時(shí)間：2023-10-12 09:41:35
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電磁波輻射的條件，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
論文關(guān)鍵詞：電磁輻射；生物效應(yīng)；抗輻射鏡片；防護(hù)
論文摘要：日益增多的電磁輻射成為危害人體健康的環(huán)境污染之一。具有抗輻射功能的鏡片能有效阻止有害電磁波進(jìn)入人眼，從而減少視覺(jué)疲勞、預(yù)防視力下降，減小視力喪失的可能性，大大降低電磁輻射對(duì)人眼的傷害。
電磁輻射作為環(huán)境污染和職業(yè)危害的一種新形式，受到政府和社會(huì)各界的普遍關(guān)注。聯(lián)合國(guó)人類環(huán)境會(huì)議已將電磁輻射列為必須控制的公害之一。電磁輻射對(duì)生物體的致傷效應(yīng)，目前已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重大研究課題。眼睛作為人體最重要的感覺(jué)器官之一，容易受到電磁輻射的損傷。抗輻射鏡片能有效阻止有害電磁波進(jìn)入人眼，從而降低電磁輻射對(duì)人眼的傷害。
1 電磁輻射
在空間區(qū)域內(nèi)當(dāng)存在變化的電場(chǎng)時(shí)，會(huì)在臨近的區(qū)域引起隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生新的電場(chǎng)，交替變化的電磁場(chǎng)在空間中按照一定速度由遠(yuǎn)向近傳播，形成了電磁波。低頻的電磁振蕩主要借由有形的導(dǎo)電體傳遞，磁電之間的相互變化比較緩慢，幾乎沒(méi)有能量輻射出去，而是全部返回原電路。當(dāng)電磁振蕩頻率逐漸變高時(shí)，電磁振蕩既可以束縛在有形的導(dǎo)電體內(nèi)傳遞，也可以在自由空間內(nèi)傳遞。在自由空間內(nèi)傳遞的高頻率電磁振蕩，磁電互變速度加快，能量不再以電振蕩的形式全部返回原振蕩電路，電能、磁能隨著電場(chǎng)與磁場(chǎng)的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去，在不借助任何介質(zhì)的情況下以波的形式向外傳遞能量，這就是電磁輻射[1]。電磁輻射是傳遞能量的一種方式，電磁輻射所衍生的能量，取決于頻率的高低，頻率愈高，能量愈大。
電磁輻射廣泛存在于職業(yè)場(chǎng)所和生活環(huán)境中，生物體時(shí)時(shí)刻刻都會(huì)受到不同程度的電磁場(chǎng)輻照。自然環(huán)境中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別為10－4V/m和10－13T，而50hz高壓輸電線下的電場(chǎng)和磁場(chǎng)約為1～10KV/m和1－10μT，極端情況下可達(dá)到11KV/m和100μT；普通居民家中的本底電場(chǎng)約為1－10V/m，但電熱毯或加熱水床可達(dá)幾個(gè)kv/m[2]。電磁輻射的頻譜很寬，頻率范圍從0至1025 Hz，不同頻率的電磁輻射其生物學(xué)效應(yīng)不同。廣義的電磁輻射是指所有能輻射出能量的電磁波，狹義的電磁輻射指頻率小于300GHz的在生活環(huán)境中存在并且可能對(duì)生物體造成某種傷害的電磁波。抗輻射鏡片所指的輻射是針對(duì)于在一定時(shí)間或者一定強(qiáng)度下會(huì)對(duì)人眼產(chǎn)生暫時(shí)性、永久性或者累積性傷害的電磁輻射。
2 電磁輻射的生物效應(yīng)
電磁輻射使生物系統(tǒng)產(chǎn)生的與生命現(xiàn)象有關(guān)的響應(yīng)稱為電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)。影響電磁輻射生物學(xué)效應(yīng)的主要參數(shù)是頻率和強(qiáng)度，不同頻率和強(qiáng)度的電磁輻射產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)的方式不同，效應(yīng)也不同[3]。電磁輻射效應(yīng)按照效應(yīng)出現(xiàn)時(shí)間可以分為近期效應(yīng)和遠(yuǎn)期效應(yīng)。從電磁輻射的熱作用方式達(dá)到一定量值或者一定時(shí)間的生物學(xué)效應(yīng)可以分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用于人體后，對(duì)人體傷害尚未進(jìn)行自我修復(fù)之前，再次受到電磁輻射，其傷害程度就會(huì)發(fā)生累積，這種效應(yīng)稱為電磁輻射的累積效應(yīng)[4]。
世界衛(wèi)生組織在1998年的調(diào)查報(bào)告中指出，過(guò)量的電磁輻射可導(dǎo)致視力下降，嚴(yán)重者可導(dǎo)致視網(wǎng)膜脫落。長(zhǎng)期遭受低強(qiáng)度電磁輻射的作用，可促使視覺(jué)疲勞，眼睛不舒適和眼感干燥等現(xiàn)象發(fā)生。眼睛是人體中對(duì)電磁輻射比較敏感的器官之一，容易受到電磁輻射的損傷。眼部無(wú)脂肪層覆蓋，眼組織含有大量的水分，晶狀體缺少血管散熱，在受到電磁輻射熱效應(yīng)后，晶狀體蛋白質(zhì)凝固并產(chǎn)生酶代謝障礙，從而導(dǎo)致晶狀體混濁，嚴(yán)重的會(huì)形成白內(nèi)障[5]。同時(shí)強(qiáng)電磁輻射會(huì)使人眼的重要器官角膜受到傷害，從而造成視覺(jué)疲勞、視力下降或喪失。
3 抗輻射鏡片的原理
電磁波通過(guò)不同介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生折射、反射、繞射、散射及吸收等。為了有效的阻止有害電磁波進(jìn)入人眼，必須在鏡片中添加特定材料或者在鏡片表面進(jìn)行鍍膜，從而能夠?qū)⑻囟l段的電磁波通過(guò)折射、反射、吸收等方式屏蔽，同時(shí)要保證可見光能夠正常透過(guò)鏡片進(jìn)入人眼之中。由于鏡片折射率差異較大，選擇添加抗輻射材料很難保證鏡片穩(wěn)定的光學(xué)特性，因此選擇具有吸波特性的材料鍍膜至鏡片表面是實(shí)現(xiàn)鏡片抗輻射功能的重要形式。
應(yīng)用于鏡片鍍膜的材料必須在超薄厚度的前提下具有良好的吸波作用和透明導(dǎo)電的特性，對(duì)于可見光區(qū)具有非常優(yōu)良的透過(guò)率。能夠產(chǎn)生吸波作用的材料主要有羥基鐵、導(dǎo)電高聚物、多晶鐵纖維、金屬氧化物超細(xì)粉末等[6]。多數(shù)吸波材料的共同缺點(diǎn)就是不透明，無(wú)法應(yīng)用于鏡片鍍膜中。經(jīng)過(guò)細(xì)化的金屬氧化物吸收劑粒子的磁、電、光等物理性能發(fā)生了質(zhì)的變化，同時(shí)具有吸波、透波等功能。
抗輻射鏡片按其作用原理可以分為吸收型抗輻射鏡片和干涉型抗輻射鏡片。吸收型抗輻射鏡片是利用材料吸收入射的電磁波，并將電磁能轉(zhuǎn)變成熱能。干涉型抗輻射鏡片是利用電磁波在傳播過(guò)程中到達(dá)各膜層分界面以及膜層和鏡片基體分界面上會(huì)發(fā)生反射、吸收和透射三種光學(xué)作用以此改變電磁波傳播方向或者使電磁波產(chǎn)生干涉作用而相互抵消。
抗輻射鏡片可以選擇采用特殊工藝將金屬氧化物超細(xì)粉末鍍膜至鏡片表面的方法來(lái)阻擋有害電磁波。由于金屬氧化物膜層對(duì)于可見光的透過(guò)率很高，同時(shí)能夠?qū)δ承╊l段的有害電磁波有效阻擋，可以滿足眼用鏡片的需求。當(dāng)電磁波到達(dá)鏡片外表面膜層時(shí)，產(chǎn)生反射、吸收和折射的作用。外表面膜層只吸收很小一部分電磁波，而反射和折射是主要的。折射過(guò)的電磁波通過(guò)鏡片基體后有少量的反射和吸收，大部分電磁波正常透射到達(dá)鏡片內(nèi)表面，內(nèi)表面膜層反射的電磁波和從外表面透射到達(dá)鏡片基體的電磁波在滿足一定條件下產(chǎn)生干涉作用，相互抵消。鍍膜方式也可以采用單面多層鍍膜，利用多層膜之間產(chǎn)生干涉相消來(lái)阻擋電磁波的通過(guò)。
4 結(jié)論
在電磁輻射廣泛存在的今天，采用鍍有金屬氧化物超細(xì)粉末膜層抗輻射鏡片能緩解電磁輻射對(duì)人眼的近期效應(yīng)、遠(yuǎn)期效應(yīng)以及累計(jì)效應(yīng)，能有效減少視覺(jué)疲勞、預(yù)防視力下降，減小視力喪失的可能性。在輻射可能存在的環(huán)境中應(yīng)用抗輻射鏡片是保障良好視覺(jué)狀態(tài)的重要手段之一。
參考文獻(xiàn)
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[4] 姚智兵，蔣昊等．電磁輻射的危害及防護(hù)．中國(guó)社會(huì)醫(yī)學(xué)雜志，2007．9 ．
關(guān)鍵詞 電磁防護(hù)；飛機(jī)；設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)V22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2014）116-0173-02
0 緒論
隨著現(xiàn)代電子戰(zhàn)飛機(jī)的發(fā)展，任務(wù)系統(tǒng)的發(fā)射功率越來(lái)越大，作用距離越來(lái)越遠(yuǎn)，對(duì)飛機(jī)其他系統(tǒng)及人員的影響就越來(lái)越嚴(yán)重，因此電磁防護(hù)性能對(duì)載機(jī)安全性、可靠性方面顯示出越來(lái)越重要的的作用。
1 電磁輻射危害初步分析
電磁輻射場(chǎng)對(duì)人員和設(shè)備的安全性危害“看不見、摸不著”，其危害性不容易被人們認(rèn)識(shí)。電磁輻射造成的瞬時(shí)過(guò)電壓不僅會(huì)引起機(jī)載電子系統(tǒng)中的敏感元器件暫時(shí)故障或永久性損害，甚至還會(huì)引起機(jī)載人員生理機(jī)能的暫時(shí)或永久性損傷。現(xiàn)就飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)電磁輻射初步分析，電磁輻射可能危害在如下幾個(gè)方面：
1）超量的電磁輻射對(duì)人體有害，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮人員的電磁防護(hù)問(wèn)題；
2）燃油和其它易燃物在強(qiáng)電磁環(huán)境下可能發(fā)生危險(xiǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要采取有效措施，盡量避免發(fā)生危險(xiǎn)；
3）強(qiáng)電磁能會(huì)危害部分結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)裝置、部品器件的非金屬零部件、絕緣材料的物理特性、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)分析可能的危害，采取有效措施避免發(fā)生危害；
4）電磁輻射會(huì)直接造成部分元器件及電子電氣設(shè)備的物理?yè)p壞。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)分析可能的危害，采取有效措施避免發(fā)生危害；
5）強(qiáng)電磁輻射可能危及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)裝置、危及發(fā)動(dòng)機(jī)的非金屬零部件、電子電氣設(shè)備等，造成部分系統(tǒng)裝置、部品期間的失效或損壞。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)分析電磁輻射可能的危害，采取措施避免發(fā)生危害；
6）機(jī)上部分設(shè)備的自毀裝置、信號(hào)彈等在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中，可能接受傳導(dǎo)發(fā)射或輻射發(fā)射能量而意外引爆。故系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)分析可能的危害，采取適當(dāng)措施避免發(fā)生意外引爆。
2 電磁防護(hù)設(shè)計(jì)
2.1 電磁防護(hù)定義
電磁防護(hù)是利用連續(xù)導(dǎo)電材料減少電磁場(chǎng)向機(jī)體內(nèi)指定區(qū)域穿透，控制電磁波由輻射源經(jīng)泄露途徑向飛機(jī)各指定艙室傳導(dǎo)和輻射傳播。
飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)設(shè)計(jì)是基于電磁波傳播特性采取的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施。對(duì)一個(gè)完整的導(dǎo)電連續(xù)體，可以阻擋外部電磁波的輻射進(jìn)入或大大降低輻射進(jìn)入的強(qiáng)度，對(duì)內(nèi)部的人員或設(shè)備就不會(huì)造成安全問(wèn)題。但飛機(jī)因使用和制造要求，存在大量的活動(dòng)門、窗、結(jié)構(gòu)縫隙、電介質(zhì)結(jié)構(gòu)等，這些部位就是通過(guò)電磁波輻射進(jìn)入的通路，通過(guò)這些輻射進(jìn)入的電磁波，當(dāng)能量達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)危害到艙內(nèi)人員安全和設(shè)備的正常工作。
2.2 電磁防護(hù)原理
電磁防護(hù)原理就是對(duì)非導(dǎo)電連續(xù)結(jié)構(gòu)采取必要的設(shè)計(jì)措施，阻斷電磁輻射從一個(gè)區(qū)域進(jìn)入另一個(gè)區(qū)域的通路，或通過(guò)降低輻射進(jìn)入的強(qiáng)度，達(dá)到滿足人員安全和設(shè)備安全可靠工作的目的。
2.3 電磁防護(hù)材料和要求
為保證人員安全，駕駛艙、工作艙、休息艙的電磁環(huán)境應(yīng)滿足一定的安全限值。
電磁防護(hù)材料選擇的原則是使用標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)電性材料，或則使用鐵磁性材料；在選擇時(shí)主要考慮的是材料的機(jī)械性能而不是鐵磁特性。通常選擇的電磁防護(hù)材料為以下幾種：
1）金屬絲網(wǎng)
材料通常為蒙乃爾合金、鈹銅、鍍錫銅絲等。屏蔽材料在低頻電磁波時(shí)較高、高頻時(shí)屏蔽效能較低，一般是用在1GHZ以下的環(huán)境。
2）導(dǎo)電布
是以纖維布經(jīng)過(guò)前置處理后施以電鍍金屬鍍層使其具有導(dǎo)電性能的導(dǎo)電纖維布。一般使用鎳包銅的鍍層順序（鎳―銅―鎳）制成，其表面電阻小于0.08Ω/sq，最佳屏蔽電磁波頻率范圍為100KHZ～3GHZ，屏蔽效能大于60dB，對(duì)高頻電磁波屏蔽效果不理想。
3）硅脂導(dǎo)電膠
利用硅脂的高粘性和金屬顆粒的高導(dǎo)電性結(jié)合而成，是一種室溫固話的導(dǎo)電膠，固化后形成一個(gè)易彎曲且有彈性的導(dǎo)電連接頭或密封墊。
硅脂導(dǎo)電膠包括72-00002、72-00192/00139、50-02-1030-0000、72-00236、72-00035、TP-SAS-200-0251等牌號(hào)。
4）導(dǎo)電布襯墊
由鍍有銅鎳等導(dǎo)電織物包覆不導(dǎo)電的泡沫棉制成，屏蔽性能可超過(guò)95～120dB，具有導(dǎo)電性高，抗腐蝕特性；多背部貼膠，方便安裝，對(duì)于寬頻段電磁波都具有較好的屏蔽性能。但頻繁摩擦?xí)p壞導(dǎo)電表層。
5）導(dǎo)電橡膠
導(dǎo)電橡膠是將導(dǎo)電顆粒填料均勻分布在硅橡膠中，通過(guò)壓力使導(dǎo)電顆粒接觸達(dá)到良好的導(dǎo)電性能，兼具良好的密封和屏蔽性能。
導(dǎo)電橡膠填料一般包括鎳包銅粉填料、鋁鍍銀填料、銅鍍銀填料、玻璃鍍銀填料、純銀填料等。
6）導(dǎo)電膩?zhàn)?/p>
導(dǎo)電膩?zhàn)佑伤姆N填有玻璃銀或銅鍍銀微粒的單組分樹脂組成。用于提高結(jié)構(gòu)接口、孔縫和空隙的完整性，填實(shí)較大范圍的。使用安全性較高、耐腐蝕性強(qiáng)、最大屏蔽效能可達(dá)100dB。
導(dǎo)電膩?zhàn)影?2-00005、72-00014、72-00151、72-00202等牌號(hào)。
2.4 機(jī)體結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)設(shè)計(jì)
在飛機(jī)的電磁防護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求對(duì)內(nèi)部隔框、地板、頂棚等進(jìn)行電磁防護(hù)設(shè)計(jì)。飛機(jī)內(nèi)部電磁防護(hù)設(shè)計(jì)主要用于防止內(nèi)部輻射源或泄漏源輻射進(jìn)入工作艙或設(shè)備艙，對(duì)人員或設(shè)備造成輻射危害。對(duì)內(nèi)部輻射場(chǎng)的防護(hù)，通常由隔框、地板、機(jī)身壁板、頂棚、縱向墻等機(jī)身結(jié)構(gòu)組成電磁屏蔽線，將電磁輻射場(chǎng)控制在電磁屏蔽線內(nèi)。
由于艙內(nèi)空間有限，設(shè)備多，電纜鋪設(shè)密集，內(nèi)部輻射場(chǎng)對(duì)全機(jī)的電磁干擾難以排除，為降低電磁輻射設(shè)計(jì)難度，應(yīng)考慮采取以下措施來(lái)提高人員或設(shè)備電磁輻射安全性設(shè)計(jì)要求：
1）設(shè)計(jì)合理的屏蔽線；
2）設(shè)置屏蔽艙。若有多個(gè)發(fā)射機(jī)，盡可能將發(fā)射機(jī)集中布置后設(shè)計(jì)屏蔽艙，再對(duì)屏蔽艙采取電磁防護(hù)設(shè)計(jì)，以降低電磁防護(hù)設(shè)計(jì)難度，降低電磁防護(hù)設(shè)計(jì)成本，減輕電磁防護(hù)設(shè)計(jì)重量；
3）在管接頭、接縫、通過(guò)孔處，采用屏蔽材料包扎，以封堵輻射能量泄露。
2.5 電磁防護(hù)設(shè)計(jì)存在的技術(shù)問(wèn)題
電磁防護(hù)設(shè)計(jì)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中存在以下幾方面的技術(shù)問(wèn)題：
1）飛機(jī)電磁防護(hù)設(shè)計(jì)是關(guān)系到飛機(jī)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的安全性和可靠性的設(shè)計(jì)技術(shù)。在電磁防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)明確飛機(jī)使用剖面的外部輻射場(chǎng)，避免過(guò)設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)不足；
2）國(guó)內(nèi)還沒(méi)有能適應(yīng)飛機(jī)電磁防護(hù)設(shè)計(jì)的屏蔽材料，目前所使用的屏蔽材料如導(dǎo)電膠、導(dǎo)電膩?zhàn)印?dǎo)電布、導(dǎo)電橡膠板、導(dǎo)電布襯墊、鈹銅簧片等很難適應(yīng)飛機(jī)結(jié)構(gòu)耐環(huán)境、大間隙、變間隙、空中變形等條件下的適應(yīng)性要求；
3）現(xiàn)有技術(shù)條件下，電磁防護(hù)設(shè)計(jì)缺乏全狀態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證，難以真實(shí)反映飛機(jī)結(jié)構(gòu)的防護(hù)性能。
3 結(jié)論
飛機(jī)電磁防護(hù)設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有相關(guān)技術(shù)資料和成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒，要形成完整成熟的技術(shù)體系，還需很多問(wèn)題去解決。由于電磁輻射危害與電磁防護(hù)設(shè)計(jì)工作的復(fù)雜性，對(duì)這一方面的問(wèn)題需要更多的工程技術(shù)人員去關(guān)注和參與，努力盡快提升我國(guó)飛機(jī)電磁防護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)水平，提高飛機(jī)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的適應(yīng)能力和生存能力。
關(guān)鍵詞：電磁輻射，存在問(wèn)題，對(duì)策
中圖分類號(hào)：O441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1 城市電磁輻射污染源
隨著我國(guó)城市化的快速發(fā)展，著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,無(wú)線電技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、通訊、信息產(chǎn)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域并深入到千家萬(wàn)戶，它給人類創(chuàng)造了巨大的物質(zhì)文明，但同時(shí)也把人們帶進(jìn)了一個(gè)充滿人造電磁輻射的環(huán)境里。電磁輻射主要分為天然產(chǎn)生和人為產(chǎn)生，過(guò)量的天然電磁輻射和人為電磁輻射均會(huì)造成電磁輻射污染。一般而言，城市電磁輻射污染主要指人為電磁輻射污染，按照電磁波頻率的大小，人為電磁輻射源又可分為工頻輻射源和射頻輻射源，其中射頻輻射源釋放的電磁波的頻率較高且頻譜范圍較寬，其電磁輻射的影響范圍也較大。各類電磁波發(fā)射系統(tǒng)、工頻輻射系統(tǒng)、利用電磁能的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備等甚至包括部分家用電器，均是城市電磁輻射的污染源或潛在污染源(見表1) 。
由表1可知，城市電磁輻射污染源(含潛在污染源)的種類多、分布廣，存在于人們生活的方方面面，其中廣播電視、雷達(dá)、衛(wèi)星通信及移動(dòng)通信對(duì)區(qū)域電磁輻射水平貢獻(xiàn)較大，各種電子設(shè)備、室內(nèi)線纜布設(shè)是居室電磁輻射污染的主要來(lái)源。
2 城市目前電磁輻射存在的一些問(wèn)題分析
2.1 我國(guó)相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)還需要繼續(xù)完善
1997年我國(guó)頒布的《電磁輻射環(huán)境保護(hù)管理辦法》是我國(guó)僅有的針對(duì)電磁輻射污染防治的立法，屬部門規(guī)章。隨著城市空域電磁輻射環(huán)境的日趨復(fù)雜，該管理辦法已不能完全滿足目前輻射環(huán)境監(jiān)管的需要，主要表現(xiàn)為法規(guī)的內(nèi)容相對(duì)滯后、效力級(jí)別低、難以有效執(zhí)行。雖然廣播、電信、電力等部門在《廣播電視設(shè)施保護(hù)條例》、《中華人民共和國(guó)電信條例》、《無(wú)線電管理?xiàng)l例》、《城市電力規(guī)劃規(guī)范》等法規(guī)和規(guī)范中對(duì)電磁輻射污染防治作出了相應(yīng)規(guī)定，但《電磁輻射環(huán)境保護(hù)管理辦法》中的部分制度在這些法規(guī)中沒(méi)有得到充分反映，在實(shí)際執(zhí)法過(guò)程中常常出現(xiàn)電磁輻射污染糾紛的各方當(dāng)事人各執(zhí)一詞、各執(zhí)一法的現(xiàn)象。因此，有必要盡快制定與實(shí)施更高級(jí)別的電磁輻射污染防治法。
在電磁輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)方面存在以下問(wèn)題:第一，上世紀(jì)80年代末原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局的《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》(GB8702-88)和衛(wèi)生部的《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB9175-88)是我國(guó)電磁輻射防護(hù)領(lǐng)域的2個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)，但它們對(duì)環(huán)境電磁波容許輻射強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定存在不一致。管理標(biāo)準(zhǔn)的不一致直接導(dǎo)致在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中，有關(guān)行政執(zhí)法部門和監(jiān)測(cè)部門采用的標(biāo)準(zhǔn)不一。而且，這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的法律效力相同，發(fā)生沖突時(shí)需呈請(qǐng)國(guó)務(wù)院裁決其適用性。第二，關(guān)于高壓送變電設(shè)施的工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度限值尚無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)部門推薦暫分別以4kV/m和0.1mT作為居民區(qū)工頻電場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)和磁感應(yīng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，這直接導(dǎo)致輸變電設(shè)施電磁場(chǎng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的針對(duì)性不強(qiáng)，即對(duì)于不同電壓等級(jí)的輸變電工程均適用相同的標(biāo)準(zhǔn)限值。因此為做好電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作和管理工作，應(yīng)統(tǒng)一各標(biāo)準(zhǔn)中的管理限值，并加快設(shè)立尚未制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的電磁輻射設(shè)施的輻射水平限值。
2.2 城市空域電磁輻射能量密度不斷增大
電磁輻射技術(shù)的廣泛應(yīng)用已造成城市空域電磁能明顯上升。根據(jù)資料調(diào)查顯示，某地區(qū)環(huán)境電磁輻射污染1991-2006年進(jìn)行調(diào)查，該地區(qū)平均輻射強(qiáng)度增長(zhǎng)17.5倍，年均增長(zhǎng)率達(dá)12.1%。此外，根據(jù)有關(guān)資料調(diào)查顯示，某市部分居住社區(qū)的電磁輻射監(jiān)測(cè)結(jié)果雖符合《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(小于5V/m)，但100KHz～3GHz頻率段的電場(chǎng)強(qiáng)度已接近容許場(chǎng)強(qiáng)值的上限，部分社區(qū)的復(fù)合功率密度出現(xiàn)個(gè)別值超標(biāo)現(xiàn)象。
2.3 電磁輻射糾紛日益增多
近年來(lái)，公眾的輻射防護(hù)意識(shí)逐漸提高，對(duì)居住環(huán)境的電磁輻射暴露水平也更加重視，電磁輻射污染糾紛隨之逐年增多。引發(fā)電磁輻射污染糾紛的主要原因有:在社區(qū)建設(shè)移動(dòng)通信基站、10kV變電站等電磁輻射設(shè)施;在社區(qū)附近建設(shè)高壓輸變電設(shè)施、電氣化軌道交通設(shè)施；房地產(chǎn)開發(fā)商隱瞞商品房周圍電磁輻射污染現(xiàn)狀，以及電磁輻射污染致人身傷害等。
2.4 電磁輻射設(shè)施環(huán)境敏感性日漸增強(qiáng)
城市和廣播電視通信技術(shù)的發(fā)展使電磁輻射設(shè)施與公眾的距離得以縮短，電磁輻射設(shè)施的環(huán)境敏感性隨之日漸增強(qiáng)，主要表現(xiàn)為：城市擴(kuò)張使一些廣播電視和無(wú)線電通信發(fā)射臺(tái)逐漸被新建城區(qū)包圍，造成局部居民生活區(qū)場(chǎng)強(qiáng)較高；城市用電需求的增加及電網(wǎng)改造工程的實(shí)施使大量高壓輸變電設(shè)施進(jìn)入城市市區(qū)，而且電壓等級(jí)不斷升高，其產(chǎn)生的工頻電磁場(chǎng)可能對(duì)公眾健康產(chǎn)生不利影響，此外其產(chǎn)生的噪聲可能干擾廣播和無(wú)線電通信；通信技術(shù)的發(fā)展使居民區(qū)被通信基站包圍，雖然單個(gè)基站的功率較小，但是大量的通信基站會(huì)使城市空域電磁場(chǎng)不斷增強(qiáng)，另外，高層建筑頂部建有的微波定向天線、衛(wèi)星天線等，易造成對(duì)高層建筑的電磁污染；城市交通的迅猛發(fā)展使交通干線的電磁噪聲不斷加重，在車流量高峰時(shí)段的交通路口，電磁噪聲值可達(dá)44～50dBμV/m。
3 對(duì)策與建議
在利用電磁技術(shù)推進(jìn)城市建設(shè)、創(chuàng)建便捷生活的同時(shí)，應(yīng)以電磁輻射防護(hù)管理辦法與防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，加強(qiáng)電磁輻射環(huán)境管理，優(yōu)化電磁輻射設(shè)施布設(shè)，采取有效防護(hù)措施，以降低或避免電磁輻射對(duì)公眾健康和環(huán)境安全的不利影響。
3.1 不斷完善電磁輻射污染防治法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)
現(xiàn)行的《電磁輻射環(huán)境保護(hù)管理辦法》已不能適應(yīng)當(dāng)前電磁輻射監(jiān)管的需要，而且其與廣電、通信等領(lǐng)域制定的相關(guān)法規(guī)無(wú)法全面兼容，因而適時(shí)制定與電磁輻射污染防治相關(guān)的專項(xiàng)法規(guī)勢(shì)在必行。該法規(guī)須在綜合考慮電磁輻射污染源及其輻射特性的基礎(chǔ)上，以風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防為原則，以保護(hù)環(huán)境與公眾健康為出發(fā)點(diǎn)，建立健全城市電磁輻射環(huán)境容量控制制度、電磁輻射設(shè)施規(guī)劃制度、輻射設(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度、輻射環(huán)境監(jiān)管與監(jiān)測(cè)制度、輻射環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防制度、輻射危害事件處理與報(bào)告制度、公眾參與制度等。
此外，為規(guī)范電磁輻射設(shè)施的輻射水平、提高電磁輻射環(huán)境監(jiān)管能力，并為解決電磁糾紛提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持，應(yīng)加快出臺(tái)統(tǒng)一的電磁輻射防護(hù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)電磁輻射的危害性，并借鑒國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)限值，在總結(jié)電磁輻射設(shè)施的輻射水平及我國(guó)城市電磁輻射環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》與《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于電磁場(chǎng)強(qiáng)度及功率密度的導(dǎo)出限值。同時(shí)，還應(yīng)出臺(tái)相關(guān)電磁輻射安全管理導(dǎo)則，明確主要輻射設(shè)施的建造使用規(guī)范、管理要求、環(huán)境影響評(píng)價(jià)范圍等內(nèi)容。
3.2 加強(qiáng)電磁輻射環(huán)境管理
為保護(hù)環(huán)境安全和公眾健康，促進(jìn)各類電磁輻射設(shè)施的規(guī)范、有序發(fā)展，需切實(shí)加強(qiáng)對(duì)電磁輻射環(huán)境的管理。首先要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，落實(shí)電磁輻射設(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度、審批制度、“三同時(shí)”制度、監(jiān)測(cè)制度、公眾參與制度等。其次要明確城市空域電磁波發(fā)展規(guī)劃，并將其納入城市建設(shè)總體規(guī)劃，合理布局電磁發(fā)射設(shè)備，防止造成城市空域局部電磁污染。實(shí)施區(qū)域電磁輻射環(huán)境容量控制措施，對(duì)可能造成周邊輻射環(huán)境污染的中短波發(fā)射臺(tái)實(shí)施異地搬遷，對(duì)微波天線等輻射源周圍的建筑物高度予以限制，控制室內(nèi)微蜂窩基站天線的懸掛高度及影響半徑，如高度不宜低于2.3m，影響半徑約為1m，室外宏站與周邊敏感建筑的水平距離應(yīng)保持30m等，高壓線兩側(cè)50m內(nèi)不宜建設(shè)學(xué)校、住宅及醫(yī)院等環(huán)境敏感建筑。
3.3 采用電磁輻射控制技術(shù)
可以通過(guò)采取電磁輻射控制技術(shù)來(lái)防治電磁輻射污染。第一，通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)等方式有效減少電磁輻射，如在輸電線路設(shè)計(jì)中采取提高輸電導(dǎo)線對(duì)地高度、進(jìn)行雙回路導(dǎo)線逆相布置、高低壓導(dǎo)線分層架設(shè)等方式，變電站的進(jìn)出線在穿越居民區(qū)和人口密集地段時(shí)采用地下電纜布設(shè)方式。第二，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)減少基站數(shù)量并降低天線增益，如根據(jù)通信基站的發(fā)射功率、天線高度和方向圖、基站覆蓋區(qū)的邊界場(chǎng)強(qiáng)等條件對(duì)通信基站覆蓋區(qū)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在達(dá)到最佳地域覆蓋和最佳通話質(zhì)量的同時(shí)，盡量降低天線增益，減少電磁輻射污染。第三，通過(guò)屏蔽輻射源降低電磁泄漏，可采取被動(dòng)屏蔽、主動(dòng)屏蔽方式對(duì)輻射源進(jìn)行屏蔽，還可采用高頻接地方式將屏蔽體內(nèi)產(chǎn)生的射頻電流導(dǎo)入大地，有效避免屏蔽體成為二次輻射源。第四，增加環(huán)境保護(hù)目標(biāo)與電磁輻射源間的距離及綠化。研究表明，樹木具有吸收電磁能的作用，在電磁波的傳播路徑上進(jìn)行植被綠化，可增加電磁波在傳播過(guò)程中的衰減。第五，采用濾波技術(shù)抑制電磁干擾，通過(guò)濾波線路將有用信號(hào)提取出來(lái)，同時(shí)阻截干擾信號(hào)通過(guò)。第六，開發(fā)利用防電磁輻射材料。利用防電磁輻射材料對(duì)電磁波的吸收或反射等特性，在建筑、交通、包裝、服裝等領(lǐng)域使用防輻射材料可有效衰減電磁輻射強(qiáng)度，如使用碳素系列和金屬系列等增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料、防電磁波玻璃、吸收電磁波的涂料等用于建造房屋便可有效阻擋室外電磁波進(jìn)入室內(nèi)。
3.4 普及電磁輻射知識(shí)
城市空域及居室內(nèi)廣泛存在的電磁輻射因其無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅的特性容易被公眾忽略其存在的同時(shí)，也極易引起公眾的恐慌，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生電磁輻射糾紛事件。相關(guān)部門應(yīng)積極開展電磁輻射知識(shí)宣傳工作，增強(qiáng)公眾的輻射防護(hù)意識(shí)，使其了解過(guò)量電磁輻射的可能危害，正確理解生活中人為電磁輻射的來(lái)源及其實(shí)踐的正當(dāng)性、安全性，掌握如何降低居室電磁輻射的方法或防護(hù)方法。此外，相關(guān)部門在監(jiān)管工作中要切實(shí)落實(shí)公眾參與制度，并充分發(fā)揮其監(jiān)督作用，與廣大公眾及電磁輻射設(shè)施建造運(yùn)營(yíng)單位共創(chuàng)安全的城市電磁輻射環(huán)境。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：電磁輻射污染 電磁輻射污染機(jī)理 電磁輻射污染防范
1831年英國(guó)科學(xué)家法拉第應(yīng)用電磁感應(yīng)的方法,使磁場(chǎng)中的導(dǎo)體在一定條件下產(chǎn)生了感應(yīng)電流。這是19世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一,隨即世界上第一座發(fā)電站的建成標(biāo)志著人類邁進(jìn)了電磁輻射的應(yīng)用時(shí)代。一百多年前,電磁輻射已經(jīng)深入到了人類生活的方方面面,當(dāng)今更是進(jìn)入了一個(gè)電磁輻射的高利用時(shí)代。
不過(guò),科學(xué)歷來(lái)都是一把雙刃劍,時(shí)代的進(jìn)步常常是要付出一定代價(jià)的,這種二律背反的現(xiàn)象已經(jīng)得到了歷史的多次驗(yàn)證。人們?cè)诔浞窒硎茈姶泡椛鋷?lái)的方便舒適的同時(shí),也日漸感受到了它的負(fù)面效應(yīng)。如各類各類辦公自動(dòng)化設(shè)備、移動(dòng)通訊設(shè)備、家用電器迅速進(jìn)入我們的生活,提高了我們的工作效率,豐富了我們的精神和物質(zhì)生活。就在我們的生活前所未有的便捷的同時(shí),我們所使用的高科技產(chǎn)品所產(chǎn)生的電磁輻射,又成為繼室內(nèi)空氣污染、放射性污染和噪音污染之后的又一室內(nèi)環(huán)境污染。特別是近些年來(lái),國(guó)內(nèi)外媒體上屢屢報(bào)道的有關(guān)電磁輻射對(duì)人體有害,更是讓人們感覺(jué)到了來(lái)自電磁輻射的威脅,以致于很多人一提起它,就有一種莫名的痛恨和恐懼。
1 電磁輻射污染:
所謂電磁輻射污染是指高壓電、變電站、電臺(tái)、電視臺(tái)、雷達(dá)站、電磁波發(fā)射塔和電子儀器、醫(yī)療設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備及微波爐、收音機(jī)、電視機(jī)、電腦、手機(jī)等工作時(shí)產(chǎn)生的各種不同波長(zhǎng)頻率的電磁波。人體如果長(zhǎng)期暴露在超過(guò)安全的電磁輻射劑量的電磁輻射下,細(xì)胞就會(huì)被殺傷或殺死。隨著信息技術(shù)產(chǎn)品的不斷豐富,電磁輻射污染已經(jīng)成為危害人們工作和生活的輻射污染的重要類型之一。另一個(gè)方面,信息技術(shù)要依靠電磁波,而電磁波極容易擾和破壞,由此會(huì)帶來(lái)一些垃圾信息、有害信息的侵害,這也是電磁輻射污染的一個(gè)方面。電磁輻射會(huì)造成所謂的“電磁污染”,人們也叫它電子“煙霧”或電子垃圾,即電磁輻射的強(qiáng)度超過(guò)人體或環(huán)境所能承受的限度所產(chǎn)生的危害現(xiàn)象。它無(wú)色、無(wú)味、無(wú)形、無(wú)蹤,無(wú)任何感覺(jué),可穿透包括人體在內(nèi)的多種物質(zhì),無(wú)處不在,被科學(xué)家稱為“電子垃圾”或“電子輻射污染”,有專家稱這是繼大氣污染,水污染和噪音污染的第四污染。
2 電磁輻射對(duì)人體作用機(jī)理
人體是導(dǎo)體,可以吸收電磁場(chǎng)的能量。在電磁場(chǎng)的作用下,人體的分子會(huì)發(fā)生取向排列,在分子排列過(guò)程中相互碰撞消耗磁場(chǎng)能而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,引起熱效應(yīng)。電磁場(chǎng)強(qiáng)度越大,則熱效應(yīng)越明顯;電磁振蕩頻率越高,熱效應(yīng)越明顯,即電磁輻射對(duì)人體的作用:微波>超短波>短波>中波>長(zhǎng)波。而且干擾人體生物電信息的傳遞。科學(xué)實(shí)驗(yàn)已表明,電磁輻射污染對(duì)人體的危害主要為兩個(gè)方面——致熱作用和非致熱作用。
致熱作用致熱作用是指電磁波穿透生物體表層,直接對(duì)肌體內(nèi)部組織“加熱”(如同微波爐加熱食品一樣),即在高頻電磁波作用下,物質(zhì)的溫度會(huì)發(fā)生改變。高頻電磁波的致熱作用會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生影響,從而對(duì)人體造成嚴(yán)重的傷害,導(dǎo)致乳腺癌、陽(yáng)痿、流產(chǎn)、胎兒畸形等疾病。
非致熱作用非致熱作用主要是指電磁波對(duì)人體植物神經(jīng)系統(tǒng)的危害,造成心悸、脫發(fā)、心動(dòng)過(guò)緩、血壓降低和婦女月經(jīng)失調(diào)等疾病。有一個(gè)典型的實(shí)驗(yàn)是這樣做的:從雞雛、貓的體內(nèi)摘取出大腦皮質(zhì),用調(diào)制后的特高頻、甚高頻電磁波對(duì)其進(jìn)行照射,發(fā)現(xiàn)有鈣離子析出。鈣離子是生物體內(nèi)信息傳遞、免疫系統(tǒng)工作和細(xì)胞繁殖不可缺少的物質(zhì),它的濃度變化必然會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生影響。
3 生活中電磁輻射污染的防范
現(xiàn)代生活,處處離不開與電子設(shè)備打交道。能制造電磁輻射污染的污染源無(wú)處不在,電腦、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、手提電話、無(wú)線電儀器等無(wú)不產(chǎn)生對(duì)身體不利的電磁輻射波;與日常生活有關(guān)的如電視機(jī)、音響、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、微波爐等均能產(chǎn)生各種數(shù)量不等的電磁干擾,我們?nèi)绾畏雷o(hù)呢?
生活中怎樣才能防止和減少室內(nèi)電磁輻射污染呢?中國(guó)室內(nèi)裝飾協(xié)會(huì)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的專家提醒大家注意以下幾點(diǎn):
在購(gòu)買電子產(chǎn)品是應(yīng)注意證實(shí)該產(chǎn)品是否已經(jīng)通過(guò)了CCC認(rèn)證(國(guó)家對(duì)電子電磁兼容性的安全認(rèn)證);盡量減少對(duì)高輻射產(chǎn)品的使用;盡量使用低輻射的產(chǎn)品,如低輻的電視機(jī)、微波爐、電腦等;盡量使用坐機(jī)撥打電話,少用手機(jī)撥打電話。手機(jī)接通瞬間釋放的電磁輻射最大,最好在鈴聲響過(guò)一兩秒或兩次鈴聲之間接聽,使用時(shí)頭部和手機(jī)天線的距離盡量遠(yuǎn)一些。
有人說(shuō)了,不買家電或是有也束之高閣不再用,污染不就沒(méi)有或減少了嘛。好倒是好,可是要沒(méi)了它們,咱們的生活就該倒退回從前的艱苦時(shí)代了。恐怕沒(méi)人愿意放棄好生活而去過(guò)苦日子吧,多學(xué)幾招防范措施才是現(xiàn)實(shí)可行之策。例如:
不要把家電擺放得過(guò)于集中,以免使自己暴露在超限量輻射的危險(xiǎn)之中。特別是一些易產(chǎn)生電磁波的家電,如電視、電腦、冰箱、收音機(jī)等,最好不要集中擺放在臥室里。
要避免長(zhǎng)時(shí)間使用家用電器、手機(jī)等,還要盡量避免同時(shí)啟用多種家電。與家電保持安全距離很有必要。距離越遠(yuǎn),受電磁波侵害就越小。
彩電的安全距離是熒光屏寬度的5倍左右,日光燈為2～3米,微波爐開啟之后要離開至少1米遠(yuǎn),孕婦和小孩應(yīng)盡量遠(yuǎn)離微波爐。電器暫停使用時(shí),最好不讓它們處于待機(jī)狀態(tài),因?yàn)榇藭r(shí)可產(chǎn)生較微弱的電磁場(chǎng),長(zhǎng)時(shí)間也會(huì)產(chǎn)生輻射積累。
還有一招就是吃東西。多食用胡蘿卜、豆芽、西紅柿、油菜、海帶、卷心菜、瘦肉、動(dòng)物肝臟等富含維生素A、C和蛋白質(zhì)的食物,加強(qiáng)機(jī)體抵抗電磁輻射的能力。
居住、工作在高壓線、雷達(dá)站、電視臺(tái)、電磁波發(fā)射塔附近的人,佩帶心臟起搏器有條件的應(yīng)配備阻擋電磁輻射的屏蔽防護(hù)服。
電視、電腦等有顯示屏的電器設(shè)備可安裝電磁輻射保護(hù)屏,使用者還可配戴防輻射眼鏡。顯示屏產(chǎn)生的輻射可能導(dǎo)致皮膚干燥,加速皮膚老化甚至導(dǎo)致皮癌,因此在使用后應(yīng)及時(shí)洗臉。
油菜河水庫(kù)位于貴州省安順市龍宮風(fēng)境區(qū)上游9km，距安順市約13km，是安順市唯一的一座中型水庫(kù)，是一座集灌溉、發(fā)電、防洪、供水、養(yǎng)殖、旅游為一體的多功能綜合利用的龍頭水庫(kù)。該水庫(kù)是在強(qiáng)巖溶地帶堵洞筑壩建庫(kù)。水庫(kù)正常高水位1290m，總庫(kù)容5960×104m3，壩高41m，壩型為漿砌石單曲拱壩。發(fā)電引水隧洞洞軸線穿行于溶蝕洼地、峰叢洼地、峰林谷地之中，引水隧洞開挖至0+620時(shí)，掌子面突發(fā)涌泥現(xiàn)象，洞渣封堵施工面至樁號(hào)0+730m，在此過(guò)程中，施工方共計(jì)清理塌方淤泥1450m3以上，清理長(zhǎng)度為100m(0+730～0+630樁號(hào)之間)。此后，掌子面再次突發(fā)涌泥現(xiàn)象，由于擔(dān)心掌子面再次發(fā)生涌泥現(xiàn)象產(chǎn)生較大的人員傷亡，目前處于停工狀態(tài)。經(jīng)專家研究決定，初步采用改線方案。本次電磁波CT探測(cè)查明巖溶洼地新改線處巖溶發(fā)育情況。
2工程地球物理勘探技術(shù)應(yīng)用
2.1基本原理鉆孔電磁波CT技術(shù)基本原理借助于醫(yī)學(xué)CT技術(shù)。醫(yī)學(xué)CT技術(shù)是利用X射線掃描人體切面，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理顯示人體病灶的精確圖像。依據(jù)這一理論，當(dāng)要研究?jī)摄@孔間巖體內(nèi)構(gòu)造時(shí)，在一鉆孔內(nèi)發(fā)射電磁波，而在另一鉆孔內(nèi)接收電磁波進(jìn)行斷面掃描，經(jīng)地球物理反演計(jì)算，就可重建目標(biāo)體的二維圖像。井中電磁波CT層析資料的解釋基礎(chǔ)是基于不良地質(zhì)體與其完整圍巖吸收系數(shù)的差異，而破碎帶、溶洞或溶蝕裂隙等都可以形成吸收系數(shù)差異較大的非均勻體，產(chǎn)生出局部高吸收系數(shù)異常，從形態(tài)和大小上易于識(shí)別。因此，跨孔電磁波透視在孔間可以較好地探測(cè)不良地質(zhì)體，確定空間位置和形態(tài)。
2.2數(shù)據(jù)處理方法與技術(shù)資料處理是在微機(jī)上完成的，處理流程為:數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)建立成像區(qū)域坐標(biāo)系形成CT輸入數(shù)據(jù)層析反演成像成圖。1)CT輸入數(shù)據(jù)的形成。對(duì)每對(duì)跨孔剖面的原始數(shù)據(jù)輸入到微機(jī)，按建立的坐標(biāo)系形成CT輸入數(shù)據(jù)文件。這次野外采集工作中，以孔口高程最高的孔為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸沿水平方向?yàn)榭组g水平距離，建立坐標(biāo)系形成CT輸入數(shù)據(jù)。2)層析反演。CT輸入數(shù)據(jù)直接送至EM－SYS層析成像軟件處理流程中，進(jìn)行電磁波層析反演，其計(jì)算過(guò)程如下:由電磁波理論知道，在各向同性均勻巖體中，當(dāng)在一鉆孔中發(fā)射電磁波，另一鉆孔中接收電磁波時(shí)，若發(fā)射天線長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于兩鉆孔間距離，則接收到的電磁波場(chǎng)強(qiáng)為:E=E0fS(θS)fr(θS)R－1.exp(－∫Lβdl)(1)式中:E0是發(fā)射擊天線初始輻射常數(shù);E為相距R處接收到的電場(chǎng)強(qiáng)度;fS(θS)和fr(θS)分別是發(fā)射和接收天線的方向函數(shù);θ為天線的輻射角度;L為射線路徑;dl為積分元;β為介質(zhì)的吸收系數(shù)。經(jīng)變換:InA=In［E0fSfr(ER)－1］=∫Lβdl(2)對(duì)于式(2)中的投影函數(shù)A進(jìn)行圖像重建可求出目標(biāo)函數(shù)β。具體算法即把圖像劃分成M個(gè)互不重疊的像元，以各像元內(nèi)的重建結(jié)果組成數(shù)字圖像:∑DijXj=Yi式中:Dij為第i條射線在第j個(gè)像元中的長(zhǎng)度;Yi為第i條射線迭代計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之差;Xj為要求的第j個(gè)像元中的衰減系數(shù)β。上述方程實(shí)際上是求解一個(gè)大型稀疏矩陣議程組。具體算法有:反投影法(BPT)、代數(shù)重建法(ART)、聯(lián)立迭代重建法(SIRT)和正交變換投影法(LSQR)等等。本次反演方法為聯(lián)立迭代重建法。3)層析成像成圖。最終層析成果采用GoldenSurfer繪圖軟件，顯示每對(duì)跨孔聲波層析成像圖。層析結(jié)果采用統(tǒng)一格式成圖，在二維斷面上，發(fā)射孔孔口位于區(qū)域左側(cè)坐標(biāo)原點(diǎn)，以孔口高程取代Z軸0點(diǎn)。水平方向X軸向右表示為跨孔水平距離。將層析反演輸出數(shù)據(jù)輸入至成圖軟件，形成二維區(qū)域網(wǎng)格化文件。然后再將網(wǎng)格文件送入成圖程序，獲得層析成像圖。
3工程地質(zhì)物理勘探技術(shù)應(yīng)用成果
評(píng)析經(jīng)上述數(shù)據(jù)處理，結(jié)合鉆探、地質(zhì)調(diào)繪成果得出本次物探解釋成果，現(xiàn)將本次物探勘察成果分述如下:
1)ZK1－ZK2剖面:本剖面見4處電磁波高吸率異常，其電磁波吸收系數(shù)均大于0.4dB/m，說(shuō)明電磁波在穿透過(guò)程中急劇衰減，結(jié)合鉆探分析，推斷4處0.4～0.6dB/m的異常區(qū)域?yàn)楣?jié)理裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體完整性較差;推斷2處大于0.6dB/m的異常區(qū)域?yàn)槿芪g裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體破碎，完整性差，局部形成小規(guī)模巖溶。由于異常主要集中在孔深25m以上，對(duì)隧道施工及安全運(yùn)行影響較小。吸收系數(shù)小于0.3dB/m的區(qū)域巖體完整性較好。
2)ZK2－ZK3剖面:本剖面見3處電磁波高吸率異常，其電磁波吸收系數(shù)均大于0.4dB/m，說(shuō)明電磁波在穿透過(guò)程中急劇衰減，結(jié)合鉆探分析，推斷2處0.4～0.6dB/m的異常區(qū)域?yàn)楣?jié)理裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體完整性較差;推斷2處大于0.6dB/m的異常區(qū)域?yàn)槿芪g裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體破碎，完整性差，局部形成小規(guī)模巖溶。由于下部?jī)僧惓Ｔ谛赂木€隧道附近，對(duì)隧道施工及安全運(yùn)行有一定影響，因此需采取相應(yīng)的工程措施處理異常洞段。吸收系數(shù)小于0.3dB/m的區(qū)域巖體完整性較好。
3)ZK4－ZK3剖面:本剖面見2處電磁波高吸率異常，其電磁波吸收系數(shù)均大于0.4dB/m，說(shuō)明電磁波在穿透過(guò)程中急劇衰減，結(jié)合鉆探分析，推斷2處0.4～0.6dB/m的異常區(qū)域?yàn)楣?jié)理裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體完整性較差;推斷2處大于0.6dB/m的異常區(qū)域?yàn)槿芪g裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體破碎，完整性差，局部形成小規(guī)模巖溶。由于下部異常在新改線隧道附近，對(duì)隧道施工及安全運(yùn)行有一定影響，因此需采取相應(yīng)的工程措施處理異常洞段。吸收系數(shù)小于0.3dB/m的區(qū)域巖體完整性較好。
4)ZK4－ZK5剖面:本剖面見4處電磁波高吸率異常，其電磁波吸收系數(shù)均大于0.4dB/m，說(shuō)明電磁波在穿透過(guò)程中急劇衰減，結(jié)合鉆探分析，推斷4處0.4～0.6dB/m的異常區(qū)域?yàn)楣?jié)理裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體完整性較差;本剖面未見大規(guī)模巖溶破碎帶發(fā)育。由于下部異常在新改線隧道附近，對(duì)隧道施工及安全運(yùn)行有一定影響，因此需采取相應(yīng)的工程措施處理異常洞段。吸收系數(shù)小于0.3dB/m的區(qū)域巖體完整性較好。
5)ZK5－ZK6剖面:本剖面見3處電磁波高吸率異常，其電磁波吸收系數(shù)均大于0.4dB/m，說(shuō)明電磁波在穿透過(guò)程中急劇衰減，結(jié)合鉆探分析，推斷3處0.4～0.6dB/m的異常區(qū)域?yàn)楣?jié)理裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體完整性較差;本剖面未見大規(guī)模巖溶破碎帶發(fā)育。由于下部異常在新改線隧道附近，對(duì)隧道施工及安全運(yùn)行有一定影響，因此需采取相應(yīng)的工程措施處理異常洞段。吸收系數(shù)小于0.3dB/m的區(qū)域巖體完整性較好。
4結(jié)語(yǔ)
【關(guān)鍵字】經(jīng)濟(jì) 環(huán)境 高壓輸變電 電磁輻射 電磁污染
電磁輻射對(duì)于人身和環(huán)境的影響越來(lái)越受到人們的關(guān)注。近年來(lái)，隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，高壓輸電線路的敷設(shè)越來(lái)越多，輸電線路與居民區(qū)之間的距離也越來(lái)越近，人們開始關(guān)注城市的電力設(shè)施是否會(huì)影響市民的身體健康等問(wèn)題。從而輸變電工程電磁輻射減緩措施及提出相應(yīng)的新技術(shù)也已成為重要的研究?jī)?nèi)容。
1 電磁輻射及電磁輻射污染
變化的電場(chǎng)會(huì)激起變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又可以產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象緊緊地聯(lián)系在一起。這種交替產(chǎn)生的具有電場(chǎng)與磁場(chǎng)作用的物質(zhì)空間，稱為電磁場(chǎng)。電磁輻射是指以電磁波形式通過(guò)空間傳播的能量流，且限于非電離輻射。帶電體在其周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，電流通過(guò)的導(dǎo)體在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，隨時(shí)間變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，在低頻（100kHz）情況下為靜電感應(yīng)或磁感應(yīng)，在高頻（100kHz）情況下，隨時(shí)間變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相耦合，并以一定的速度向前傳播從而形成電磁波。電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波存在的空間稱電磁場(chǎng)，凡是通過(guò)空間傳播的電磁效應(yīng)稱為電磁輻射。事實(shí)上，在低頻條件下為靜電感應(yīng)或磁感應(yīng)，在高頻條件下才是真正的電磁輻射。
所謂電磁輻射污染，是指人類使用產(chǎn)生電磁輻射的器具泄露的電磁能量傳播到環(huán)境中，其量超出本底值，且其性質(zhì)、頻率、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間等綜合影響對(duì)環(huán)境及人類活動(dòng)與健康等造成危害。1972年首次人類環(huán)境會(huì)議向全人類提出保護(hù)我們生存環(huán)境的必要性和重要性，并將電磁輻射寫進(jìn)“廣泛國(guó)際意義污染物的控制與鑒定”一文中“造成公害的主要污染物”一覽表中。
2 電磁輻射的危害
研究表明，電磁波的致病效應(yīng)隨著磁場(chǎng)振動(dòng)頻率的增大而增大，頻率超過(guò)10萬(wàn)赫茲以上，可對(duì)人體造成潛在威脅。人們?cè)谶@種環(huán)境下工作和生活過(guò)久，由于受電磁波的干擾，人體組織內(nèi)分子原有的電場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化，給組成腦細(xì)胞的各種生物分子以一定程度的破壞，制造出一些非生理性的神經(jīng)遞質(zhì)。人體如果長(zhǎng)期暴露在超過(guò)安全的輻射劑量下，人體細(xì)胞就會(huì)被大面積殺傷或殺死。
電磁輻射對(duì)電器設(shè)備來(lái)說(shuō)是一種干擾，電磁輻射可以使測(cè)量?jī)x器性能變低，使電子開關(guān)或繼電器工作失常，使無(wú)線電接收設(shè)備出現(xiàn)噪聲，如電視機(jī)圖像聲音變差，收音機(jī)信號(hào)不好等，干擾黨、政、軍機(jī)關(guān)的無(wú)線電設(shè)備，使病人心臟起博器停止工作等。
3輸變電工程電磁輻射減緩措施
減少電磁輻射或泄露的措施很多，如屏蔽、濾波、接地、布線、輻射吸收等技術(shù)，都可最大限度地減少污染。電磁場(chǎng)的防治工作可從源強(qiáng)、傳播途徑和接受體三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行。
3.1源強(qiáng)。對(duì)于輸電線路，通過(guò)控制高壓輸電線路下的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度值，可有效地防止靜電感應(yīng)的產(chǎn)生。根據(jù)輸電線路跨越農(nóng)田、公路、航道和民房等不同情況，可采取優(yōu)化輸電線路電壓等級(jí)、增大導(dǎo)線對(duì)地距離、采用三角排列、減少相間距離、減小分裂導(dǎo)線根數(shù)、采用雙回路線路逆相序排列、提高導(dǎo)線光潔度等一系列措施降低輸電線路下的空間場(chǎng)強(qiáng)及輸電線的靜電效應(yīng)影響。例如：增大導(dǎo)線對(duì)地高度，初始時(shí)可顯著減小場(chǎng)強(qiáng)；減小導(dǎo)線相間水平距離對(duì)減少地面附近一些場(chǎng)強(qiáng)較為有利；導(dǎo)線呈三角形排列比水平排列對(duì)減少地面附近場(chǎng)強(qiáng)更有利；對(duì)同塔雙回或多回路線路，穿越城鎮(zhèn)居民區(qū)時(shí)，應(yīng)盡量采用逆相序排列，以達(dá)到有效減小路線下方電場(chǎng)的目的；在高壓輸電線路下方同桿增設(shè)低壓線路，并且高、底壓線路采用不同的相序設(shè)置，不但能降低場(chǎng)強(qiáng)，同時(shí)可以大大提高走廊的利用率，節(jié)約土地資源，這在人口密集區(qū)是一種優(yōu)化的線路布置方式，是一項(xiàng)有價(jià)值的研究課題；高壓輸電線路下，表面積很大的金屬物必須良好地接地，否則會(huì)對(duì)人產(chǎn)生電擊。
對(duì)于變電站可采取以下措施減緩電磁輻射：①對(duì)于電磁污染較嚴(yán)重的電抗器，可采用干式鐵芯電抗器代替，同時(shí)在電抗室用非導(dǎo)磁材料加以屏蔽。干式鐵芯電抗器不易燃，不漏油，體積小（占地面積僅是相同容量的空心電抗器的30%～50%），便于維護(hù)，有鐵芯結(jié)構(gòu)，漏磁小，對(duì)周圍環(huán)境的電磁污染小，適合于城市變電站。②各電壓等級(jí)的配電裝置應(yīng)盡量采用開光柜及封閉式母線等，同時(shí)利用金屬罩的屏蔽作用降低電磁場(chǎng)強(qiáng)度。應(yīng)采取措施減少變電站電氣設(shè)備的放電，如使用設(shè)計(jì)合理的絕緣子，控制絕緣子表面放電；減少因接觸不良而產(chǎn)生的火花放電；避免尖角和凸出物等引起火花放電產(chǎn)生高頻電場(chǎng)等。對(duì)的電氣設(shè)備同樣應(yīng)采取有效的屏蔽措施。③變電站建筑物設(shè)計(jì)中采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧⒈ＷC電氣設(shè)備房間墻壁的厚度。
3.2 傳播途徑。可通過(guò)屏蔽線或屏蔽網(wǎng)等屏蔽辦法減小地面場(chǎng)強(qiáng)。屏蔽工頻磁場(chǎng)要比屏蔽工頻電場(chǎng)困難。常用金屬網(wǎng)和金屬板進(jìn)行靜電屏蔽和交變電磁場(chǎng)屏蔽。同時(shí)還可利用建筑物及其內(nèi)部所用材料的電磁場(chǎng)屏蔽作用減小地面場(chǎng)強(qiáng)。
同時(shí)，可在高壓輸電線路經(jīng)過(guò)區(qū)域建立線路保護(hù)區(qū)。線路保護(hù)區(qū)的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。線路保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見表1。
3.3 接受體。可采取遠(yuǎn)離措施，如建議輸電線路、變電站250～300m規(guī)定范圍內(nèi)不建住宅和人群密集的活動(dòng)場(chǎng)所，在個(gè)人保護(hù)上為減少電磁場(chǎng)對(duì)人體的影響，居民應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離電池場(chǎng)污染源區(qū)，在高強(qiáng)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)活動(dòng)的維護(hù)人員可穿抗電輻射服裝等。
[關(guān)鍵詞] 電磁屏蔽材料；分類；發(fā)展前景；應(yīng)用
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 05. 041
[中圖分類號(hào)] F273.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2014）05- 0067- 01
1 屏蔽材料分類
屏蔽是利用屏蔽體阻止或衰減電磁騷擾能量的傳輸，是抑制電磁干擾的重要手段之一。屏蔽有兩個(gè)目的：限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏；防止外來(lái)的輻射干擾進(jìn)入。根據(jù)屏蔽的工作原理可將屏蔽分為以下三大類。
1.1 電場(chǎng)屏蔽
電場(chǎng)屏蔽主要是為了防止電子原件或設(shè)備間的電容耦合，它采用金屬屏蔽層包封電子器件或設(shè)備，其屏蔽體采用良導(dǎo)體制作并有良好的接地，這樣就把電場(chǎng)止于導(dǎo)體表面，并通過(guò)地線中和導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷，從而防止由靜電耦合產(chǎn)生的相互干擾。
1.2 磁場(chǎng)屏蔽
磁場(chǎng)屏蔽是抑制噪聲源和敏感設(shè)備之間由于磁場(chǎng)耦合所產(chǎn)生的干擾。磁場(chǎng)屏蔽是把磁力線封閉在屏蔽體內(nèi)，從而阻擋內(nèi)部磁場(chǎng)向外擴(kuò)散或外界磁場(chǎng)干擾進(jìn)入，為屏蔽體內(nèi)外的磁場(chǎng)提供低磁阻的通路來(lái)分流磁場(chǎng)。
1.3 電磁屏蔽
電磁屏蔽主要用于防止在高頻下的電磁感應(yīng)，利用電磁波在導(dǎo)體表面上的反射和在導(dǎo)體中傳播的急劇衰減來(lái)隔離變電磁場(chǎng)的相互耦合，從而防止高頻率電磁場(chǎng)的干擾。
2 電磁材料的具體運(yùn)用
2.1 電磁材料在發(fā)射箱上的應(yīng)用
用金屬材料做成的發(fā)射箱，其電磁屏蔽效果很好。這是因?yàn)楫?dāng)高頻電磁波射向?qū)w表面后，會(huì)在導(dǎo)體中感應(yīng)出一個(gè)高頻交流電流，此電流會(huì)形成一個(gè)新的電磁波，新形成的電磁波在導(dǎo)體內(nèi)部與入射的電磁波相位相反，同時(shí)導(dǎo)體內(nèi)電流的產(chǎn)生導(dǎo)致能量的消耗，結(jié)果導(dǎo)體內(nèi)總的電磁場(chǎng)隨著深度呈現(xiàn)指數(shù)衰減趨勢(shì)，可用穿透深度表示電磁波的影響程度，穿透深度與入射波的頻率、材料的導(dǎo)電率和磁導(dǎo)率有關(guān)系。頻率越高、導(dǎo)電率越大、磁導(dǎo)率越大，穿透率越小，金屬的導(dǎo)電率都很高，因此有良好的電磁屏蔽效果，但由于金屬材料做成的發(fā)射箱成本高，重量也大，因此相當(dāng)一部分發(fā)射箱采用了非金屬材料。
2.2 在火箭彈包裝中的應(yīng)用
火箭彈的儲(chǔ)存要求是將其單獨(dú)存放，當(dāng)存放在地面庫(kù)時(shí)應(yīng)置于邊遠(yuǎn)庫(kù)房，彈頭朝向空曠地。理論上講，這種儲(chǔ)存要求可以將火箭彈意外發(fā)火的可能性及危害程度降至較低點(diǎn)。單純地以改善儲(chǔ)存條件來(lái)減少火箭彈的意外發(fā)火是被動(dòng)的方法。必須從火箭彈的包裝入手，切斷外界電磁危害對(duì)火箭彈的影響，徹底解決火箭彈的意外發(fā)火問(wèn)題。
近年來(lái)生產(chǎn)的火箭彈包裝分為外包裝和內(nèi)包裝兩部分。外包裝是采用角鋼焊接成框架的鐵籠式包裝，其主要作用是便于該彈種的裝卸搬運(yùn)以及堆碼方便。但是，由于外包裝采用的是框架形式，內(nèi)包裝還是在外而直接與外界接觸，因此外包裝起不到防止火箭彈意外發(fā)火的作用。
3 研究展望
將有機(jī)組分和無(wú)機(jī)組分在納米尺寸上相結(jié)合，設(shè)計(jì)和制備出具有各種獨(dú)特性質(zhì)的雜化材料，一直是材料化學(xué)研究和努力的方向。溶膠-凝膠合成技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)材料的制備提供了可靠的實(shí)驗(yàn)手段。無(wú)疑，光化學(xué)雜化材料展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
從電磁屏蔽材料的發(fā)展來(lái)看，未來(lái)電磁屏蔽材料的發(fā)展趨勢(shì)主要有：①屏蔽材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化、成型工藝改進(jìn)，可以提高材料的綜合電磁屏蔽材料；②材料的非晶化和納米化，通過(guò)這兩種手段，可以對(duì)材料內(nèi)部組織進(jìn)行優(yōu)化，甚至使材料內(nèi)部晶粒細(xì)化到納米級(jí)別，從而可能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，大大提高材料包括電磁屏蔽性能在內(nèi)的綜合性能；③用工藝及結(jié)構(gòu)的復(fù)合化改良材料的電磁屏蔽材料，例如將有機(jī)組分和無(wú)機(jī)組分在納米尺寸上相組合，制得各種性質(zhì)獨(dú)特的雜化材料等。
電磁屏蔽材料在電子工業(yè)高速發(fā)展的時(shí)代是一種防止電子污染所必需的防護(hù)材料，是目前新技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域中的新型化工材料。其電磁屏蔽性能及材料的物理機(jī)械性能將隨著我國(guó)電子工業(yè)的飛速發(fā)展而日益改善和提高。
摘要： 指出移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量無(wú)法一直依靠增加基地臺(tái)的數(shù)組天線個(gè)數(shù)提升，認(rèn)為電磁波在復(fù)雜的立體空間傳播所產(chǎn)生各種穿透與反射的波傳遞現(xiàn)象深深影響了數(shù)據(jù)流量。提出了可能的有效物理方法或路徑，用以克服高速移動(dòng)、多媒體寬頻帶通信的諸多困難。
關(guān)鍵詞： 電磁理論；高速移動(dòng)；多媒體；寬頻帶通信；遠(yuǎn)場(chǎng)；近場(chǎng)
Abstract： In this paper， we point out that the data flow of mobile communication cannot always rely on the increasing of antenna elements of base station. Electromagnetic propagation in the complex environment mainly affects the quality of wireless data transmission. We propose effective physical methods for overcoming many difficulties with high speed mobile， multimedia broadband communication.
Key words： electromagnetic theory； high-speed mobile； multimedia； broadband communication； far field； near field
1電磁場(chǎng)與移動(dòng)無(wú)線通信
伴隨3G的普及和4G無(wú)線移動(dòng)通信的來(lái)臨，基站數(shù)目隨之增加，以滿足高速而大量的數(shù)據(jù)傳輸量。1990年的第2代移動(dòng)通信數(shù)據(jù)傳輸率小于200 kbit/s，到2000年的第3代移動(dòng)通信數(shù)據(jù)傳輸率小于2 Mbit/s，再到2010年的第4代移動(dòng)通信，數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到100 Mbit/s。這個(gè)趨勢(shì)可由香農(nóng)信道容量理論來(lái)描述[1]：
[C=iMBilog21+PSPN] （1）
在（1）中， Bi是信道帶寬，PS是信號(hào)強(qiáng)度，PN是干擾強(qiáng)度。從調(diào)變技術(shù)的演進(jìn)過(guò)程可看出，為了更有效地提高傳輸數(shù)據(jù)量，科學(xué)家已把調(diào)變方法從時(shí)間域轉(zhuǎn)到頻率域，再轉(zhuǎn)到碼域中。唯一可以繼續(xù)開拓的只有空間域了，可見將來(lái)5G的技術(shù)關(guān)鍵將是空間信道技術(shù)。通過(guò)增加每個(gè)基站的天線數(shù)或增加通道數(shù)Bi，或增加信號(hào)功率對(duì)雜波功率比，都可以增加信號(hào)通載量。而使用多輸入多輸出（MIMO）來(lái)增加無(wú)線基站的傳送數(shù)據(jù)能力，已是相當(dāng)普遍的做法了。基站或基站天線數(shù)的增加，也已無(wú)法讓無(wú)線信道容量呈線性增加，甚至當(dāng)天線增加到移動(dòng)數(shù)量后信號(hào)容量也無(wú)法再提升。從上述觀察我們可看出現(xiàn)今的通信技術(shù)無(wú)論在硬件或軟件似乎達(dá)到某一極限。這對(duì)4G移動(dòng)通信的改進(jìn)以及未來(lái)5G移動(dòng)通信的設(shè)計(jì)都蒙上一層陰影。是不是現(xiàn)今無(wú)線移動(dòng)通信理論面臨無(wú)法突破的障礙？頻寬不足是真實(shí)的主因嗎？文章將從電磁理論與技術(shù)角度，探討電磁波傳導(dǎo)現(xiàn)象，并結(jié)合香農(nóng)信道容量理論的實(shí)際使用狀況進(jìn)行討論。
2 近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)的電磁現(xiàn)象
及其影響
在香農(nóng)信道容量理論中PS及PN是代表兩個(gè)標(biāo)量（正實(shí)數(shù)），其前提條件是天線的輻射場(chǎng)是遠(yuǎn)場(chǎng)。目前移動(dòng)通信信道分析中普遍采用如下的一些假設(shè)：
?不考慮發(fā)射天線和接收天線的幾何尺寸。
?不考慮接收發(fā)射天線間的幾何走向，也就是假設(shè)接發(fā)收天線相互水平放置或垂直放置都不會(huì)對(duì)信道產(chǎn)生任何的影響。
?不考慮接發(fā)收天線幾何大小的不同。
?電磁波在空間的傳播是標(biāo)量，可利用射線跟蹤法來(lái)估算多徑。
?天線輻射的電磁波是在自由無(wú)界的空間。
這時(shí)PS及PN所代表的物理量必須是遠(yuǎn)場(chǎng)才有可能實(shí)現(xiàn)。如果是近場(chǎng)的情況，PS及PN是復(fù)數(shù)，此時(shí)香農(nóng)信道容量理論無(wú)法代入復(fù)數(shù)量。
從電磁場(chǎng)理論可以知道，自由平面電磁波是一個(gè)矢量波，并且波的特征和天線的放置有關(guān)，但實(shí)際的天線都是假設(shè)在離地面一定高度的地方，而地面均被假設(shè)是一個(gè)良好的無(wú)限大導(dǎo)體。這時(shí)候除去射線跟蹤法中描述的LoS路徑外，還存在著許多其他的波傳輸路徑，最主要的是地面發(fā)射波和表面波。同樣，當(dāng)天線輻射的電磁波照射到立體的建筑物表面時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生反射波和表面波。無(wú)論是基站的設(shè)置或是室內(nèi)Wi-Fi 接入點(diǎn)的架設(shè)，人們往往沒(méi)有考慮到上述的這些情形。
3 近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)表面波
天線種類非常多，除了熟知的方向性天線如號(hào)角天線，電流流動(dòng)雙極式天線、單極式天線或磁流流動(dòng)的回路天線，另外還有貼片天線等[2-4]。這些不同的天線置于實(shí)際的無(wú)線通信環(huán)境中，其輻射場(chǎng)型（遠(yuǎn)場(chǎng)）往往產(chǎn)生大幅變化。因?yàn)椋兴^的鏡像電流伴隨邊界條件而產(chǎn)生[5-8]。由于是矢量的電磁場(chǎng)，天線的輻射源和它的鏡像所產(chǎn)生的綜合場(chǎng)型會(huì)產(chǎn)生建設(shè)性或破壞性電磁輻射場(chǎng)，這使得遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)型更加不易掌握。因此，天線的擺設(shè)，譬如極化方向、天線和周邊環(huán)境的物理距離，譬如天線Aperture，都會(huì)對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)輻射產(chǎn)生很大影響[9-10]。有兩個(gè)值得注意的問(wèn)題：（1） 多遠(yuǎn)才是遠(yuǎn)場(chǎng)？一般可用d > 2D 2/λ0來(lái)評(píng)估距離天線多遠(yuǎn)才是遠(yuǎn)場(chǎng)。其中，d代表物體距天線的距離，D代表天線的有效輻射面積，λ0代表天線操作頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。假設(shè)一個(gè)1.0 GHz雙極化天線懸掛在20 m空中，其遠(yuǎn)場(chǎng)大約是2.67 km之外。我們可以推測(cè)，大部分時(shí)候，我們是在天線的近場(chǎng)范圍內(nèi)工作。同時(shí)，天線也會(huì)激發(fā)出地面的表面波。表面波的存在，使電磁傳播在地表更復(fù)雜。雖然表面波的研究已有數(shù)十年了，但是它的存在對(duì)電磁無(wú)線通道的影響，迄今尚未有完整的研究。天線所發(fā)出的電磁波，入射到地表時(shí)，除了反射和折射外，地表的表面波也會(huì)和入射波一起作用。（2） 是否能對(duì)表面波多加利用？我們不僅可以增加通道，還可以改進(jìn)無(wú)線移動(dòng)通信品質(zhì)。眾所周知，光是電磁波。太陽(yáng)離我們很遠(yuǎn)，可以假設(shè)成遠(yuǎn)場(chǎng)合電源。即使如此，當(dāng)陽(yáng)光照射到水面時(shí)（水面這時(shí)候可以假設(shè)成理想導(dǎo)體表面），水中不僅僅是一個(gè)太陽(yáng)的鏡像。我們常常看到一條太陽(yáng)的帶子在水面上。如果把我們的眼睛當(dāng)作接收天線（點(diǎn)源），我們除了接收到了太陽(yáng)直射光線和鏡像光線（射線跟蹤法可以描述）外，還收到了水面表面波。
4 近場(chǎng)的波阻抗
天線在遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，有明確的輻射場(chǎng)型；而在近場(chǎng)時(shí)，它的輻射場(chǎng)型隨觀察點(diǎn)到天線的距離變化而變化[11-14]。因此，近場(chǎng)輻射場(chǎng)型是不確定的。利用精準(zhǔn)全波電磁場(chǎng)論我們可計(jì)算在近場(chǎng)時(shí)，電磁波的傳播方向由電場(chǎng)（Et）及磁場(chǎng)（Ht）決定， 所呈現(xiàn)的波阻抗特性。波的阻抗（Z0）由電場(chǎng)（Et）除以磁場(chǎng)（Ht）計(jì)算得出。由于電場(chǎng)與磁場(chǎng)均為向量，包含大小與相位。因此，波的阻抗為復(fù)數(shù)值，不僅隨距離變化，也隨天線極化方向（或天線之?dāng)[設(shè)）、天線的性質(zhì)、天線所處環(huán)境等等而有所不同，其特性類似于一般微小化天線的輸入阻抗特性。由此，如需要設(shè)置近場(chǎng)的天線，可借精密電磁估算出復(fù)數(shù)的波阻抗。由此，我們得以將天線電路系統(tǒng)優(yōu)化。譬如采用共軛復(fù)數(shù)阻抗匹配來(lái)達(dá)到功率匹配目的，這和一般將天線輸入端視為某一正實(shí)數(shù)之阻抗匹配設(shè)計(jì)是截然不同的，也解釋了為什么實(shí)際使用香農(nóng)信道容量理論一直無(wú)法達(dá)到它應(yīng)有的理論的上限值。
5 陣列天線的模型
無(wú)線通信理論工作者及工程師，往往視天線陣列（兩支天線或更多）中的天線為標(biāo)量輻射源，根據(jù)此假設(shè)推導(dǎo)出MIMO使用狀況的空間通道模型，而忽略了實(shí)際上電磁場(chǎng)的是運(yùn)作在矢量場(chǎng)的狀況。雖然大量的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了天線（輻射源）與天線（輻射源）之間的藕合對(duì)通道的影響，但是卻忽略了它們是電磁信號(hào)源。無(wú)論何種形式，都是矢量信號(hào)源，必須考慮天線的極化現(xiàn)象，加上天線尺寸的大小和形狀[2]皆改變了電磁輻射場(chǎng)型。因此，只有準(zhǔn)確地計(jì)算Maxwell方程式所描述的物理狀況才能讓陣列天線信號(hào)處理變得有意義。陣列天線的近場(chǎng)模型，不僅具有單一天線時(shí)的復(fù)數(shù)波阻抗，同時(shí)其藕合天線陣列自身也產(chǎn)生所謂多模的狀態(tài)。而任意被激發(fā)出的陣列天線信號(hào)，即是這種多模天線狀態(tài)的線性組合[15]。電磁場(chǎng)是一個(gè)矢量場(chǎng)的基本物理事實(shí)，一方面讓標(biāo)量場(chǎng)假設(shè)所導(dǎo)出的信號(hào)處理方式變得過(guò)度簡(jiǎn)化，另一方面也騰出一個(gè)大幅改進(jìn)現(xiàn)今信號(hào)處理天線陣列的巨大空間，得以改善4G無(wú)線移動(dòng)通信，或進(jìn)一步研發(fā)更有效率的無(wú)線移動(dòng)通信的空間使用，但這都可源自精確掌握實(shí)際電磁場(chǎng)的電路效應(yīng)。
6 結(jié)束語(yǔ)
文章簡(jiǎn)述了電磁波在無(wú)線電環(huán)境中如何扮演重要角色但又被忽略的情形。此現(xiàn)象若不予以適當(dāng)改進(jìn)， 則無(wú)法對(duì)信號(hào)處理進(jìn)行最佳化設(shè)計(jì)。這是因?yàn)榇蠓冗`背物理現(xiàn)象， 則不可能有最佳設(shè)計(jì)，因此無(wú)法讓無(wú)線電通道傳播更大量且更高速的數(shù)據(jù)。另一方面，用精確電磁計(jì)算得到的天線輻射模型，無(wú)論是近場(chǎng)或遠(yuǎn)場(chǎng)，都提供了最佳化微波通信系統(tǒng)電路的解決方向，從而可大幅提升信號(hào)與雜波的比值（S/N）。因此，無(wú)線電通道和天線系統(tǒng)間電磁物理現(xiàn)象的掌握，對(duì)4G、5G等高速移動(dòng)無(wú)線通信，會(huì)有重要的貢獻(xiàn)。
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【關(guān)鍵詞】電磁輻射； 危害； 防范
1 電磁污染源分析
什么是電磁污染？來(lái)自中國(guó)消費(fèi)者協(xié)會(huì)的信息稱，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交互變化產(chǎn)生電磁波，電磁波向空中發(fā)射或匯汛的現(xiàn)象，叫電磁輻射。
影響人類生活環(huán)境的電磁污染源可分天然的和人為的兩大類。
1.1 天然電磁污染源
天然的電磁污染是某些自然現(xiàn)象引起的。最常見的是雷電，除了可能對(duì)電氣設(shè)備、飛機(jī)、建筑物等直接造成危害外，而且會(huì)在廣大地區(qū)從幾千赫到幾百兆赫以上的極寬頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾。火山噴發(fā)、地震和太陽(yáng)黑子活動(dòng)引起的磁暴等都會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。天然的電磁污染對(duì)短波通信的干擾特別嚴(yán)重。
1.2 人為電磁污染源
人為的電磁污染主要有：（1）廣播電視發(fā)射設(shè)備：主要部門為各地廣播電視局：輻射特征為大功率定時(shí)全向發(fā)射；轉(zhuǎn)輸信號(hào)送至天線輻射出去。（2）通信雷達(dá)及導(dǎo)航發(fā)射設(shè)備：通信包括短波發(fā)射臺(tái)、微波通信站、地面衛(wèi)星通信站、移動(dòng)通信基站、專業(yè)通信網(wǎng)站、尋呼通信基站。通信、雷達(dá)及導(dǎo)航多為定向不定時(shí)發(fā)射，傳輸信號(hào)同樣通過(guò)天線輻射出去。（3）工業(yè)、科研、醫(yī)療高頻設(shè)備：該類設(shè)備把電能轉(zhuǎn)換為熱能或其它能量加以利用，某些設(shè)備例如切斷大電流電路時(shí)產(chǎn)生的火花放電，其瞬時(shí)電流變率很大，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾。它在本質(zhì)上與雷電相同，只是影響區(qū)域較小。（4）電力系統(tǒng)電磁輻射：高壓輸電線包括架空輸電線和地下電纜；變電站包括發(fā)電廠（升壓站）和變壓器電站降壓站，它并不以電磁波形式向外輻射，但在近場(chǎng)區(qū)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾。（5）交通系統(tǒng)電磁輻射干擾：電氣化鐵路、輕軌及電氣化鐵道、有軌電車、無(wú)軌電車等。（6）各種家用電器、電子設(shè)備、辦公自動(dòng)化設(shè)備、移動(dòng)通訊設(shè)備等電器裝置。只要它們處于操作使用狀態(tài)，它的周圍就會(huì)存在電磁輻射。
2 電磁幅射的危害
2.1 電磁幅射傳播途徑
電磁幅射是如何對(duì)人體產(chǎn)生影響的呢？電磁波由具有一定發(fā)射功率的電磁源產(chǎn)生，并通過(guò)空氣傳播，無(wú)色無(wú)味無(wú)形，進(jìn)入人們的生活空間，可以穿透包括人體在內(nèi)的多種物質(zhì)，對(duì)人體健康構(gòu)成一定威脅。
2.2 電磁輻射對(duì)人體健康產(chǎn)生的影響
據(jù)專家介紹，長(zhǎng)期處于高電磁輻射環(huán)境下，可能會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生以下影響：①對(duì)心血管系統(tǒng)的影響，表現(xiàn)為心悸，失眠，部分女性經(jīng)期紊亂，心動(dòng)過(guò)緩，心搏血量減少，竇性心率不齊，白細(xì)胞減少，免疫功能下降等。②對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)的影響，表現(xiàn)為視力下降，引起白內(nèi)障等。③對(duì)生殖系統(tǒng)的影響，表現(xiàn)為降低，男子質(zhì)量降低，使孕婦發(fā)生自然流產(chǎn)和胎兒畸形等。④長(zhǎng)期處于高電磁輻射的環(huán)境中，會(huì)使血液、淋巴液和細(xì)胞原生質(zhì)發(fā)生改變；影響人體的循環(huán)系統(tǒng)、免疫、生殖和代謝功能，嚴(yán)重的還會(huì)誘發(fā)癌癥，并會(huì)加速人體的癌細(xì)胞增殖。⑤裝有心臟起搏器的病人處于高電磁輻射的環(huán)境中，會(huì)影響心臟起搏器的正常使用。
3 電磁幅射的防范
3.1 電磁輻射的一般防范
針對(duì)我們身邊接觸到的電磁輻射可能給消費(fèi)者帶來(lái)的人身健康威脅，中國(guó)消費(fèi)者協(xié)會(huì)鄭重發(fā)出2001年第9號(hào)消費(fèi)警示，提醒廣大消費(fèi)者：①多了解有關(guān)電磁輻射的常識(shí)，學(xué)會(huì)防范措施，加強(qiáng)安全防范。如：對(duì)配有應(yīng)用手冊(cè)的電器，應(yīng)嚴(yán)格按指示規(guī)范操作，保持安全操作距離等。②不要把家用電器擺放得過(guò)于集中，或經(jīng)常一起使用，以免使自己暴露在超劑量輻射的危險(xiǎn)之中。特別是電視、電腦、冰箱等電器更不宜集中擺放在臥室里。③各種家用電器、辦公設(shè)備、移動(dòng)電話等都應(yīng)盡量避免長(zhǎng)時(shí)間操作。如電視、電腦等電器需要較長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，應(yīng)注意至少每一小時(shí)離開一次，采用眺望遠(yuǎn)方或閉上眼睛的方式，以減少眼睛的疲勞程度和所受輻射影響。④當(dāng)電器暫停使用時(shí)，最好不要讓它們處于待機(jī)狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)可產(chǎn)生較微弱的電磁場(chǎng)，長(zhǎng)時(shí)間也會(huì)產(chǎn)生輻射積累。⑤對(duì)各種電器的使用，應(yīng)保持一定的安全距離。如眼睛離電視熒光屏的距離，一般為熒光屏寬度的5倍左右；微波爐在開啟之后要離開至少一米遠(yuǎn)，孕婦和小孩應(yīng)盡量遠(yuǎn)離微波爐；手機(jī)在使用時(shí)，應(yīng)盡量使頭部與手機(jī)天線的距離遠(yuǎn)一些，最好使用分離耳機(jī)和話筒接聽電話。
3.2 電磁輻射的特殊防范
人們?nèi)绻L(zhǎng)期涉身于超劑量電磁輻射環(huán)境中，應(yīng)注意采取以下自我保護(hù)措施：（1）居住、工作在高壓線、變電站、電臺(tái)、電視臺(tái)、雷達(dá)站、電磁波發(fā)射塔附近的人員，佩戴心臟起搏器的患者，經(jīng)常使用電子儀器、醫(yī)療設(shè)備、辦公自動(dòng)化設(shè)備的人員，以及生活在現(xiàn)代電器自動(dòng)化環(huán)境中的人群，特別是抵抗力較弱的孕婦、兒童、老人及病患者，有條件的應(yīng)配備針對(duì)電磁輻射的屏蔽防護(hù)服，將電磁輻射最大限度地阻擋在身體之外。（2）電視、電腦等有顯示屏的電器設(shè)備可安裝電磁輻射保護(hù)屏，使用者還可配戴防輻射眼鏡，以防止屏幕輻射出的電磁波直接作用于人體。（3）手機(jī)接通瞬間釋放的電磁輻射最大，為此最好在手機(jī)響過(guò)一兩秒后或電話兩次鈴聲間歇中接聽電話。（4）電視、電腦等電器的屏幕產(chǎn)生的輻射會(huì)導(dǎo)致人體皮膚干燥缺水，加速皮膚老化，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致皮膚癌，所以，在使用完上述電器后應(yīng)及時(shí)洗臉。（5）多食用一些胡蘿卜、豆芽、西紅柿、油菜、海帶、卷心菜、瘦肉、動(dòng)物肝臟等富含維生素A、C和蛋白質(zhì)的食物，以利于調(diào)節(jié)人體電磁場(chǎng)紊亂狀態(tài)，加強(qiáng)肌體抵抗電磁輻射的能力。
無(wú)線通信 渦旋電磁波 軌道角動(dòng)量 渦旋性
A Survey on the Application of Vortices Wave in Wireless Communication
HUANG Jia-bin1， WAN Pin1， WANG Yong-hua1，2， HUANG Wei1， JIANG Wei-yong1
（1. School of Automation， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006， China；
2. Shenzhen Key Laboratory of High Performance Data Mining， Shenzhen 518055， China）
As a new technology， vortices wave can greatly broaden the bandwidth of wireless communication， effectively solving the problem of lacking wireless spectrum resources， in the meantime， having a revolutionary impact on the wireless communication. In this paper， the latest research progress of vortices wave used in wireless communication is introduced， including the concept of vortices wave， the effect of orbital angular momentum in the vortices wave communication， the experimental verification of electromagnetic vortices， as well as the sending and receiving problems of electromagnetic vortices wave. Finally， some problems that remain in the application of electromagnetic vortices wave in wireless communication are pointed out， as well as the next research emphasis is proposed.
wireless communication vortices wave orbital angular momentum vorticity
1 引言
隨著無(wú)線通信技術(shù)的高速發(fā)展，無(wú)線通信系統(tǒng)所分配的頻譜變得異常擁擠，頻譜資源貧乏的問(wèn)題日益嚴(yán)重，已成為無(wú)線移動(dòng)通信與服務(wù)應(yīng)用持續(xù)發(fā)展的瓶頸。為緩解頻譜資源與日益增長(zhǎng)的無(wú)線業(yè)務(wù)需求之間的矛盾，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。但瑞典空間物理研究所Bo Thide教授等人另辟蹊徑，通過(guò)實(shí)驗(yàn)將一束電磁波扭曲成一束渦旋電磁波，并提出了利用渦旋電磁波用于增大無(wú)線通信容量的設(shè)想。
2011年6月24日，Bo Thide教授研究團(tuán)隊(duì)在意大利威尼斯的瀉湖展開了一個(gè)引人注目的實(shí)驗(yàn)，證明利用電磁波的軌道角動(dòng)量即通過(guò)扭曲電磁波，可大幅提升無(wú)線通信的容量。在通常情況下，同一頻率只能傳輸一路信息。而在此，他們通過(guò)對(duì)電磁波的不同軌道角動(dòng)量進(jìn)行編碼，即使在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，也可實(shí)現(xiàn)同一頻率（實(shí)際上是一個(gè)頻帶）傳輸多路信息，這就有可能大幅度提升現(xiàn)有的無(wú)線通信容量（帶寬）。理論上，即使在不使用偏振或密集編碼技術(shù)的情況下，這項(xiàng)新的無(wú)線通信技術(shù)也可在某一固定頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)限多的信道傳輸，這對(duì)解決日益突出的無(wú)線通信頻譜擁擠問(wèn)題提供了一個(gè)全新的解決思路。
2 軌道角動(dòng)量和渦旋電磁波
根據(jù)麥克斯韋的經(jīng)典電磁理論，電磁場(chǎng)能同時(shí)運(yùn)載能量和動(dòng)量，其中動(dòng)量又包括線性動(dòng)量和角動(dòng)量。線性動(dòng)量與平動(dòng)、力作用相關(guān)；角動(dòng)量與轉(zhuǎn)動(dòng)、扭矩作用相關(guān)。對(duì)于角動(dòng)量來(lái)說(shuō)，電磁場(chǎng)的總角動(dòng)量J可分解成兩個(gè)部分，首先是軌道角動(dòng)量L，它與空間分布有關(guān)；另一個(gè)是光子內(nèi)在的固有的自旋角動(dòng)量S，它與偏振有關(guān)，二者滿足J=L+S。一般意義上，一個(gè)沿著直線運(yùn)動(dòng)的小球沒(méi)有角動(dòng)量，一個(gè)繞著Z軸旋轉(zhuǎn)的小球有角動(dòng)量。因此，一個(gè)平面波中的光子是沒(méi)有軌道角動(dòng)量的；而一個(gè)具有螺旋波前波中的光子是具有軌道角動(dòng)量的。
軌道角動(dòng)量的本征態(tài)具有相位因子為，軌道角動(dòng)量的本征態(tài)可以表征為一個(gè)量化的拓?fù)浜桑渲袨槿我庹麛?shù)（），表示繞光束閉合環(huán)路一周線積分為2π整數(shù)倍的個(gè)數(shù)。然而在大多數(shù)情況下，軌道角動(dòng)量并不是一個(gè)整數(shù)值R。
非整數(shù)型軌道角動(dòng)量分解成正交傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式：
Z （1）
公式（1）表明：渦旋的拓?fù)浜赏ǔＳ姓椭担馐械拿總€(gè)光子可以攜帶軌道角動(dòng)量中任何整型值。
決定渦旋場(chǎng)的相位分布的是相位因子。渦旋光束具有柱對(duì)稱的傳播性質(zhì)，這種光束中心光強(qiáng)為零，并且在傳播過(guò)程中也保持著此性質(zhì)。渦旋光束的相位波前成螺旋狀，且其繞著渦旋中心旋轉(zhuǎn)。受到相位因子的影響，渦旋光束的相位波前繞渦旋中心旋轉(zhuǎn)一周，相位改變2π，并且相位波前在沿傳播方向上形成螺旋狀，它們都有螺旋狀的非平面波前結(jié)構(gòu)，如圖1所示：
在圖1中，（a）（b）（c）（d）（e）分別表示拓?fù)浜蔀?+2，=+1，=0，=-1，=-2的五束光束的波前分布。
Bo Thide教授等人從光學(xué)渦旋中得到啟發(fā)，借鑒了光學(xué)渦旋產(chǎn)生的方法，提出了渦旋電磁波這個(gè)概念。
最簡(jiǎn)單的電磁波有一個(gè)波前，波峰和波谷可以連接在一個(gè)虛平面上，與波的傳播方向垂直。但是如果波束被扭曲了，波前會(huì)以螺旋狀態(tài)旋轉(zhuǎn)于波的傳播方向，產(chǎn)生一個(gè)渦旋，而且波前中心的場(chǎng)強(qiáng)為零。物理學(xué)家把這種扭曲的波束稱作渦旋電磁波，它是具有連續(xù)螺旋狀相位的電磁波。
3 電磁波渦旋性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
渦旋是在電磁輻射中普遍存在的一種現(xiàn)象。當(dāng)電磁波中存在著類似于晶體的“螺旋式缺陷”時(shí)，波前會(huì)繞其傳播方向以螺旋方式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，形成螺旋形的波前，非常類似于流體中的渦旋現(xiàn)象。早在19世紀(jì)30年代，George Biddell Airy就觀測(cè)到在透鏡焦平面處有反常的光環(huán)存在。1952年，Braunbek和Laukien在一束平面波和其經(jīng)半反射屏反射光束的干涉場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)了渦旋。1989年，Coullet等開始對(duì)激光腔中的非線性光學(xué)渦旋產(chǎn)生了興趣，并首次引入“光學(xué)渦旋”（Optical Vortices）這一術(shù)語(yǔ)。1992年，Allen等人證明在近軸傳播的條件下，具有相位因子的光束（即光學(xué)渦旋）具有的軌道角動(dòng)量。1995年，He最早觀察到光學(xué)渦旋軌道角動(dòng)量對(duì)粒子的傳遞，實(shí)現(xiàn)利用光渦旋操縱微小粒子。2004年，F(xiàn)ischer對(duì)部分相干光（謝爾光束）聚焦場(chǎng)的相關(guān)特性作了分析，發(fā)現(xiàn)在焦面也存在有相干渦旋。
2011年5月，瑞典空間物理研究所Bo Thide教授和其意大利同事小組在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)，證明渦旋電磁波的存在。他們利用一種通常用于長(zhǎng)距離通信的無(wú)線路由器天線發(fā)射電磁波，通過(guò)一個(gè)離天線數(shù)米遠(yuǎn)的八級(jí)螺旋階梯狀結(jié)構(gòu)的反射器（見圖2）來(lái)反映電磁波的情況，要求反射器的軸線與電磁波束平行。他們的中心思想是當(dāng)電磁波入射到反射器后，波前的不同區(qū)域會(huì)反射到不同的階梯上，從而引起相鄰部分的反射有一個(gè)相對(duì)延遲，進(jìn)而導(dǎo)致波前扭曲，并且會(huì)在反射器上顯現(xiàn)形狀。
圖2 八級(jí)螺旋階梯狀結(jié)構(gòu)的反射器
圖2中八級(jí)螺旋階梯狀結(jié)構(gòu)的反射器由聚苯乙烯泡沫塑料塊制作而成，修剪成有八級(jí)階梯狀的結(jié)構(gòu)。除了-45°方向（此處的相位階躍為+2π），反射器的每一個(gè)階梯引入一個(gè)（-π/8）的依次局部間斷的相位階躍。
如果說(shuō)反射器上有N個(gè)離散的階梯并出現(xiàn)了一個(gè)表面距離ησ，那么波長(zhǎng)為λ的電磁波的軌道角動(dòng)量可以表示為：
（2）
其中，ησ=-6.22cm，λ=12.49cm（f=2.40GHz），取N=8。通過(guò)公式（2）可以計(jì)算出一個(gè)非整型的軌道角動(dòng)量值為：α≈-1.12。
4 渦旋電磁波的發(fā)送與接收
為了讓他們的科研成果更具有說(shuō)服力，Bo Thide教授研究團(tuán)隊(duì)在意大利威尼斯的瀉湖向公眾演示他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)兩列不相干的電磁波以相同的頻率傳播，但以不同的軌道角動(dòng)量編碼，同時(shí)在兩個(gè)獨(dú)立的無(wú)線電信道中傳輸。
實(shí)驗(yàn)略圖和原理圖如圖3、圖4所示：
圖3從左到右依次是：發(fā)射天線、渦旋電磁波、接收天線A和B、電磁波的奇點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中接收天線之所以這樣放置，是為了便于電磁波的奇點(diǎn)位于接收天線AB的基線中間位置。
實(shí)驗(yàn)所用的發(fā)射裝置包括16.5dBi增益的商業(yè)Yagi–Uda天線和直徑d為80cm、26dBi增益的螺旋狀的拋物面天線。它們產(chǎn)生并發(fā)送了兩束正交的電磁波，其拓?fù)浜煞謩e為=0，=1。拓?fù)浜?0的電磁波由Yagi–Uda天線產(chǎn)生，而拓?fù)浜?1的電磁波則由螺旋狀的拋物面天線發(fā)出。
接收裝置包括兩個(gè)商業(yè)音頻/視頻可協(xié)調(diào)接收器。兩個(gè)接收器直接與兩個(gè)相同的16.5dBi增益的Yagi–Uda天線A、B相連，且兩天線調(diào)諧到2.4GHz，兩者之間的間距控制在4.5m。其中所有天線都具有水平偏振。天線A、B通過(guò)加法器模塊與180°相移電纜相連是為了構(gòu)造成相位干涉儀。
由于有Wi-Fi等其他資源的存在，在接收端利用這樣的接收天線就是為了最大可能減少現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的電磁干擾。利用發(fā)出的兩束電磁波的波前相位特性的不同，天線A可自由選擇其中的某束電磁波，而天線B只能在正交的水平方向移動(dòng)。其水平和豎直方向線性動(dòng)量的波瓣輻射圖如圖5所示。
干涉儀測(cè)量天線A、B之間的相位差，表征了電磁波的空間相位特性，實(shí)際上就是渦旋電磁波場(chǎng)的“指紋”。為了區(qū)分電磁場(chǎng)的兩種不同的空間模式，天線A、B和電磁波奇點(diǎn)應(yīng)該在同一直線上，其中奇點(diǎn)位于天線A、B的中點(diǎn)位置。如果這樣，拓?fù)浜?1的電磁波會(huì)兩天線之間產(chǎn)生180°的相位差，隨后補(bǔ)償延遲，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)最大場(chǎng)強(qiáng)。然而，拓?fù)浜?0的電磁波在相同的裝置實(shí)驗(yàn)下，則有0°的相位差，產(chǎn)生一個(gè)最小場(chǎng)強(qiáng)。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文綜述了渦旋電磁波的產(chǎn)生、發(fā)送、接收機(jī)理，及其在無(wú)線通信中的應(yīng)用。雖然Bo Thide教授和其意大利同事小組開展實(shí)驗(yàn)證明了通過(guò)扭曲電磁波即產(chǎn)生渦旋電磁波用于無(wú)線電通信可以大幅度提高通信容量，能給無(wú)線電通信帶來(lái)革命性的影響。但是渦旋電磁波在無(wú)線電通信中的應(yīng)用研究中還存在一些問(wèn)題：
（1）大氣湍流（引起信號(hào)的振幅和相位擾動(dòng)）很可能限制電磁波束的扭曲程度，從而限制可用信道的數(shù)目；
（2）脫離實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，普通的通訊設(shè)備如何產(chǎn)生渦旋電磁波、如何做到設(shè)備的集成化；
（3）諸如手機(jī)、平板電腦之類的移動(dòng)設(shè)備如何發(fā)射渦旋電磁波，因?yàn)槊總€(gè)通信信道都需要獨(dú)立的螺旋發(fā)射器。
針對(duì)上述問(wèn)題，Tamburini教授已經(jīng)設(shè)計(jì)并模擬證明了一個(gè)并不要求每個(gè)信道都要有各自的螺旋反射器的方案，目前正在建立原型系統(tǒng)并申請(qǐng)專利保護(hù)。但是今后的研究重點(diǎn)還應(yīng)放在以下三個(gè)方面：
（1）渦旋電磁波軌道角動(dòng)量的產(chǎn)生、精確控制和測(cè)量是很有挑戰(zhàn)和實(shí)驗(yàn)價(jià)值的工作；
（2）在渦旋電磁波上的編碼原理有待進(jìn)一步研究；
（3）如何向一個(gè)正在移動(dòng)的裝置發(fā)送和接收渦旋電磁波上依舊是一個(gè)需要攻克的難題。
作為一項(xiàng)新技術(shù)，渦旋電磁波在無(wú)線電通信中的應(yīng)用還面臨許多問(wèn)題，但隨著研究的不斷深入，相信這項(xiàng)新技術(shù)會(huì)讓無(wú)線移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)新的突破。
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關(guān)鍵詞 電磁場(chǎng)與電磁波 電磁學(xué) 區(qū)別 教學(xué)銜接
中圖分類號(hào)：G648.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2016）15-0004-02
一、引言
“大學(xué)物理”是我國(guó)高等院校理工科類非物理專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，其主要目的是為后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。“電磁場(chǎng)與電磁波” 是高等院校電子類和通信類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)與電磁波的基本屬性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及相應(yīng)工程應(yīng)用等內(nèi)容，但前期基礎(chǔ)就是“大學(xué)物理.電磁學(xué)”（后簡(jiǎn)稱“電磁學(xué)”）的核心內(nèi)容，但在知識(shí)內(nèi)容的深度、廣度及實(shí)用性方面都有加深和拓展，同時(shí)也存在內(nèi)容重疊的部分。為了避免“電磁場(chǎng)與電磁波”在教學(xué)過(guò)程中與“電磁學(xué)”中知識(shí)內(nèi)容的重復(fù)，讓學(xué)生更好地學(xué)好“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的核心內(nèi)容，應(yīng)分析 “電磁學(xué)”與“電磁場(chǎng)與電磁波”的區(qū)別，并規(guī)劃好二者的教學(xué)銜接問(wèn)題，提高教學(xué)效率，保證教學(xué)質(zhì)量。
二、教學(xué)銜接問(wèn)題
“電磁場(chǎng)與電磁波”與“電磁學(xué)”這兩門課程從內(nèi)容上來(lái)看都會(huì)涉及到電磁運(yùn)動(dòng)基本理論和電磁波相關(guān)理論，從研究的對(duì)象來(lái)看，本質(zhì)區(qū)別不大。但是由于它們?cè)诮虒W(xué)目標(biāo)上的區(qū)別，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容上也存在很大的差異，因此我們應(yīng)在教學(xué)方法、教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)思路上區(qū)別對(duì)待，并做好教學(xué)銜接，提高教學(xué)效率，改善教學(xué)效果。
1.教學(xué)目標(biāo)的銜接。“電磁學(xué)”課程一般在大學(xué)一年級(jí)開設(shè)，其作為一門通識(shí)性基礎(chǔ)課程，主要對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁波的基本概念、基本規(guī)律和基本方法進(jìn)行學(xué)習(xí)和理解，為學(xué)生以后專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。“電磁場(chǎng)與電磁波”是工科類高校電子工程、信息工程、通信工程等專業(yè)學(xué)生的必修課程，是信息技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是電子信息大類專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)部分。在課程定位上，其作為專業(yè)基礎(chǔ)課，將為后續(xù)“微波技術(shù)”“射頻通信電路”“電信傳輸理論”等專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。因此，相對(duì)于“電磁學(xué)”這門公共基礎(chǔ)課而言，其教學(xué)目標(biāo)不同。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生建立電磁場(chǎng)的概念，認(rèn)識(shí)電磁場(chǎng)的物質(zhì)性，掌握電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，理解麥克斯韋方程的表達(dá)形式及其物理意義，并讓學(xué)生掌握一些典型電磁場(chǎng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)建模與求解，使學(xué)生能夠用“場(chǎng)”的觀點(diǎn)去思考、分析和計(jì)算一些簡(jiǎn)單的電磁場(chǎng)基本問(wèn)題。這將對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)功底、邏輯推理、理性思維能力有一定的拓展。可以說(shuō)，兩門課程在教學(xué)目標(biāo)上是一個(gè)由低到高的層次遞進(jìn)關(guān)系。
2.教學(xué)內(nèi)容的銜接。從教學(xué)內(nèi)容上看，“電磁學(xué)”課程介紹了靜電場(chǎng)的基本性質(zhì)、穩(wěn)恒磁場(chǎng)的基本規(guī)律、電磁感應(yīng)的基本規(guī)律，并簡(jiǎn)單地引出麥克斯韋方程組，至于時(shí)變電磁場(chǎng)、平面電磁波、傳輸線、波導(dǎo)、天線等問(wèn)題均未涉及。故它只是從“靜態(tài)”的觀點(diǎn)對(duì)電磁場(chǎng)的基本問(wèn)題進(jìn)行講解，使學(xué)生從整體上對(duì)電磁場(chǎng)有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)。而“電磁場(chǎng)與電磁波”作為電子信息大類專業(yè)不可或缺的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容豐富的同時(shí)，難度也有所增加。它包括“電磁場(chǎng)”與“電磁波”兩大部分的核心內(nèi)容。“電磁場(chǎng)”部分是在“電磁學(xué)”課程的基礎(chǔ)上，運(yùn)用矢量分析描述靜電場(chǎng)、恒定電流場(chǎng)和靜磁場(chǎng)的基本物理概念，在總結(jié)基本實(shí)驗(yàn)定律的基礎(chǔ)上給出時(shí)變電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，引出邊界條件，學(xué)習(xí)靜電場(chǎng)問(wèn)題的求解方法，如鏡像法、分離變量法等。“電磁波”部分主要介紹電磁波在真空和介質(zhì)中的傳播規(guī)律以及天線的基本理論。具體內(nèi)容包括平面電磁波、傳輸線理論、導(dǎo)行電磁波以及電磁波輻射等部分。即這部分內(nèi)容主要從“動(dòng)態(tài)”角度描述和分析電磁波。可見，在教學(xué)內(nèi)容上，“電磁場(chǎng)與電磁波”課程相對(duì)于“電磁學(xué)”課程不是簡(jiǎn)單的重復(fù)，而是知識(shí)體系的遞進(jìn)關(guān)系。
3.教學(xué)方法的銜接。“電磁學(xué)”課程的知識(shí)相對(duì)簡(jiǎn)單，很多概念和規(guī)律都是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)后抽象出物理模型而建立起來(lái)的。而“電磁場(chǎng)與電磁波”課程卻側(cè)重于利用矢量分析和場(chǎng)論等數(shù)學(xué)工具，對(duì)物理模型所滿足的物理規(guī)律進(jìn)行嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，得出合理的結(jié)論，形成完整的理論知識(shí)體系。因此，在教學(xué)中我們應(yīng)該有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生從“形象思維”向“抽象思維”轉(zhuǎn)變與過(guò)渡，引導(dǎo)他們通過(guò)理性的思考、嚴(yán)密的分析、邏輯的推理來(lái)學(xué)習(xí)和理解電磁波傳播的內(nèi)在規(guī)律。在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，輔助以一些仿真（HFSS、CST、MATLAB等）和演示驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)電磁波現(xiàn)象和規(guī)律的理解。這樣才能在教學(xué)方法上對(duì)兩門課程進(jìn)行良好的銜接，改善教學(xué)效果。
三、結(jié)語(yǔ)
本文從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法上分析“電磁場(chǎng)與電磁波”與“電磁學(xué)”兩門課程的區(qū)別，找出它們之間的切入點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中對(duì)兩門課程進(jìn)行良好的銜接、承前啟后，使學(xué)生在知識(shí)上自然過(guò)渡，樹立學(xué)習(xí)的信心，提高“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的教學(xué)效率， 保證課程的教學(xué)質(zhì)量，具有一定的參考價(jià)值。
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關(guān)鍵詞：仿真軟件；優(yōu)化；可視化
中圖分類號(hào)：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）04-0792-03
電磁場(chǎng)與電磁波課程是電子信息科學(xué)專業(yè)學(xué)生必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程理論性強(qiáng)，相關(guān)定理模型抽象。由于電磁場(chǎng)、電磁波看不見、摸不著，傳統(tǒng)教學(xué)基本依據(jù)公式推導(dǎo)出其傳播特性、存在狀態(tài)等特性，抽象的定律、嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推證令學(xué)生望而生畏。整個(gè)教學(xué)過(guò)程既難教又難學(xué)，而近幾年該課程在教學(xué)內(nèi)容不變的情況下課時(shí)卻不斷被壓縮。因此，如何在教學(xué)過(guò)程中把握重點(diǎn)、弱化數(shù)學(xué)比例、優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)成為課程改革重點(diǎn)。
結(jié)合長(zhǎng)期積累的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，修改教學(xué)文件，將仿真軟件引入電磁場(chǎng)與電磁波的教學(xué)中，把課程中抽象概念定理以三維模型的形式直觀的展示給學(xué)生；利用軟件模擬各種電磁波分布形式、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和自由空間電磁波的特性等，并能動(dòng)態(tài)模擬電磁波的傳播和輻射特性；利用軟件簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)計(jì)算，減少公式推導(dǎo)過(guò)程；還可以設(shè)計(jì)電磁仿真實(shí)驗(yàn)，把理論教學(xué)和仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效結(jié)合起來(lái)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，收到了較好的教學(xué)效果。
1 仿真軟件在教學(xué)中應(yīng)用
1）基本概念、定理定律的仿真演示。本課程涉及較多的定理，庫(kù)侖定律、安培力定律、高斯通量定理、安培環(huán)路定律等定理是研究電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)，電磁場(chǎng)的理論基礎(chǔ)麥克斯韋方程組也是由這些定理上推導(dǎo)總結(jié)出。以往在講解過(guò)程中，公式繁雜， 推導(dǎo)多， 學(xué)生用大量的時(shí)間理解定律模型、復(fù)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)，浪費(fèi)大量學(xué)時(shí)，反而忽略了對(duì)概念本身的理解。利用仿真軟件將這些定理動(dòng)態(tài)演示，將復(fù)雜的電磁場(chǎng)理論通過(guò)演示的方式表示出來(lái)，結(jié)果清晰、直觀的表現(xiàn)出了各種電磁場(chǎng)模型的特性，形象、直觀、便于理解，它不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且加快學(xué)生理解速度提高了教學(xué)質(zhì)量。
2）電磁場(chǎng)和電磁波的存在形式、特性分布等內(nèi)容的圖示化。課程中涉及較多的求解場(chǎng)量分布、特性等內(nèi)容，以往教學(xué)中推導(dǎo)出結(jié)果都是數(shù)學(xué)公式，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)薄弱和空間思維差的學(xué)生而言整個(gè)教學(xué)過(guò)程就像解數(shù)學(xué)題、而與場(chǎng)無(wú)關(guān)。我們利用軟件將常見的場(chǎng)量分布形式圖形化，根據(jù)源的不同分布求出不同場(chǎng)圖，繪制矢量線（電力線、磁力線）、等值線（等位線）、箭頭圖等，以幫助學(xué)生更好地理解場(chǎng)。例如電偶極子的電場(chǎng)分布、同軸電纜電場(chǎng)分布、均勻平面電磁波傳播、球面電磁波傳播、矩形波導(dǎo)傳播時(shí)電磁場(chǎng)特性等。
3）計(jì)算方式的簡(jiǎn)化。課程在求解問(wèn)題時(shí)，經(jīng)常會(huì)涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算過(guò)程，利用軟件強(qiáng)大的仿真功能，將計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化，運(yùn)用符號(hào)運(yùn)算功能進(jìn)行數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，根據(jù)數(shù)值計(jì)算功能進(jìn)行習(xí)題求解等，節(jié)約授課時(shí)間，提高教學(xué)效率。如電磁場(chǎng)中梯度、散度、旋度問(wèn)題、求靜態(tài)邊值時(shí)有限差分法、有限元法、鏡像法等。
2 具體應(yīng)用實(shí)例
隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，近幾年出現(xiàn)了大量的電磁場(chǎng)和微波電路仿真軟件，如美國(guó)ANSOFT公司的HFSS（高頻電磁場(chǎng)仿真）、MATLAB、ANSYS等軟件。這些軟件功能強(qiáng)大、界面友好，編程簡(jiǎn)潔、效率高，特別適合于教學(xué)演示和學(xué)生實(shí)踐，用戶可以在短時(shí)間內(nèi)掌握其主要內(nèi)容和基本操作。下面我們簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)具體應(yīng)用實(shí)例：
1）鏡像法
鏡像法是一種求解邊值問(wèn)題的間接方法，其基本原理是：用放置在所求場(chǎng)域之外的假想電荷（即像電荷）等效的替代導(dǎo)體表面（或介質(zhì)分界面）上的感應(yīng)電荷（或極化電荷）對(duì)場(chǎng)分布的影響，從而將求解實(shí)際的邊值問(wèn)題轉(zhuǎn)換為求解無(wú)界空間的問(wèn)題。利用軟件仿真孤立電荷產(chǎn)生的場(chǎng)和像電荷產(chǎn)生場(chǎng)以及疊加后的場(chǎng)，電荷電量、導(dǎo)體半徑等參數(shù)可根據(jù)實(shí)際情況輸入。下圖為半徑為2電荷為4時(shí)產(chǎn)生的場(chǎng)圖。
2）矩形波導(dǎo)傳播
課程在講解矩形波導(dǎo)傳播時(shí)，電磁場(chǎng)分量公式表示如公式所示。
讓學(xué)生根據(jù)公式理解其傳輸特性比較困難。通過(guò)Matlab 計(jì)算并繪出任意時(shí)刻金屬矩形波導(dǎo)的主模 TE10 模的電磁場(chǎng)分布圖，直觀的展示了波的傳輸特性。
3）有限差分法求電磁場(chǎng)靜態(tài)邊值
有限差分法是求電磁場(chǎng)靜態(tài)邊值問(wèn)題的一種數(shù)字計(jì)算法，把連續(xù)空間離散化，空間離散化越細(xì)，解的誤差越小，其計(jì)算量就越大，就使課程中大量時(shí)間用在處理數(shù)據(jù)上。而利用matlab編寫程序，根據(jù)已知條件自動(dòng)生成矩陣數(shù)據(jù)，繪制電場(chǎng)和電力線圖形，使講解過(guò)程清晰明了。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文根據(jù)電磁場(chǎng)與電磁波少學(xué)時(shí)、概念抽象等特點(diǎn)，將仿真軟件強(qiáng)大的計(jì)算與圖像功能運(yùn)用于電磁場(chǎng)與電磁波的教學(xué)中，使電磁場(chǎng)與電磁波分析研究問(wèn)題簡(jiǎn)單方便，幫助學(xué)生直觀的分析和理解課程內(nèi)容，不但能大大加深學(xué)生對(duì)抽象電磁場(chǎng)問(wèn)題的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且也提高了學(xué)生對(duì)工程軟件的實(shí)際應(yīng)用能力，取得了很好的教學(xué)效果。對(duì)提高教學(xué)效果具有非常重要的意義。
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