电磁波相对论简介

电磁波相对论简介

电磁波相对论简介 篇1

1、狭义相对论的两个假设

(1)在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的。这个假设通常称为爱因斯坦相对性原理.

(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,与光源的运动和观察者的运动没有关系。这个假设通常叫做光速不变原理

2、狭义相对论的几个结论

(1)时间间隔的相对性

经典物理学认为,某两个事件,在不同的惯性系中观察,它们发生的时间差,也就是它们的时间间隔,总是相同的.但是,从狭义相对论的两个基本假设出发,我们会看到,时间间隔是相对的.

运动的钟比静止的钟走得慢,即所谓的钟慢效应,而且,运动速度越快,钟走的越慢,接近光速时,钟就几乎停止了。

(2)长度的`相对性

在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短,即所谓的尺缩效应,速度越大,差别也越大,当速度接近光速时,尺子缩成一个点。当杆沿着垂直于自身的方向运动时,测得的长度和静止时一样。

(3)相对论质量

物体以速度v运动时的质量m和它静止时的质量m0之间有如下关系:

微观粒子的运动速度很高,它的质量明显地大于静止质量。

(4)质能方程

相对论另一个重要结论就是大家已经学过的爱因斯坦质能方程:E = mc2

当物体运动的速度比光速小很多时,

1/2mv2就是通常讲的动能,可见牛顿力学是相对论力学在v

3、激光的特性及其应用

激光是同种原子在同样的两个能级间发生跃迁生成的,其特性是:

⑴是相干光。由于是相干光,所以和无线电波一样可以调制,因此可以用来传递信息。光纤通信就是激光和光导纤维结合的产物。

⑵平行度好。传播很远距离之后仍能保持一定强度,因此可以用来精确测距。激光雷达不仅能测距,还能根据多普勒效应测出目标的速度,对目标进行跟踪。还能用于在VCD或计算机光盘上读写数据。

电磁波相对论简介 篇2

评价方法

1. 感应电流密度 (20k Hz~10MHz)

(1) 磁场产生感应电流密度Jeddy (fi, dloop)

用探头模拟头部放在照明设备附近, 测量电磁辐射 (示意图1) 。

头部回路中因磁场产生的感应电压计算公式:

其中:

Vind (fi, dloop) ——频率为fi、距离为dloop时头部回路中的感应电压;

Dloop——头部回路的直径;

B (fi, dloop) ——频率为fi、距离为dloop时的磁场B。

头部回路中磁场产生的感应电流计算公式:

其中:

Ieddy (fi, dloop) ——频率为fi、距离为dloop时头部回路中的感应电流;

A——头部回路的“导线”面积;

σ (fi) ——频率为fi时头部回路的电导率。

一定频率fi和距离dloop时头部回路中因磁场产生的电流密度计算公式:

在电源频率和距离d=0.3 m时, 从照明设备上测得的磁感应强度B约为60n T, 利用σ (fmains) ≤0.09 (引自IEC62311表C.1的脑部值) 和Dloop=Dhead=0.21 m, 计算感应电流密度Jeddy (fi, dloop) 与限值JLim (fi) 之比。结果见表1:

可得出结论, 在电源频率和测量距离d=0.3m时, 头部回路中因磁场产生的电流密度很小, 可忽略不计。

最坏情况下频率为20 k Hz~10 MHz, 测量距离为d时, 头部回路中因磁场产生的电流密度可通过CISPR15磁辐射发射来确定, 2 m大环天线LLA的最大电流频率限值如图2所示。

最大电流可转换为频率fi和任意距离d时的最大磁场B, 解释为天线中心面积为Adipole的虚拟磁耦极子对大环天线LLA的互感公式:

其中:

M——虚拟磁偶极子和大环LLA之间的互感;

Adipole——虚拟磁偶极子的面积;

DLLA——大环天线LLA的直径2 m。

虚拟磁偶极子的动量为Idipole (fi) Adiploe, 其中Idipole (fi) 表示频率fi时虚拟磁偶极子中的虚拟电流。大环天线中的感应电压公式:

大环天线LLA中的电流公式:

式中LLA取值9.96μH。利用大环天线LLA中的电流限值计算虚拟磁偶极子动量Idipole (fi) Adiploe, 然后计算最大电流值所处方向上的场强H。公式适用于10 MHz以下, 最小波长30 m, 近场和远场之间的转变点位于30/2π=4.8 m。对于电磁辐射更关注较近距离处的感应电流密度, 所有计算是在近场条件H~1/d3, 距离dloop处的最大场强表示, 公式 (7) :

其中:Dloop=d+Dhead I2。

频率fi和任意距离dloop时最大磁场B定义公式:

在最坏情况下, x、y、z方向上均达到最大值的磁场B, 公式 (9) :

将公式 (9) 代入公式 (3) 得到公式 (10) :

头部回路在频率20 k Hz~10 MHz, 距离d=0.3m时, 最坏情况的磁场电流密度为公式 (11) :

其结果≤0.15。

(2) 电场产生感应电流密度

人体模型是IEC62311∶2007图C.3描述的均质人体模型, 通常认为人体模型头部距离照明设备最近, 计算电流密度时使用“Van der Hoofden”测试探头。

在最坏情况下, 电源对感应电流密度贡献是相对于接地照明设备存在大平板电压Umains (图1) , d为头部和测量装置之间的距离。

大平板和金属球之间的寄生电容, 可用公式 (12) 和公式 (13) 计算 (摘自W.R.Smythe, 静态电和动态电, Mc GrawHill, 1950[3]) , 图3所示寄生电容与距离成反比衰减关系。

在大多数情况下N取值50。其中:d=0.3 mm, Csphereplate=3p F。

电源造成的颈部电流密度用公式 (14) 计算:

颈部直径Dneck=110 mm。常见电源贡献的计算列于表2。

20 k Hz~10 MHz频率范围的电容电流对感应电流密度的贡献, 按照图4测量装置, 接收机频率阶跃响应符合CISPR16-1-1规定的B6带宽要求, 用公式 (15) 简化表示:

振幅增加频率阶跃公式:

振幅增加频率阶跃等于1.11倍B6 (见表3) 。

从表3中可以看出, 20 k Hz~10 MHz频率范围接收机测量频率步长fstep-ampl应分为两段进行。

2. 热效应 (100 k Hz~300 MHz)

(1) 热效应 (100 k Hz~30 MHz) 贡献

传导发射的最大端电压 (TV) 由CISPR15:2005设定。假设这个端电压由共模电流产生, 电源线的作用是任何频率下的半波长偶极子辐射发射值为最大。已知半波长偶极子辐射阻抗73Ω, 最大辐射功率由公式 (17) 计算:

式中:

Prad, max (100 k Hz~30 MHz) ——在100 k Hz~30 MHz之间的最大辐射功率, 单位为瓦特 (W) ;

Icm (fi) ——频率fi时的共模电流, 单位为安培 (A) 。

根据基尔霍夫定律公式 (17) 表述为公式 (18) :

其中:TVlim (fi) 等于频率fi时符合CISPR15的端电压, 则公式 (18) 的结果为:Prad, max (100 k Hz~30 MHz) ≤5.98 (m W) 。

(2) 热效应 (30 MHz~300 MHz) 贡献

在最坏情况下, 任何频率的照明设备都是作为半波偶极子辐射, 电场E主方向上的最大辐射功率由公式 (19) 给出:

式中:Elim (fi) ——频率fi时的E场限值, 单位为伏每米 (V/m) 。

根据CISPR15场强限值见表4:

由公式 (19) 得到结果:

Prad, max (30MHz~300MHz) ≤0.10 (m W) 。

3. 暴露限值评价

暴露限值的人体感应电流密度评价用公式 (20) 表示:

式中:

J (fi, d) ——频率fi和测量距离d时测得的电流密度;

JLim (fi) ——ICNIRP普通公众fi时的电流密度基本限值。

人体模型中的感应电流密度可由受试照明设备磁场产生的涡电流和电场产生的电容电流组成, 则公式 (20) 又可用公式 (21) 描述。

式中:

Jeddy (fi, d) ——频率fi和测量距离d时因磁场产生的电流密度;

Jcap (fi, d) ——频率fi和测量距离d时因电场产生的电流密度。

为了避免噪声和红外干扰, 照明设备中功率转换的频率大于20 k Hz, 公式 (21) 又可分解为公式 (22) 。

50 Hz或60 Hz的电源频率是1 Hz~20 Hz频率范围内惟一相关频率, 公式 (22) 又可描述为公式 (23) :

磁场产生的感应电流密度, 通过前面的分析将表1电源贡献结果、公式 (11) 代入公式 (23) , 得到近似公式 (24) :

电场产生的感应电流密度, 考虑到表2电源贡献可忽略的因素, 公式 (24) 简化为公式 (25) :

再考虑到接收机的阶跃响应, 可将公式 (25) 分解为公式 (26) :

暴露限值的人体感应电流密度评价使用公式 (26) , 在20k Hz~10MHz频率范围内电场产生感应电流密度的评价。而热效应问题, 通过照明设备的辐射发射功率分析可知:Prad, max (100k Hz~30MHz) ≤5.98 (m W) 和Prad, max (30MHz~300MHz) ≤0.10 (m W) , 远远小于ICNIRP关于头部和躯干 (10 g) 给出的辐射发射功率≤20m W的限值要求, 因此得出结论:任何照明设备如果符合CISPR15辐射发射限值要求, 则符合ICNIRP和IEEE的热效应要求。

测量设备

1.接收机

用于测量电磁干扰EMI的接收机或频谱分析仪应符合CISPR16-1-1要求, 参数列于表5:

2.测试探头 (Van der Hoofden)

Van der Hoofden测试头 (图5所示) , 外径Dhead= (210±5) mm的导电球, 安装在非金属支架上, 通过一根普通导线与保护网络相连。保护网络系数由公式 (27) 确定, 这个系数与计算的特征值偏差应小于±1d B, 保护网络校准应符合本标准附录F要求。

测试中 (图1) 应特别注意测量距离d的问题, 除非制造商另有规定, 照明设备应按照本标准附录A表A.1给出的测量距离评价, 确定测量距离时应将测试头外表面作为参考点, 测量距离d允差为±5%, 在计算测量设备不确定度时应予以考虑。

注:表6A中4) 5) 6) 11) 为可忽略项。

测量设备不确定度

测量设备最大不确定Ubasic估计为30%。GB/T 31275-2014附录G测量设备不确定度给出了计算实例。表6A列出主要影响因素和计算结果Uc=1.88d B (k=2) , 表6B注释和资料对各因素分量来源进行解释说明。测量值变量V计算公式:

结束语

我们讨论人体暴露于照明设备电磁辐射问题, 是因为电磁辐射产生的感应电流对人体有伤害, 这里涉及的照明设备主要是含有电子控制装置的一般照明设备, 它们广泛应用于工业照明、住宅照明、公共场所照明和街道照明设备。如何评价这些设备产生的电磁辐射对人体的影响, 是公众和企业共同关心的问题。随着家用电子产品的迅速增加, 人们对生活中的电磁辐射等不确定因素产生担忧, 由于相关专业知识的缺乏, 也造成公众对电子电器产品产生许多不必要的恐慌。国际组织研究电磁辐射兼容问题, 就是寻找兼容方案。GB/T 31275-2014标准把人体暴露于照明设备电磁辐射的评价, 简化为照明设备的电场产生感应电流密度的评价, 使得研究人体电磁辐射伤害问题更具有针对性。

讨论人体暴露于照明设备电磁辐射量, 辐射距离d是重要参考量之一, 标准附录A给出各种照明设备测量距离, 例如与大众生活相关的有台式灯具 (30 cm) , 壁式灯具 (50 cm) , 小于180W的吸顶式或嵌入式灯具 (50 cm) , 自镇流荧光灯 (30 cm) 等等。只要人们使用灯具保持一定的安全距离, 且照明产品的电磁辐射符合本标准要求, 就可避免电磁辐射对人体的较大伤害。

GB/T 31275-2014《照明设备对人体电磁辐射的评价》标准的实施, 有利于生产企业评价和判断产品是否符合电磁辐射安全要求, 有利于公众了解和正确看待照明设备所产生的电磁辐射。

几种电磁屏蔽简介 篇3

一、静电屏蔽

静电屏蔽的目的在于防止外界的静电场进入到某个特定的区域。静电屏蔽所依据的原理是：在外界静电场的作用下，导体表面电荷将会重新分布，直到导体内部总场强处处为零为止。

对于变化很慢（例如50Hz）的交流电的电磁场而言，虽然其电磁场在不断改变，但由于电场中的导体表面仅在10^-19s数量级时间内就完成重新分布。因此导体上的电荷有足够长的时间来保证内部场强为零，从而屏蔽低频（例如50Hz）交流电的磁场。正是由于这个缘故。所以变化较慢的低频电场的屏蔽也可以归结到静电屏蔽中。

身穿高压作业服的电工师傅，由于被铜丝编织的衣服所包裹，人体内的场强保持为零，所以没有电流从人体中流过，故工作人员是非常安全的。不过，在作业者刚刚接触高压线的一瞬间，高压工作服上的电荷有一个瞬时分布的过程，在这个极短的时间内，人体上会有短暂的微弱电场作用，一般作业者都是能够经受得住这一考验的。静电屏蔽的特点是一般只考虑对静电场的屏蔽，封闭导体的屏蔽作用是完全的（即内部场强可以达到真正等于零），对屏蔽壳的厚度和电导率也没用什么特别要求，即是厚一点还是薄一点的屏蔽壳，屏蔽效果没有什么差别；电导率高的还是电导率低的，效果也相同。只有在把低频交流电场的屏蔽包括在静电屏蔽中时，总是希望屏蔽壳的电导率越高越好。

二、静磁屏蔽

静磁屏蔽的目的在于防止外界的静磁场和低频电流的磁场进入到某个需要保护的区域，这时必须用磁性介质做外壳。静磁屏蔽依据的原理是：在外界磁场的作用下，磁性介质外壳受到感应发生磁化，使得合成以后的总磁场在磁性介质中明显加强，而在磁性介质所包围（或需要保护）的区域内则明显减弱（或者说磁感线大部分从磁性介质中穿过），尤其是封闭外壳的内部，磁场减弱更明显。例如为了使手表能够防磁，通常会在机芯外装上一个铁质的衬套，就是让衬套起到屏蔽作用。

但是从理论上来说，静磁屏蔽的作用是不完全的，即使是封闭外壳，其内部磁场并不能真正地等于零。外壳的厚度与磁导率对屏蔽的效果有非常明显的影响，外壳越厚、磁导率越高，屏蔽的效果就越好。所以在重量和体积受到限制的情况下，常常采用磁导率高达几万的坡莫合金来制作屏蔽壳，而且壳的各个部分要尽量结合紧密，确保磁路畅通。

三、高频电磁场屏蔽

高频电磁场屏蔽的目的在于防止外界的高频电磁场进入到某个区域。由于电磁场的变化频率很高（例如几百万赫兹甚至更高），场中导体上的感应电荷已不能再看成静止的了（导体不再处于静电平衡状态），因此必须用电磁波在导体中的“透入深度”来说明屏蔽的原理：当高频电磁波射向一导体表面并进入表面后，它会在导体中感应出一个高频交变电流，此电流会激发一个新的电磁波，新激发的电磁波在导体内部与入射的电磁波相位相反，同时导体内电流的产生还导致入射波场能的消耗，结果使得导体内部总的电磁场基本上随深度呈指数衰减，可以用“透入深度”来表示衰减的程度。对于良导体，“透入深度”与入射电磁波的频率、电导率及磁导率都有关系：频率越高、电导率越大、磁导率越大，“透入深度”就越小。像铝、铜、铁这样的金属，1兆赫左右的电磁波在其中的“透入深度”大约为百分之几毫米，所以这些金属只要一张纸那么厚就基本上可以屏蔽l兆赫的电磁波。特别是铁，因为它的磁导率很高，故屏蔽效果特别好。在电子示波器中的示波管外面，总是用一个铁壳把管子包裹起来，它既可以屏蔽外界高频电磁场对电子束的干扰，也可以屏蔽外界电池和低频磁场对电子束的干扰。

不同物种对三种屏蔽的屏蔽效果如下表所示。