне и высокой отражательной способностью в ближнем инфракрасном диапазоне, даст оценку NDVI, близкую к 1,0, что указывает на наличие здоровой растительности. И наоборот, оценка пикселей NDVI, связанных с высокой отражательной способностью в видимом диапазоне и низкой отражательной способностью в ближнем инфракрасном диапазоне, приближается к -1.0, что означает облака, снег или воду. Показатели NDVI около 0 указывают на скальные породы и почву без растительности.

NDVI предоставляет полезную информацию, относящуюся к вопросам и решениям в географическом масштабе от местного до глобального. В местном масштабе виноградники Мондави в долине Напа, Калифорния, могут подтвердить полезность данных NDVI для мониторинга здоровья растений. В 1993 году виноградники пострадали от заражения филлоксерой, видом тлей, поражающей корни и невосприимчивой к пестицидам.Вредителя можно было победить, только удалив зараженные лозы и заменив их более устойчивыми корневищами. Виноградник заказал консалтинговой фирме для получения изображений с высоким разрешением (2-3 метра) в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне в течение последовательных вегетационных сезонов с использованием воздушного датчика. После георегистрации данных за два сезона сравнение оценок NDVI выявило области, в которых плотность виноградного покрова снизилась. Обнаружение изменений NDVI оказалось настолько плодотворным подходом, что виноградники приняли его для повседневного использования в рамках своей общей стратегии точного земледелия (Colucci, 1998).

Радиационные ресурсы за пределами EPA

EPA устанавливает защитные ограничения на ионизирующее излучение в окружающей среде, возникающее в результате использования человеком радиоактивных элементов, таких как уран. EPA не регулирует излучение в медицине или неионизирующее излучение, которое испускается электрическими устройствами, такими как сотовые телефоны и передатчики. По ссылкам ниже представлена ​​информация от агентств, ответственных за радиацию, связанную с электронными устройствами, атомными электростанциями, медициной и коммерческими продуктами.

На этой странице:

Электронные устройства

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) устанавливает стандарты для электронных устройств, излучающих неионизирующее или ионизирующее излучение. Для получения дополнительной информации см. Страницу FDA:

.

Сотовые телефоны

Федеральная комиссия по связи (FCC) устанавливает ограничения на воздействие электромагнитного излучения от сотовых телефонов и вышек. Для получения дополнительной информации см. Страницы FCC:

Интеллектуальные счетчики

Умные счетчики оснащены сотовым передатчиком, работающим с использованием электромагнитного излучения.FCC устанавливает пределы воздействия электромагнитного излучения, излучаемого интеллектуальными счетчиками. Для получения дополнительной информации см. Страницу FCC:

.

Линии электропередач

Линии электропередач излучают электрические и магнитные поля (ЭМП), которые являются формой неионизирующего излучения. В США нет федеральных стандартов, ограничивающих воздействие ЭМП от линий электропередачи в жилых или производственных помещениях. Для получения дополнительной информации см. Страницы следующих организаций:

Начало страницы

Использование радиации в медицинских целях

В некоторых медицинских процедурах используется ионизирующее излучение для диагностики или лечения заболеваний.Эти процедуры могут включать рентген, компьютерную томографию и лучевую терапию для лечения рака.

• FDA регулирует медицинские устройства и обеспечивает безопасность устройств во всех медицинских учреждениях. Для получения дополнительной информации см. Страницу FDA:
• Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) предоставляют информацию о медицинских процедурах с использованием радиации. Для получения дополнительной информации см. Страницу CDC:
• Комиссия по ядерному регулированию США (NRC) регулирует производство и использование радиоактивных материалов в ядерной медицине, лучевой терапии и исследованиях.Для получения дополнительной информации см. Страницы NRC:
• EPA играет косвенную роль в использовании излучения в медицине. EPA разрабатывает и выпускает общие рекомендации по радиации для других федеральных агентств в качестве справочного материала для разработки правил и положений по защите здоровья населения. Для получения дополнительной информации посетите нашу страницу:

Атомные электростанции

• Комиссия по ядерному регулированию (NRC) лицензирует и регулирует атомные электростанции. Для получения дополнительной информации см. Страницы NRC:
• Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (FEMA) наблюдает за планированием реагирования на радиологические аварийные ситуации для государственных и местных властей в случае аварии на атомной электростанции.Для получения дополнительной информации см .:
• EPA играет ограниченную роль в регулировании ядерной энергетики. Агентство по охране окружающей среды устанавливает ограничения на радиационное облучение населения при нормальной эксплуатации урановых топливных объектов. Для получения дополнительной информации посетите нашу страницу:

Импортные товары

Служба таможенного и пограничного контроля США (CBP) проверяет импортируемые товары на наличие вредных веществ. Для получения дополнительной информации см. Страницу CBP:

.

Электромагнитное излучение

Как было отмечено в предыдущем разделе, первое требование для дистанционного зондирования — наличие источника энергии для освещения цели (если только измеренная энергия не излучается целью).Эта энергия находится в форме электромагнитного излучения.

[Текстовая версия]

Все электромагнитное излучение имеет фундаментальные свойства и ведет себя предсказуемым образом в соответствии с основами теории волн. Электромагнитное излучение состоит из электрического поля (E), величина которого изменяется в направлении, перпендикулярном направлению распространения излучения, и магнитного поля (M), ориентированного под прямым углом к ​​электрическому полю. Оба эти поля движутся со скоростью света (c).

[Текстовая версия]

Две характеристики электромагнитного излучения особенно важны для понимания дистанционного зондирования. Это длина волны и частота.

[Текстовая версия]

Длина волны — это длина одного волнового цикла, которую можно измерить как расстояние между последовательными гребнями волн. Длина волны обычно обозначается греческой буквой лямбда (λ). Длина волны измеряется в метрах (м) или в нескольких метрах, например, нанометров, (нм, 10 ^-9 метров), микрометров, (мкм, 10 ^-6 метров) (мкм, 10 ^-6 ). метров) или сантиметров (см, 10 ^-2 метра).Частота относится к числу циклов волны, проходящей фиксированную точку за единицу времени. Частота обычно измеряется в герцах, (Гц), что эквивалентно одному циклу в секунду, и различным кратным герцам.

Длина волны и частота связаны следующей формулой:

[Текстовая версия]

Следовательно, они обратно связаны друг с другом. Чем короче длина волны, тем выше частота. Чем длиннее длина волны, тем ниже частота.Понимание характеристик электромагнитного излучения с точки зрения их длины волны и частоты имеет решающее значение для понимания информации, которая должна быть извлечена из данных дистанционного зондирования. Далее мы рассмотрим, как мы классифицируем электромагнитное излучение именно для этой цели.

«Я ушел, Бэтти!»

… что дистанционное зондирование в самом широком смысле включает в себя ультразвук, спутниковые карты погоды, радар скорости, градационные фотографии и гидролокатор — как для кораблей, так и для летучих мышей !.Больницы используют технологии визуализации, включая компьютерную томографию, магнитно-резонансную томографию (трехмерное изображение мягких тканей) и рентгеновские лучи для исследования нашего тела. Все это примеры ненавязчивых методов дистанционного зондирования.

… вы можете использовать осциллограф, специальное электронное устройство, которое отображает волны, похожие на волны электромагнитного излучения, которые вы здесь видели, чтобы посмотреть на длину волны и частотные характеристики вашего голоса. Высокие звуки имеют короткие длины волн и высокие частоты.Низкие звуки — наоборот. Ученые говорят, что сама Земля вибрирует с очень низкой частотой, издавая звук намного ниже диапазона человеческого слуха.

… что концепция длины волны и частоты является важным принципом, лежащим в основе того, что называется доплеровским сдвигом, который объясняет, как звуковые и световые волны воспринимаются как сжатые или расширенные, если объект, излучающий их, движется относительно датчика. По мере того, как поезд или гоночный автомобиль приближается к нам, наши уши, как правило, слышат все более низкие звуки или частоты (более короткие длины волн), пока он не достигнет нас: исходная частота объекта, когда он находится в поперечном направлении, а затем еще более низкие частоты, когда он удаляется.Тот же принцип (примененный к свету) используется астрономами, чтобы увидеть, как быстро звезды удаляются от нас (красное смещение).

Викторина

Первое требование для дистанционного зондирования — источник энергии, который может осветить цель. Каков очевидный источник электромагнитной энергии, о котором вы можете подумать? Какое «устройство дистанционного зондирования» вы лично используете для обнаружения этой энергии? Ответ …

Предположим, что скорость света равна 3×10 ⁸ м / с. Если частота электромагнитной волны составляет 500 000 ГГц (ГГц = гигагерц = 10 ⁹ м / с), какова длина волны этого излучения? Выразите свой ответ в микрометрах (мкм).Ответ …

Whiz quiz — Ответ

Ответ 1: Самый очевидный источник электромагнитной энергии и излучения — солнце. Солнце является исходным источником энергии для большей части дистанционного зондирования поверхности Земли. Устройство дистанционного зондирования, которое мы, люди, используем для обнаружения солнечного излучения, — это наши глаза. Да, их можно считать удаленными датчиками — и очень хорошими — поскольку они обнаруживают видимый свет солнца, что позволяет нам видеть. Есть и другие типы света, невидимые для нас…но об этом позже.

[Текстовая версия]

Ответ 2: Используя уравнение зависимости между длиной волны и частотой, давайте вычислим длину волны излучения с частотой 500 000 ГГц.

.