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篇1

關鍵詞: 時域有限差分；涂敷材料；雷達散射截面

中圖分類號:O 441；TN 911 文獻標志碼:A 文章編號:1672-8513(2011)05-0412-05

Analysis of the Electromagnetic Scattering Properties of the Coating Target with the Finite-Difference Time-Domain Method

ZHENG Hongxing，LI Yajing

(Institute of Antenna and Microwave Techniques, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222, China)

Abstract: In order to analyze electromagnetic scattering properties of a coating target in wide-band efficiently, one of computational electromagnetic methods, the finite-difference time-domain method has been used in this research. Some of the targets coated with lossy isotropic or anisotropic absorbing materials have been reviewed. The radar cross section (RCS) of these targets, which are affected by the thickness and impedance matching of the coated materials, has been investigated. Simulating results show that the absorbing properties for the electromagnetic wave are very good when parameters satisfy the matching condition, and therefore, the RCS of targets can be reduced significantly.

Key words: finite-difference time-domain; coating materials; radar cross section

雷達散射截面(RCS)是研究目標電磁散射特性的重要參數(shù)，在現(xiàn)代軍事領域有重要應用.減小飛行器等目標的RCS，可以避開雷達的探測，實現(xiàn)所謂的“隱身”.很長一段時間，人們都在致力于尋找減小RCS的有效方法.目前主要有3種技術可供選擇，分別是隱身外形技術、涂敷吸波材料技術以及阻抗加載技術.通常情況下，采用涂敷吸波材料的方法實現(xiàn)隱身［1］.然而，由機等目標的結構非常復雜，它們與電磁波相互作用的分析和計算采用近似方法.伴隨著計算機技術的發(fā)展，計算電磁學得到快速發(fā)展，為研究復雜目標散射提供了一種有效的工具.時域有限差分(FDTD)法［2］是計算電磁學的重要方法之一，在寬頻帶分析方面顯示出獨特的優(yōu)越性.它應用于天線、微波電路設計、電磁兼容和生物電磁學等領域［3-7］的電磁建模與仿真，同時也能夠用于目標電磁散射的計算［8-10］.本文采用FDTD方法研究了單軸各向異性有耗媒質涂敷目標的散射特性，還分別以圓、矩形和橢圓截面的導體柱為例，計算了它們的RCS，與解析結果進行了對比.

1 FDTD公式及其準確建模

在同時具有電損耗和磁損耗的單軸各向異性媒質中，麥克斯韋方程組表示為

Δ×E=－μ0μr•Ht－σm•H，(1a)

Δ×H=ε0εr•Et+σe•E. (1b)

其中μ0和ε0分別為真空中的磁導率和介電常數(shù)，單軸各向異性媒質參數(shù)εr, μr, σe和σm分別表示相對介電常數(shù)、相對磁導率、電導率和導磁系數(shù)，它們均為對角矩陣, 統(tǒng)一表示為［a］3×3=［axx,ayy,azz］dia.采用Yee算法［2］，場分量

fx,y,z,t=fiΔx,jΔy,kΔz,nΔt.(2)

電場E和磁場H的x分量FDTD表達式為

Exn+1i+1/2,j,k=c1Exni+1/2,j,k+c2yHzn+1/2i+1/2,j+1/2,k－Hzn+1/2i+1/2,j－1/2,kΔy－c2zHyn+1/2i+1/2,j,k+1/2－Hyn+1/2i+1/2,j,k－1/2Δz ，(3a)

Hxn+1/2i,j+1/2,k+1/2=d1Hxn－1/2i,j+1/2,k+1/2+d2yEzni,j+1,k+1/2－Ezni,j,k+1/2Δy－d2zEyni,j+1/2,k+1－Eyni,j+1/2,kΔz .(3b)

其中上標n與時間離散點序列相對應，下標i，j，k與空間離散點序列相對應.(3a)和(3b)中的系數(shù)與散射目標模型在空間坐標中的位置有關，分別為

c1=2ε0εr,xxi+1/2,j,k-Δtσe,xx2ε0εr,xxi+1/2,j,k+Δtσe,xxi+1/2,j,k ,(4a)

c2,p=2Δt2ε0εr,ppi+1/2,j,k+Δtσe,ppi+1/2,j,k, p=y,z(4b)

d1=2μ0μr,xxi,j+1/2,k+1/2-Δtσm,xxi,j+1/2,k+1/22μ0μr,xxi,j+1/2,k+1/2+Δtσm,xxi,j+1/2,k+1/2,(4c)

d2,q=-2Δt2μ0μr,qq+Δtσm,qqi,j+1/2,k+1/2, q=y,z(4d)

從(4a)~(4d)可以得到全部計算空間復雜結構目標的模型表達，其余分量有類似形式.這里可以看出，只需要建立復雜結構的幾何模型，麥克斯韋方程組迭代公式(3a)和(3b)不需要修改，因此，F(xiàn)DTD方法特別適合復雜結構的電磁場計算.

值得注意的是，傳統(tǒng)的Yee算法采用矩形網(wǎng)格剖分計算空間，彎曲目標表面建模時階梯近似帶來的計算誤差不可避免.為了克服這種誤差，本文采用媒質參數(shù)線性加權平均的方法［11］對彎曲表面進行精確建模.如圖1所示，如果某個網(wǎng)格跨越2種媒質，考慮立方體網(wǎng)格的其中1個面位于yoz平面，在電磁場的采樣點處，等效媒質參數(shù)為

εeffyi,j,k=［Δy2i,j,k•ε2+Δyi,j,k－Δy2i,j,k•ε1］Δyi,j,k, (5a)

εeffzi,j,k=［Δz2i,j,k•ε2+Δzi,j,k－Δz2i,j,k•ε1］Δzi,j,k. (5b)

媒質其他參數(shù)μr、σe和σm的各個分量具有類似形式.在進行FDTD計算時，按照這個原理對計算目標的數(shù)值模型表面進行預處理，即可得到相對精確的建模，從而克服階梯近似帶來的計算誤差.

2 吸波材料對目標RCS的影響

涂敷吸波材料是減小目標RCS的一種具有實用價值的技術.吸波材料發(fā)揮作用，需要具備2個條件［12］.一個條件是雷達波進入材料內(nèi)部，其能量損耗盡可能大；另一個是吸波材料與空氣界面的波阻抗相匹配，波在通過2種媒質的界面，不發(fā)生反射.

設各向同性媒質同時具有電損耗和磁損耗，考慮一般情況下的電磁參數(shù)為ε=ε′－jε″，μ=μ′－jμ″，則電磁波在媒質中傳播系數(shù)

k=2πfcμε=k′－jk″.(6)

橫電磁波進入到吸波材料內(nèi)部，其能量損失為

Q(x)=E2m•k″/z•cos(φ)•e－2k″x.(7)

其中z=z0μ/ε為媒質中的波阻抗.由(7)式可知，當ε″和μ″很大時, k″才能很大，波的能量很快衰減.此時，材料能夠有效吸收電磁波.

FDTD采用統(tǒng)一的計算公式求解麥克斯韋方程組，不需要專門討論單軸各向異性媒質中非尋常波入射時的反射系數(shù)問題，對于尋常波入射，其規(guī)律與各向同性媒質相同.考慮波在2種媒質分界面的反射情況，當電磁波入射到阻抗分別為z1和z22種媒質的界面時，反射系數(shù)為

R=1－z2/z11+z2/z1,(8)

其中z2=μ2/ε2，z1=μ1/ε1 ，若不發(fā)生反射，則：

μ2/ε2=μ1/ε1 .(9)

對于涂敷材料的使用條件，媒質1是空氣，即ε1=μ1=1.因此，為了滿足上述條件，則ε2=μ2.而ε2=ε2′－jε2″，μ2=μ2′－jμ2″，則需要ε2′=μ2′，ε2″=μ2″, 于是得出

μ2″/μ2′=ε2″/ε2′.(10)

當材料的ε″和μ″很大，且滿足μ″/μ′=ε″/ε′時，即阻抗匹配.吸波材料同時滿足上述條件，涂覆在目標表面時，對雷達波的吸收效果比較好.

3 數(shù)值結果

由于采用了等效媒質參數(shù)建模，必須對上述算法的FDTD程序進行驗證.這里考慮二維目標的RCS(散射寬度)，定義為

σRCSf=10 lg2πrEsfEif2(dBm). (11)

其中Es 和Ei分別為散射和入射的電場分量.當正弦波入射時，以媒質圓柱的二維電磁散射為例，設圓柱半徑r=2λ，εr=3.5計算參數(shù)取λ=0.5m，網(wǎng)格尺寸δ=λ/40，計算區(qū)域取150×150的網(wǎng)格空間，用Mur吸收邊界截斷計算區(qū)域，運行1200時間步.圖2分別給出了橫磁(TM)波和橫電(TE)波φ=0°入射時，媒質圓柱的雙站RCS，結果與解析解完全吻合，驗證了上述方法以及程序的正確性.

當有耗媒質涂敷在截面為矩形的金屬導體柱表面時，設導體柱的邊長分別為a=2.2λ，b=λ，涂敷媒質的相對介電常數(shù)εr=2-j2.在下面的算例中，均定義c=λ/δ.計算時的入射波長λ=1m，網(wǎng)格尺寸δ=λ/40計算區(qū)域取100×100的網(wǎng)格空間.圖3給出平面波φ=0°入射，涂層厚度分別為0.25c、0.15c和0.05c時矩形截面導體柱的雙站RCS，而此時，目標柱的外表面尺寸保持不變.從圖中同樣可以看出，隨著厚度的增加，RCS明顯減小.

當吸波材料涂敷在金屬目標表面，用FDTD方法分析它的電磁散射特性.設金屬橢圓柱的長短半軸分別為a=λ，b=λ/5，涂敷媒質的相對介電常數(shù)εr=2-j2.平面波以0°入射, λ=1m，F(xiàn)DTD的網(wǎng)格參數(shù)δ=λ/40，計算區(qū)域取100×100的網(wǎng)格空間.圖4給出了保持目標表面輪廓尺寸不變，涂層厚度分別為0.25c，0.15c和0.05c時, 橢圓柱的雙站RCS.結果表明，隨著涂層厚度的增加，RCS明顯減小，與解析結果相一致.

根據(jù)前面討論可知，當所加涂層的媒質參數(shù)滿足匹配條件μ″/μ′=ε″/ε′時，可以得到很好的吸波性能.為了驗證在匹配條件下，涂敷吸波材料的吸收效果，我們來計算媒質涂敷金屬橢圓柱的RCS.涂層的厚度取0.15c，媒質參數(shù)取εr=ε′-j ε″=1.6+j0.4，μ=μ′-j μ″=3.2+j0.8，此時μ″/μ′=ε″/ε′=1/4.橢圓柱目標輪廓的半軸長分別為a=λ，b=λ/5.平面波以φ=0°入射, λ=1m，F(xiàn)DTD的網(wǎng)格參數(shù)δ=λ/40，計算區(qū)域取100×100的網(wǎng)格空間，運行1200時間步.圖5給出電磁參數(shù)匹配的媒質涂敷橢圓柱的雙站RCS，與電磁參數(shù)不匹配(εr=2-j 2，μr=1.0)時的結果相比較，從圖中可以看出當涂敷材料的電磁參數(shù)滿足匹配條件時對電磁波的吸波效果更好.

在驗證了簡單幾何結構的散射目標后，我們考慮一個流線型結構的二維機翼模型,如圖6所示［10］.機翼模型沿x和y方向最大尺寸分別為24.0cm和2.16cm，前端涂敷媒質，沿x方向長度3.6cm，厚度1mm.TM波φ=0°入射(迎頭)，頻率為8.5GHz.分別考慮涂層為各向同性和各向異性媒質兩種情況，用FDTD計算它的雙站RCS，結果如圖7所示.各向同性媒質ε=19.86+j2.18ε0, μ=1.96+j2.50μ0；各向異性媒質εzz=2ε0，μxx=2+jμ0，μzz=2－j2μ0, εxx=εyy=ε0, μyy=μ0.FDTD網(wǎng)格尺寸δ=0.25mm，時間步為6000.作為對比，圖中還給出了沒有涂層時金屬機翼的雙站RCS.圖7表明，TM波在機翼前方迎頭入射時，由于表面波的作用，在機翼尾端附近的小范圍內(nèi)，各向同性媒質涂敷機翼的RCS比全金屬機翼大5dB左右.但對于各向異性有耗涂層，在360o觀察范圍內(nèi)，RCS都比全金屬機翼小8dB左右，可見各向異性涂層對目標RCS有明顯的縮減作用.

4 結語

本文討論了FDTD方法計算有耗媒質涂敷目標的散射，通過研究圓柱、方柱和橢圓柱等二維目標表面有涂敷材料時的電磁散射，驗證了程序的準確性.對一個局部涂敷吸波材料的流線型機翼模型的仿真結果顯示，當涂敷材料的厚度適當且媒質參數(shù)滿足某些條件時，可以非常有效地縮減目標的RCS.由于三維結構的計算需要占用較多的計算機資源，關于它的高效計算需要進一步研究.

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收稿日期:2011-05-30.

基金項目:國家自然科學基金(60871026)；天津職業(yè)技術師范大學青年教師基金(K909011) .

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關鍵詞：環(huán)境污染；污染防治；電磁輻射；電磁環(huán)境監(jiān)測

Abstract: The electromagnetic radiation pollution directly influences the environment and human health. This paper analyses the status characteristics of the electromagnetic radiation pollution and pollution in China of electromagnetic radiation, and classification and harm of electromagnetic radiation pollution are discussed. Points out the urgency of pollution prevention and control of electromagnetic radiation in China, as well as the importance of the electromagnetic environmental monitoring.

Key words: environmental pollution; pollution control; electromagnetic radiation; electromagnetic environment monitoring

中圖分類號： X83

一、電磁輻射污染及其特點

1. 電磁輻射污染及其危害性

電磁輻射是指電磁波向空中發(fā)射或泄漏的現(xiàn)象，過量的電磁輻射會造成危害人類身體健康的電磁輻射污染。電磁輻射污染又稱電子霧污染，電臺、電視臺、高壓線、變電站、雷達站、電磁波發(fā)射塔等大型設備；電子儀器、醫(yī)療器械設備、及辦公自動化設備，甚至包括家用電器如微波爐、電視機、手機等在工作時，都會產(chǎn)生各種不同電磁波，這些頻率不同的各種電磁波充斥著我們的生活空間，這些無形的電磁波不但無色無味，還可以穿透包括人體在內(nèi)的任何物質，對人體造成傷害。

隨著電子技術在生活中的應用越來越廣泛，我們生活空間中人為的電磁能量增長十分迅速，電磁輻射污染已成為二十一世紀主要污染源之一。正如世界衛(wèi)生組織最新的公布數(shù)據(jù)顯示：電磁輻射已成為21世紀人類健康最大危害之一。電磁輻射污染對人體危害主要表現(xiàn)有三個效應：累積效應、熱效應和非熱效應。長期科學實驗研究表明，人類若長期處于強電磁輻射環(huán)境下，有可能造成兒童白血病，人體癌細胞加速繁殖，誘發(fā)癌癥，生殖系統(tǒng)受到影響，使得兒童的智力受到損害；強電磁輻射還會影響人的視覺系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)。

2. 電磁輻射污染的特點

電磁環(huán)境是存在于給定場所所有電磁現(xiàn)象的總和，包括了自然的和人為的，有源的（直射波） 和無源的（反射波），靜態(tài)和動態(tài)，它是由不同頻率的電場和磁場組成。電磁輻射污染作為一種新型污染，其主要特點有： 隱蔽性強 ;損害后果的長期性和潛伏性; 電磁輻射污染對人體的影響還存在科學上不確定的因素 ;

二、我國電磁輻射污染現(xiàn)狀

1.電磁輻射已成為我國重要的污染源

二十世紀八十年代以來，隨著人們對生活需求的不斷增加，越來越多的電磁輻射設備被應用到我們的生活空間中，這些設備數(shù)量不斷增加，分布也越來越廣、設備的功率也不斷變大。與此同時，隨著城市人口和建筑的密度不斷增大，電磁輻射已經(jīng)成為一種新的城市污染源。同時在農(nóng)村，居民家用電器不斷增加，電力、通信及交通事業(yè)的發(fā)展也非常迅速，可見電磁輻射污染已由大城市迅速向中小城市及農(nóng)村擴散。1999年5月7日，國家環(huán)保總局正式公告：電磁輻射危害人體健康。2000年3月28日，國家經(jīng)貿(mào)委下發(fā)安全第189 號文件：電磁輻射需加以防護。2001年8月6日，中國消費者協(xié)會第9號消費警示：日常生活需防電磁輻射。

2.我國電磁輻射污染糾紛不斷增加，矛盾不斷激化

近年來，我國的電磁輻射污染糾紛日益增多，電磁輻射污染投訴率居高不下，因電磁輻射污染糾紛提起的訴訟也越來越多。電磁輻射污染的損害后果具有長期性和潛伏性，一般不會因電磁輻射污染立即對人體造成顯而易見的損害后果。故以電磁輻射污染所致人身傷害為由要求損害賠償?shù)募m紛相對較少。但也有越來越多長期暴露在電磁輻射環(huán)境中，現(xiàn)已出現(xiàn)可能與長期電磁輻射污染有關的嚴重損害后果的人，向電磁輻射設施、設備的所有人或使用權人提出了侵權損害賠償?shù)囊蟆?因手機電磁輻射污染引發(fā)的糾紛 ，在使用中產(chǎn)生電磁輻射的產(chǎn)品很多，如各種家用電器、辦公自動化設備等，但消費者最為關注和引發(fā)大量糾紛的產(chǎn)品是手機。但我國至今尚無一部手機電磁輻射的國家標準，監(jiān)管部門也沒有做出在手機上標注輻射量的強制性要求，使得手機電磁輻射糾紛長期難以解決。

3.關于電磁輻射污染的糾紛，大多數(shù)解決不力

電磁輻射污染直接關系到大范圍群眾的工作和生活，公眾的敏感度很高，但電磁輻射污染糾紛的解決卻往往難以獲得各方都較為滿意的結果。其主要原因是： 電磁輻射污染防治的科學宣傳不夠 ;不尊重公眾私權，造成對立局面 ;法律法規(guī)不健全，環(huán)保執(zhí)法力度不夠。

作為一種迅速出現(xiàn)的新污染源，我國對電磁輻射的研究仍處于起步階段，電磁輻射污染方面相關的法律法規(guī)等，我國在這塊還存在空白和矛盾的地方，而且環(huán)保執(zhí)法“剛性”不足，有加大了解決此類污染糾紛的難度。

三、我國電磁環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展概況及前景

我國對電磁環(huán)境方面的研究起步較晚。進入20 世紀90 年代，我國高科技產(chǎn)業(yè)和國民經(jīng)濟發(fā)展迅速，電磁環(huán)境監(jiān)測方面的要求也隨之提高，因此，一批電磁環(huán)境實驗測試中心相繼建立。但是，目前我國對電磁環(huán)境方面的研究大多停留在某一實際干擾問題的防護水平上，比較成熟的電磁環(huán)境分析和預測軟件目前還沒有。由于我國電磁環(huán)境近場測量設備的研制工作也開展比較晚，目前國產(chǎn)的近場測量儀器及設備存在屏蔽性能差、靈敏度低、頻帶范圍窄、測量費工費時、型號少、精度差等問題。

四、以完善監(jiān)測機制促進監(jiān)測質量

1.制定全面及時的質控計劃。質控工作涉及到監(jiān)測工作的每個工作環(huán)節(jié)，每年年初根據(jù)監(jiān)測站的實際情況制定出詳細的質控計劃。這些計劃包括: 儀器設備檢定計劃，儀器運檢，儀器核查計劃，人員培訓計劃，使用標準物質計劃，參加能力驗證和比對計劃，質控考核計劃等。質控工作單純的對于工作量來說，的確是任務量的增加，但其作為監(jiān)測工作的流程的不可缺少的組成部分，承擔著維系監(jiān)測數(shù)據(jù)生命線的保障作用，因此，質控工作計劃是順利完成監(jiān)測任務的前提和基礎。從事質量管理的人員要對監(jiān)測任務，受控的崗位及受控的工作環(huán)節(jié)了如指掌，才能制定出適合本單位切實可行的質量控制計劃和質控措施，進而使質控工作順利進行。

2.提高質量意識，端正管理思維。我國環(huán)境監(jiān)測經(jīng)過實踐已經(jīng)積累了相對成熟的質量管理經(jīng)驗，各單位在質量體系文件指導下，全面提高監(jiān)測人員的質量意識，讓管理的理念和意識轉化成為每個監(jiān)測環(huán)節(jié)的自覺行動，使質量管理的規(guī)范和要求在各個工作領域得到貫徹落實。管理者應當堅持質量就是生命的原則，建立健全本單位的質量管理體系，把各項管理措施落到實處，反對形式主義，在從事質量檢查和評審工作時不能走過場，同時運用好常規(guī)的管理措施，如現(xiàn)場空白、密碼平行、加標回收、不定期監(jiān)督檢查等；質量管理員是質量管理工作的中間環(huán)節(jié)，應給予一定的權力，配備相應的資源，讓他們在各自的崗位上發(fā)揮其應有的質量管理效能；正確處理好管理、人員、任務三者之間的關系，在人員和任務發(fā)主沖突時，質量管理措施仍然要執(zhí)行到位，不能由此形成管理時緊時松的壞習慣。

3.進一步加強環(huán)境監(jiān)測的政府行為屬性。因為環(huán)境監(jiān)測是社會公益性事業(yè)，政府應該始終掌握能力建設的主導權。沒有政府的重視，無法解決能力建設資金的問題。各級政府應將環(huán)境監(jiān)測能力建設納入財政預算，從組織機構、應急專業(yè)隊伍建設、裝備配置、技術標準、科技進步、應急信息平臺和應急綜合指揮協(xié)調系統(tǒng)等方面不斷加大投入，盡快形成適應新形勢需要的環(huán)境監(jiān)測體系。加強政府行為屬性也意味著要加強強制干預和管理，從公權力上的根本上構建實時的環(huán)境監(jiān)測機制。

五、結束語

迄今為止,電磁環(huán)境對人類影響的許多問題仍無定論,而隨無線電技術的快速發(fā)展,電磁環(huán)境問題變得越來越復雜,越來越突出,電磁環(huán)境監(jiān)測技術的重要性也日益凸現(xiàn)。因此,有關電磁環(huán)境監(jiān)測方面的研究具有十分廣闊的前景。值得慶幸的是,提高環(huán)境保護意識,加強電磁輻射污染的防護、治理及監(jiān)測,已經(jīng)成為了人們的共識。

參考文獻

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篇3

關鍵詞:電磁輻射；環(huán)境監(jiān)管；策略探析

電磁輻射既是一種資源也是一種環(huán)境污染物，而且還具有較強的隱蔽性能，從而也就讓環(huán)境監(jiān)管難度變得更加困難。在我國，主要是運用雙軌監(jiān)督和分級審批的方式來應對豁免水平之上的電磁輻射體，也就是借助于國家和省級環(huán)境保護相關部門進行審批，監(jiān)督權交由行業(yè)主管部門來實施。有關基站電磁輻射具有一定的特點，如果處理不當，不僅會造成非常嚴重的污染危害，而且也會給我國的經(jīng)濟發(fā)展造成嚴重損失。

一、有關基站電磁輻射特點

移動通信基站天線大都是呈現(xiàn)一種均勻的平面陣、直線陣或者圓陣，在有效組成成分當中，基本半波振子扮演了極為重要的角色。通常情況下，將2D2/λ的距離作為天線近場距離遠場的分界判定準則，當中“D”表示天線尺寸的最大值。工程上900MHzGSM是最為典型的一種基站定向天線，以此為例，遠、近場分界距離大致在10米，因此，基站天線一般情況下都是處在天線的近場內(nèi)天面上。從環(huán)境保護視角上來看，移動通信基站遠場電磁輻射水平最為常用的是理論預測方法，但基于近常評估期間，使用的最為普遍的測量方法為現(xiàn)場測量方法。針對理論預算完成相應的計算工作時，通常是用微波遠場軸向功率密度計算公式加以計算。由于計算公式的復雜程度較高，本文不對其進行詳述。如果根據(jù)一般角度分析，基于GSM以及WCDMA等系統(tǒng)進行基站遠場電磁輻射水平估算過程中，通常采取的方法為天線軸向電磁輻射水平測量;而針對于TD－SCDMA系統(tǒng)基站時，由于其自身具備智能天線，與此同時還不存在固定模式的發(fā)射方位;因此，基于系統(tǒng)滿負載監(jiān)測過程中，以及多波束賦形監(jiān)測過程中，通常會采取估算電磁輻射水平的方法［1］。若以較為典型的GSM、CDMA基站為例，它的電磁輻射水平、高差以及水平距離之間的關系為:離天線水平距離15m以外的區(qū)域電磁輻射水平小于《電磁輻射防護規(guī)定(GB8702－1988)》中0．03～3GHz頻段公眾照射功率密度導出限值40W/cm2，隨著高差的增加，上述距離逐漸減小。此外，據(jù)相關的調查顯示，廣東廣州市主城區(qū)域移動通信基站周邊，基于公共區(qū)域，電磁輻射水平通常是百分之八十;但處于0．80W/cm2內(nèi)，大致為94%，則在4．0W/cm2以內(nèi)。介于此，我們能夠看出，移動通信基站周圍環(huán)境中電磁輻射水平并不是很高。

二、有關基站電磁輻射防護與環(huán)境監(jiān)管的策略探析

首先，一般情況下，公共場所和居民樓相對比下，前者天面借助于加鎖。設立警示牌，而且還有專人管理等方法，通過這些方法能夠有效的預防群眾進入到天面中，相對于居民樓天面而言，公共場所天面群眾的活動可能性要小很多［2］。介于此，在架設基站的時候，應該更加傾向于選擇公共場所。因為基站天線周圍都會伴隨著非常高的電磁輻射水平且都是在天面上集中，而居民樓天面所處地區(qū)很多居民都能夠輕易到達，所以針對于高于電磁輻射水平管理目標值的相關基站，應在整改時盡可能的不借助于加鎖的方式，而應該借助于基站發(fā)射功率來約束天線的架設位置、角度以及高度等，從而讓公眾能夠到達的天面區(qū)域中所存在的電磁輻射水平在管理目標值內(nèi)。其次，對存在較高電磁輻射水平的天面各個監(jiān)測點位的站點，應該對其周圍的電磁輻射源進行著重調查，并及時實施分頻測量;針對于共建共享站，倘若存在基于監(jiān)測點位當中的電磁輻射水平要遠遠高于項目管理所設定的目標值的情況下，那么則需針對天面上每一個基站的信息進行深入分析、評估，進一步明確分頻測量方法及成果。第三，要明確的要求驗收基于驗收環(huán)節(jié)，需明確的內(nèi)容包括:(1)時基站變更的數(shù)量;(2)是不是屬于共建共享站;(3)天線屬于何種類型，天線采取何種架設方式;(4)基站所處區(qū)域的類型以及基站變更的發(fā)射機參數(shù)類型以及應如何處理未驗收的站等方面;嚴格規(guī)范典型站的抽測比例和典型站的選取原則。第四，針對基站發(fā)射功率來說，基于環(huán)評以及驗收批復過程中，需明確的是絕對不可高于核準功率。倘若需對天線角度進行調整，并對相關功率進行調整，則需做好該基站環(huán)境的電磁輻射水平的檢測工作，并交由相關的環(huán)境保護機構進行備案和記錄。第五，從基站的建設性質的視角上來看，尤其是對界定擴建、改建以及技術改造等進行明確的過程中，將對基站的各個參數(shù)進行填寫的過程中，應該保證參數(shù)的規(guī)范性和正確性，在改建或擴建基站的過程中，應該在基站信息表中記錄好改建或擴建之前的基站信息。最后，要詳細的解釋室內(nèi)基站和微蜂窩基站分布的原因，并明確給出能否可以將其設為評價對象，如果需要評價，則應該嚴格的規(guī)定它的監(jiān)測和評價內(nèi)容;倘若對室內(nèi)分布基站完成了相對應的評估，同時對微蜂窩基站完成了相對應的評估，那么基于驗收監(jiān)測期間，應該明確規(guī)定是否需要對其進行驗收，如需驗收，驗收方法選擇哪一種［3］。

三、小結

隨著當下相關基站的迅速發(fā)展，人們在對其所帶來的便利進行享受的同時，也更加重視電磁輻射對環(huán)境和人體健康所帶來的危害。因此，只有國家或省級環(huán)境保護相關機構對電磁輻射水平做到嚴格監(jiān)測，在建設、規(guī)劃和維護相關基站的過程中，嚴格規(guī)范電磁輻射防護措施的實施工作，落實貫徹環(huán)境保護意識，才能讓公眾和環(huán)境得到更好的保護。

作者:吳俊 單位:成都理工大學核技術與自動化工程學院

參考文獻:

［1］張艷春，晁曉會，耿德軍，賀金龍，彭燕，吳永紅，李志慧，高艷，李雨，張成崗．復雜電磁環(huán)境作業(yè)人員對電磁相關知識的認識情況分析［J］．軍事醫(yī)學，2014，01:57－61．

篇4

關鍵詞：電磁技術；電磁污染；防護

中圖分類號：F42文獻標識碼：A

一、人類生存環(huán)境的新威脅―電磁輻射

當今日益增多的電磁輻射成為危害人體健康的環(huán)境因素之一，輻射作為環(huán)境污染和職業(yè)危害的一種新形式，受到政府和社會各界的普遍關注。任何帶電物體的周圍都存在電場，而周期變化的電場將會產(chǎn)生周期變化的磁場，也就存在電磁波，產(chǎn)生電磁輻射，如果這種輻射的量超過限定條件，那么就會對環(huán)境形成電磁污染。和無處可躲的大氣污染、水污染、噪聲污染一樣，電磁輻射同樣無處不在，這使它成為公認的危害人類健康的“致病源”之一。目前，生活中常見的較強的電磁輻射的電器主要有：手機、計算機、微波爐、電冰箱、電視等電器，與人們工作、生活息息相關的計算機和手機對人們造成的危害更值得關注。許多上班族和沉迷于網(wǎng)絡世界的網(wǎng)民每天面對計算機的時間往往超過8小時，手機又是現(xiàn)代社會人類不可缺少的電子通訊產(chǎn)品。計算機、手機本身就是一個不可小覷的電磁輻射源：微處理器、主板、顯卡、聲卡、USB接口等主要部件在工作時都會向外界輻射電磁能量，加之人們長期近距離的接觸，這些電子產(chǎn)物所發(fā)生的電磁輻射對人體健康已構成了新的威脅。

二、電磁輻射對人體的危害

電磁輻射是一種復合的電磁波，以相互垂直的電場和磁場隨時間的變化傳遞能量。人體生命活動包含一系列的生物電活動，這些生物電對環(huán)境的電磁波非常敏感，因此，電磁輻射可以對人體造成影響和損害。

電子產(chǎn)品已進入現(xiàn)代社會的各行各業(yè)和千家萬戶，它給人們的工作、學習、生活帶來了極大的方便。但使用電子產(chǎn)品所致的毛病也與日俱增，“計算機病”尤為嚴重，已嚴重影響了人們的身心健康。主要表現(xiàn)為神經(jīng)衰弱綜合癥（頭暈、頭痛、疲勞、失眠或噩夢、記憶力減退、情緒低落等）、肩頸腕綜合癥（骨骼不適、手指麻等、有壓痛），以及腰背酸痛、抗病能力降低等，發(fā)病率最高的是那些每天在計算機旁敲擊鍵盤的專業(yè)人員。這些專業(yè)人員精神壓力大，大腦處于高度集中和緊張狀態(tài)，這是產(chǎn)生神經(jīng)衰弱綜合癥的根源。面部褐斑、類似紅斑或濕疹等的出現(xiàn)，亦與精神因素密切相關。專業(yè)人員連續(xù)注視計算機屏幕，長時間近距離盯著閃爍的熒光屏，易使眼睛充血、干燥、怕光，嚴重者還會使眼球視網(wǎng)膜的感光功能失調，晶體受損，暗適應能力降低，造成視力減退。孕婦、兒童和老人是電磁輻射的易感人群，而心臟、眼睛和生殖系統(tǒng)等是電磁輻射敏感器官。近年來的畸形兒出生率和兒童的白血病增多，電磁輻射難逃其咎。

根據(jù)國家環(huán)保總局專家分析，目前我國的電磁輻射環(huán)境是比較好的，相當于五六十年代時我國面臨的水污染、大氣污染的情況，有苗頭出現(xiàn)，還未到嚴重的地步。但從現(xiàn)在就要從嚴管理，未雨綢繆。因為社會經(jīng)濟發(fā)展離不開對電磁輻射的應用。若電磁污染到了環(huán)境無法忍受的地步，再想進一步發(fā)展經(jīng)濟就舉步維艱了。

三、生活中電磁輻射的防護

隨著文明的發(fā)展，人類進入信息社會，電磁輻射時時刻刻都伴隨著我們。電子產(chǎn)品帶來的電磁輻射污染的污染源無處不在，我們又不能因為存在電磁輻射而放棄使用這些高科技產(chǎn)物，使生活質量倒退。因此，面對生活中與我們息息相關的各類電子產(chǎn)品，做一些基本的了解和防護措施，有效預防電磁輻射，減少對身體的危害至關重要。

家用電器輻射類型及輻射特點：

微波爐：門縫處輻射最大，啟動時輻射最大，所以烹飪時不要過于靠近，輻射范圍可達7米。

電熱毯：電熱毯通電后會產(chǎn)生電磁場，產(chǎn)生電磁輻射。孕婦如果使用電熱毯，長時間處于這些電磁輻射當中，最易使胎兒的大腦、神經(jīng)、骨骼和心臟等重要器官組織受到不良的影響。

加濕器：不宜離人體過近，使用時盡量保持適當距離。

液晶電視、顯示器：液晶產(chǎn)品的賣點就是輻射較小，可放心使用。

筆記本電腦：輻射集中在鍵盤上方，使用時應與電源適配器保持一定距離。

手機：盡量使用坐機撥打電話，少用手機撥打電話。手機接通瞬間釋放的電磁輻射最厲害，使用時頭部和手機天線的距離盡量遠一些，最好使用分離耳機和話筒接聽電話。

計算機：（1）使用計算機的時候盡量減少接觸時間并與屏幕保持適當距離，使用非液晶顯示屏幕時，最好能加裝防輻射隔離屏；（2）在計算機桌旁放一盆仙人掌，仙人掌可以吸收計算機釋放出來的電磁輻射；（3）身體處于屏幕71厘米以外的地方，接受的電磁輻射就會大大減少；（4）不要在電腦后面或兩側安置工作臺，因為電腦的后背或兩側發(fā)出的電磁輻射要遠遠大于前面的屏幕等。

家用電器的類型很多，輻射的強弱也不盡相同，我們要不斷探討并及時改進使用方法，盡可能地減少電磁輻射對人體的危害。

1、居家防輻射。據(jù)放射檢測專家分析，目前居民家中使用的天然裝飾石材中，有一部分具有放射性污染。有些家庭裝修使用的壁紙、壁布、涂料、塑料、板材等，釋放出大量有害氣體，致使居室空氣污染嚴重，變成了“輻射屋”、“污染房”。因此，無論是購房或租房，都應先徹頭徹尾地做輻射檢查，盡量避免生活在不健康的環(huán)境中，如已無法改變住所，則要測出輻射最強的是哪里，加以屏蔽或調整家具位置，使家人接觸輻射材料的距離加大，接受輻射的時間減少。

2、不要把家用電器放的過于集中，或經(jīng)常一起使用。以免使自己暴露在超劑量輻射的危害之中。人體不可能獲得屏蔽，如果同時使用各類電器，就如同被電磁波包圍，從而對人體造成危害。

3、提高自我保護意識。重視電磁輻射可能對人體產(chǎn)生的危害，多了解有關電磁輻射的常識，學會防范措施，加強安全防范。根據(jù)各類電子產(chǎn)品的應用手冊及指示規(guī)范，保持安全操作距離。購買電子產(chǎn)品時應注意證實該產(chǎn)品是否已經(jīng)過3C認證（國家對電子電磁兼容性的平安認證），盡量減少對高輻射產(chǎn)品的使用。

4、當電器不使用時，最好把電源關掉，而不是讓它處于待機狀態(tài)。這樣，不僅可以省電，還可以減少微量電磁輻射的累積。

5、長時間看電視、電腦后及時洗手洗臉，保持室內(nèi)空氣流通。

6、各種家用電器、辦公設備、移動電話都應盡量避免長時間操作。如電視、電腦確需長時間使用時，應注意至少每小時離開一次，采用眺望遠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。

7、多食富含維生素A、C和蛋白質的食物。如胡蘿卜、白菜、豆腐、牛奶、雞蛋等食物，以利于調節(jié)人體電磁場紊亂。

8、多喝水。茶中的茶多酚有利于防輻射。

四、結語

在電磁輻射廣泛存在的今天，可以說電磁波與我們生活密不可分，顯然我們在充分利用電磁波給我們帶來便利的同時注意減少電磁輻射對我們的傷害才是我們需要做的工作。電磁輻射泄漏是一項系統(tǒng)工程，任何單一的防護措施都不是萬無一失的。要根據(jù)不同電器產(chǎn)品的特點采用與之相適應的最佳防護措施進行綜合防護。

（作者單位：平高集團）

主要參考文獻：

[1]沈頤寧.電磁場與電磁波.北京：科學出版社，2007.

[2]黃德寅.電磁輻射對生物體的生物學效應.職業(yè)衛(wèi)生與應急救援，2004.

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關鍵詞：電磁輻射 污染防治 對策

一、電磁輻射污染概述

電磁輻射污染( pollution of electromagnetic radiation)是指人類使用電磁輻射的器具而泄露的電磁能量流傳播到社區(qū)的室內(nèi)外空氣中，其量超出本底值，且其性質、頻率、強度和持續(xù)時間等綜合影響而引起該區(qū)居民中一些人和眾多人的不適感，并使健康和福利受到惡劣影響。我國目前的電磁輻射污染嚴重，尤其是在大城市更是集中，并且隨著城市人口增加、建筑密度不斷加大，城鄉(xiāng)居民家用電器的迅速增加以及電力、通信、交通事業(yè)的發(fā)展，電磁輻射污染有由大城市迅速向中小城市及農(nóng)村擴散的趨勢，與電磁輻射污染引起的種種糾紛也日益增多并多數(shù)得不到迅速合理地解決。

二、我國電磁輻射污染防治中存在的問題

（一）科學研究不足，法律發(fā)展滯后

目前，電磁輻射污染對人體致害的機理還未完全明確，電磁輻射的安全標準、電磁輻射污染與人體健康受損之間的因果關系在科學研究上尚無定論，客觀上造成了電磁輻射污染防治法律研究的困難。由于法律理論研究的不足，無論是立法機關還是相關的產(chǎn)業(yè)部門就電磁輻射污染對人體危害性認識也普遍不足，這一定程度上導致了法律的滯后。我國的《城市規(guī)劃法》、《電信條例》、《電力法》等主要法律法規(guī)中均沒有考慮電磁輻射污染的因素。電磁輻射建設項目從整體上缺乏規(guī)劃，單個電磁輻射建設項目選址不當?shù)默F(xiàn)象大量地“合法”存在。

（二）風險防范意識不足，末端治理不力

由于電磁輻射隱蔽性、潛伏性等特征決定了這種特殊形式的污染危害一般情況下很難被人們所意識到，所以風險預防就顯得更為重要，但是現(xiàn)實中，射頻設備集中使用的單位、部門間因為重經(jīng)濟效益而忽視周圍輻射環(huán)境的保護的情況大量存在，生產(chǎn)家用電器設備、產(chǎn)品的廠家也以其危害性沒有得到科學上的證實為由忽視對于這種無形污染源的控制。雖然說風險預防不等于完全消滅風險，但是對于電磁輻射污染而言，對其進行事后治理往往花費巨大，需要采取大規(guī)模搬遷等方案作為解決辦法，而這些原本是可以通過對城市建設的科學布局、合理規(guī)劃就可以避免的。

（三）現(xiàn)行立法缺失，標準尺度不一

現(xiàn)有電磁輻射污染方面立法僅有原國家環(huán)境保護總局(現(xiàn)環(huán)境保護部)頒布的《電磁輻射環(huán)境保護管理辦法》和1988年原國家環(huán)境保護局的《電磁輻射防護規(guī)定》和1989年國家衛(wèi)生部的《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》規(guī)范性法律文件，在《憲法》和《環(huán)境保護法》中均沒有明確規(guī)定電磁輻射污染防治，電磁輻射污染防治缺少單行法律。此外，電磁輻射的國家標準過于陳舊，且存在嚴重空白和內(nèi)容沖突。有些標準雖然在行政上得到了統(tǒng)一，但在具體執(zhí)行過程中，由于有關檢測部門和執(zhí)法部門在援用標準尺度不一，這對于消費者而言，仍然是一個難以解決的問題。

三、我國電磁輻射污染防治的對策

（一）加強理論研究，嚴守現(xiàn)有立法

法律發(fā)展的滯后源自法學理論研究的不足，而關于電磁輻射污染這一新型污染的法學理論研究往往必須依賴于物理、生物、醫(yī)學等相關自然科學的發(fā)展程度。同時，在此基礎上加強關于電磁輻射污染帶來的各種糾紛的法學理論研究，真正讓立法者立法有理可依，有據(jù)可循。更要注意的是，這些理論研究也不能是紙上談兵，必須理論聯(lián)系實踐。

雖然目前我國的電磁輻射污染防治立法尚不健全，但是也并非是無法可依。《電磁輻射防護規(guī)定》、《電磁輻射環(huán)境保護管理辦法》中都有對于電磁輻射污染防治的具體規(guī)定，《環(huán)境影響評價法》、《廣播設施保護條例》、《行政許可法》、《消費者權益保護法》以及某些地方立法中也可以找到控制污染源、解決污染引發(fā)糾紛的法律依據(jù)。所以筆者認為，嚴守現(xiàn)有立法對于緩解現(xiàn)階段電磁輻射污染情況，減少并及時解決由污染帶來的各種糾紛具有一定效果。

（二）普及事前預防意識，確立風險預防原則

我國公民對于這種隱藏性、潛伏性強的新型污染預防意識薄弱，很多時候甚至是在電磁輻射的損害結果產(chǎn)生后才意識到這種污染的存在。因此，對于我國公民、單位普及關于電磁輻射污染的預防意識是急需重視的環(huán)節(jié)。

另外，電磁輻射不同于其他形式的污染源，其自身的特點決定了它的產(chǎn)生甚至是結果都不易被人們所察覺，而一旦污染發(fā)生，產(chǎn)生的損害結果將是影響巨大的。因此，僅僅通過宣傳教育的軟性手段是不足的，還必須在法律法規(guī)中確立風險預防原則。風險預防原則的確立能夠有效地在事前采取預防措施以避免環(huán)境惡化的可能性，這也是當前世界各國對電磁輻射污染防治的普遍做法。但是，風險預防不等于完全消滅風險。電磁輻射相關產(chǎn)業(yè)是風險與收益并存的行業(yè)，既不能對風險視而不見，也不能為了預防風險而停止發(fā)展。風險預防原則要求根據(jù)人體健康和經(jīng)濟發(fā)展的需要，將人為電磁輻射水平控制在合理的范圍之內(nèi)，而不是消滅電磁輻射。

（三）建立統(tǒng)一標準，條件成熟時制定《電磁輻射污染防治法》

我們當前要做的首先是應當盡快統(tǒng)一電磁輻射強度國家標準，并明確其適用范圍，特別是要制定多輻射源的國家標準。這不僅僅是為執(zhí)法司法提供依據(jù)，對于我國的消費者權益保護與產(chǎn)品的出口外銷也具有重要意義。

但是，統(tǒng)一標準的確立只是電磁輻射污染防治的一個方面，并不能從根本上解決問題。隨著城鄉(xiāng)一體化發(fā)展的推進與電子科技的日新月異，電磁輻射污染終會像水污染、土壤污染一樣成為一個不得不由國家立法所解決的問題。我國目前已經(jīng)積累了一定的電磁輻射管理經(jīng)驗，對電磁輻射污染的科學防治也在研究之中，當條件成熟時，制定《中華人民共和國電磁輻射污染防治法》是發(fā)展的必然趨勢。一部完整的立法應該對基本原則、基本制度都有比較全面的規(guī)定，具體到《電磁輻射污染防治法》而言，筆者認為，應該重點包括以下內(nèi)容：基本原則方面，上文提到的風險預防原則具體到立法中應該體現(xiàn)為預防優(yōu)先、科學控制、統(tǒng)一規(guī)劃這三者的結合，環(huán)境保護法中的環(huán)境民主、環(huán)境責任原則在電磁輻射污染防治法中也應該有所體現(xiàn)。基本制度方面除了傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境影響評價、“三同時”等制度以外，還應該特別注意建立健全如電磁輻射規(guī)劃制度、內(nèi)部管理制度、公眾參與制度、特殊群體保護制度等。

參考文獻：

[1]劉文魁,龐東.電磁輻射的污染及防護與治理[M].科學出版社，2003年版

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關鍵詞：電磁輻射；能量轉換；能量收集；能量存儲

引言

電場和磁場的交互變化產(chǎn)生電磁波，電磁波向空中發(fā)射或泄露的現(xiàn)象，叫電磁輻射。電磁輻射由自然電磁輻射源和人為電磁輻射源組成，其中自然界電磁輻射源包括雷電、太陽黑子活動和宇宙射線等；人類社會形成的電磁輻射源則包括電腦、電視、音響、微波爐、電冰箱、手機、傳真機、通訊站、高壓電線、電動機、航空、電氣鐵路、廣播、電視發(fā)射臺、移動通信基站、雷達系統(tǒng)、電力產(chǎn)業(yè)的機房、衛(wèi)星地面工作站、調度指揮中心等。電磁輻射覆蓋了所有頻段，幾乎無處不在，且電磁波在傳播時有一個電場和磁場分量的振蕩，分別在兩個相互垂直的方向傳播能量，具有能量的電磁輻射充斥整個宇宙空間。這種電磁輻射能量積累到一定的程度，將會對人體造成永久不可逆的傷害。

因此，設計一個能夠將電磁輻射變廢為寶的能量轉換和收集裝置顯得尤為迫切和重要，一方面可警示人們主動地遠離電磁輻射源，另一方面使具有巨大累積能量的電磁輻射能夠為社會服務。

關于將自然界中存在的能量進行轉換和存儲的文獻、專利和應用多見于風能轉換、太陽能轉換和機車類等能量回收。目前尚未見將電磁輻射能量進行轉換和存儲的相關文獻，因此，展開該技術的研究和探索具有極為重要的意義和價值。

1 系統(tǒng)模型

1.1 電磁輻射的特點

在復雜電磁環(huán)境下，通常在某一接收感應點會聚集各個頻段各種能量的空中無線信號，包括直達波、發(fā)射波和繞射波等。系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 電磁輻射模型

雖然電磁信號在傳播時存在著能量損耗，如自由空間損耗公式為：

（1）

其中f單位為MHz；d的單位為千米。考慮城區(qū)應用模型，則損耗公式為：

（2）

其中L50為傳播路徑損耗值的50%（即中值）；Amu（f，d）為自由空間中值損耗；G（hte）為發(fā)射站天線高度增益因子；G（hre）為接收天線高度增益因子；GAREA為環(huán)境類型的增益。

如果f取1000MHz，d取1千米，則LS為92.45dB，可見電磁信號空中傳播雖然存在一定的衰減，但由于信號眾多，空間仍然具有極大的電磁波能量。

由此可見，完全有必要展開電磁能量感應、轉換、收集和存儲技術的研究。

1.2 系統(tǒng)架構

針對電磁輻射的特點，設計了圖2所示的電磁輻射能量轉換和存儲電路。

圖2 電磁輻射能量轉換和收集存儲電路

整個電路包括天線、無源能量轉換和存儲電路、能量指示電路、開關電路以及充電電路。電路中的天線用以感應和接收空中的電磁輻射波。無源能量轉換和存儲電路由電磁感應轉換模塊和能量存儲模塊兩部分組成，電磁感應轉換模塊可根據(jù)實際需求采用寬帶化射頻接收通道設計，首先電磁感應轉換模塊將天線感應的電信號進行能量累積，并通過T型無源高阻抗電路將電信號轉換成電壓型電信號后送到能量存儲模塊，能量存儲模塊采用超能存儲器件設計，感應的電磁能量進行存儲，其中超能存儲器采用超級電容實現(xiàn)微弱能量的快速回收。能量指示電路則實時將感應到的信號強度進行計算，并進行結果顯示和警示。

開關電路為低耗能電路，當能量存儲模塊存儲的電能達到一定的幅值后，將觸發(fā)開關電路，通過開關電路及充電電路將能量存儲電路存儲的能量轉換為電池所需的額定電壓和電流對可充電電池進行充電。

1.3 能量轉換和存儲原理

能量轉換和存儲電路的核心部件為超能存儲器件，研究時采用超級電容作為超能存儲器件。單體超級電容外觀如圖3所示。而實際使用時，往往采用超級電容系統(tǒng)來實現(xiàn)能量的轉換和存儲，超級電容系統(tǒng)由單體超級電容串并聯(lián)組成，如圖4所示。

超級電容的基本原理是通過極化電解質來實現(xiàn)能量轉換和存儲。超級電容在儲能的過程中并不發(fā)生化學反應，并且這種儲能過程可逆，即可以進行放電處理，也就是說，超級電容可以反復充放電。其儲能過程可以被視為電解質中的兩個無反應的活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質中的負離子，負極板吸引正離子，從而形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。

超級電容的表面積采用多孔碳材料，多孔碳的材料結構使其面積可達2000m2/g，與電解液接觸的面積大大增加。超級電容的電荷之間的距離是由被吸引到帶電電極的電解質離子尺寸決定的，這個距離相當小，僅為幾個納米。足夠大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得超級電容較傳統(tǒng)電容器而言有驚人的靜電容量，這也是超級電容的“超級”所在。其內(nèi)部結構如圖5所示。

圖5 超級電容內(nèi)部結構

當超級電容內(nèi)部兩個電極板間電勢低于電解液的氧化還原電位時，電解液界面上的電荷則被吸附，超級電容處在正常充電工作狀態(tài)。當超級電容兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時，電解液將分解，處于非正常狀態(tài)。隨著超級電容的放電，正負極板上的電荷被外電路泄放。由此可以看出超級電容的充放電過程始終是物理過程，沒有化學反應，因此性能是穩(wěn)定的。

電容器存儲的電勢能為E=■CU2，再利用庫侖定律Q=CU可得：

E=■ （3）

其中C是電容器容量；U是電壓；Q是電容器的總電荷量，只要影響電壓和總電荷量就會影響能量密度，電解液的變化是影響能量密度的重要原因之一。

在本項目中利用超級電容上述的特性來實現(xiàn)能量存儲，其過程如同“移峰填谷”，如圖6所示。

圖6 能量轉換和存儲原理

其實質就是將波動的能量變成較平滑的能量輸入，在達到一定的電壓值后進行能量釋放，如為附屬充電電路進行充電。

2 試驗和分析

2.1 電磁輻射能量可收集性測試

為了進一步驗證論文研究的必要性和測試的直觀簡單，采用800～3000MHz的移動通信板型天線對移動通信信號進行了測試，因為該頻段信號較為密集，依據(jù)國家信工部對移動通信頻率的劃分，可以得到表1所示的頻率分配表。

首先借助800MHz～3000MHz寬帶接收機對頻率范圍的信號進行了搜索，然后采用FFT算法將實際測試的信號進行了頻譜顯示，得到如圖7所示的頻譜圖和圖8所示的頻譜占用圖。

圖7 實測頻譜圖 圖8 城區(qū)頻譜占用情況

由圖可見，移動通信信號輻射無處不在、無時不有，密集存在且強度較大，實際最大值可達-39dBm，如距離移動通信基站50米左右，平均值約-65dBm。可見將這些能量累積并收集具有重大的社會和現(xiàn)實意義。

2.2 能量轉換可行性測試

試驗首先測試了電磁輻射能量轉換和收集存儲電路的能量和轉換收集能力。試驗時在電磁輻射能量轉換和收集存儲電路前方5米處利用手機屏蔽器發(fā)射掃頻干擾信號。電磁輻射能量轉換和收集存儲電路則可以將干擾信號的能量進行累積并感應和轉換，為了驗證有無能量轉換和存儲，采用了微功耗的LED指示燈進行了試驗，如圖9所示。

圖9 能量轉換能力測試

測試過程中可見LED燈處于時亮時滅的狀態(tài)，這表明的確有能量轉換且被存儲，并可以用來驅動LED指示燈。

2.3 能量轉換能力測試

為了驗證能量轉換的可行性，驗證能量存儲模塊的能量存儲能力，試驗時實時監(jiān)測和描繪了轉換的效率波形，即實時記錄能量存儲模塊的電壓波動情況，并進行圖形描繪，如圖10所示。

圖10 能量轉換速率

由圖10可見，整體轉換速率較為緩慢的。主要原因在于：測試過程沒有采用全頻段天線，僅僅對800～3000MHz范圍內(nèi)的信號進行了感應，而且天線效率極低，大量的電磁能量沒有得到有效的轉換；超級電容較為簡單。但也可以看出，文章研究的能量轉換、收集和存儲技術是可行的。

如果經(jīng)過進一步的軟硬件優(yōu)化和修改，尤其是高性能的感應天線和大容量的超級電容，則可將該技術應用于各種小電壓可充電電池的充電，也可廣泛應用于其他場合。

篇7

生活中常見電磁輻射對眼的危害及損傷

電視機和電腦對于眼睛的損害：電視機和電腦已經(jīng)成為每個家庭必備的電器之一。很多人在工作之余的大部分時間都與它們密切相伴。特別是網(wǎng)絡發(fā)展的突飛猛進，讓更多人，特別是青少年沉迷于此。青少年的視覺功能尚未完全發(fā)育完善，在受到輻射刺激后的損害比成年人往往更為嚴重。經(jīng)常接觸輻射會造成晶狀體疲勞，極易造成近視等眼部疾病，甚至會對視網(wǎng)膜組織造成不可逆損傷。有研究表明，視網(wǎng)膜組織的損傷程度與輻射時間有密切關系。電磁輻射可以引起視網(wǎng)膜細胞的凋亡、線粒體的腫脹，光感受器細胞的變性，膜盤組織的結構破壞等。雖然視網(wǎng)膜眼球極后端，但由于其豐富的血管組織，以及神經(jīng)節(jié)細胞層位于視網(wǎng)膜內(nèi)側，所以仍然極易受到電磁輻射損傷。

手機對眼的損害：手機已經(jīng)成為生活中必不可少的物品之一。其功能日臻完善，上網(wǎng)炒股、看電影早已是司空見慣。手機屬于高頻輻射源，其帶來的輻射與電視機和電腦相比還要嚴重。雖然至今為止，還沒有證據(jù)確認手機與眼睛疾病發(fā)生有直接關系。但其作為輻射源，對機體特別是神經(jīng)系統(tǒng)會造成損害這是毋庸置疑的。視覺的產(chǎn)生，是靠眼睛捕捉到視頻信號后，傳到神經(jīng)系統(tǒng)做出編輯后產(chǎn)生的。神經(jīng)系統(tǒng)的損害也必然會造成視覺系統(tǒng)異常。另外從直接刺激來看，手機屏幕遠比電腦等要小得多，長期注視手機屏幕勢必會給視覺器官造成更大的疲勞。這也是加速眼睛疾患的一個成因。

其他輻射源對眼的損害：除了上述的輻射危害以外，還有一些輻射不被我們重視。比如家里面用的微波爐等，看似與眼睛的損傷沒有什么直接聯(lián)系，但其實不然。

關于微波對人眼的損害，國內(nèi)外多有報導，有關專家曾報導1例微波輻射所致急性眼部損傷者，右眼在100cm距離915MHz微波照射30秒后，雙眼有結合膜炎，右眼出現(xiàn)視盤炎，有心慌、疲勞、嗜睡、厭食、失眠等癥狀。

一般認為，如果不超過國內(nèi)暫行標準50(W/cm2)，不會產(chǎn)生晶體及眼底異常。但是，有關專家對從事微波技術人員450人作了調查，發(fā)現(xiàn)2例晶體前囊下皮質呈蜘蛛狀混濁，后囊下皮質呈蜂窩狀混濁，4例眼底黃斑附近或其，有1～2個新鮮出血，形成點狀或三角形。并指出其診斷根據(jù)是：①白內(nèi)障的形態(tài)特點是后囊下皮質蜂窩狀混濁；②有長期接觸微波輻射史；③臨床上無其他眼病；④年齡較輕；⑤伴有與微波接觸有關的其他癥狀，如神經(jīng)衰弱等。

護理原則與護理措施

護理與防護原則：①減少與輻射源的接觸時間。②在使用的時候，注意保持良好環(huán)境和習慣。③經(jīng)常接觸輻射的人群，應注意飲食保健。

相應措施：如何使電腦輻射對人體的危害降到最低，筆者認為應做到以下幾點：①避免長時間連續(xù)操作電腦和手機，注意中間休息。要保持一個最適當?shù)淖藙荩劬εc屏幕的距離應40～50cm，使雙眼平視或輕度向下注視熒光屏；②室內(nèi)要保持良好的工作環(huán)境，如舒適的溫度、清潔的空氣、合適的陰離子濃度和臭氧濃度等；③室內(nèi)光線要適宜，不可過亮或過暗，避免光線直接照射在電腦、手機屏上而產(chǎn)生干擾光線；④經(jīng)常用電腦的，電腦的熒光屏上要使用濾色鏡，以減輕視疲勞。最好使用玻璃或高質量的塑料濾光器；⑤安裝防護裝置，削弱電磁輻射的強度；⑥注意補充營養(yǎng)。電腦操作者在熒光屏前工作時間過長，視網(wǎng)膜上的視紫紅質會被消耗掉，而視紫紅質主要由維生素A合成。因此，電腦操作者應多吃些胡蘿卜、白菜、豆芽、豆腐、紅棗、橘子以及牛奶、雞蛋、動物肝臟、瘦肉等食物，以補充人體內(nèi)維生素A和蛋白質。而多飲些茶，茶葉中的茶多酚等活性物質會有利于吸收與抵抗放射性物質。

討 論

鑒于電磁輻射的廣泛存在以及危害，防治電磁輻射污染對于眼睛的損傷，將電磁輻射的強度減小到允許的程度或將有害影響限制在一定的空間范圍內(nèi)是必需的。如何減少電磁輻射對眼睛的損傷已經(jīng)成為一向值得研究的課題，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了一些有效防輻射的鏡片，但是其效果還是不明顯，隨著科技的進步，更多新的防護技術的應用無疑會給我們帶來新的光明。

參考文獻

篇8

摘要：

X波段測波雷達在海洋觀測領域具有重要的應用價值，但其電磁輻射帶來的影響也愈發(fā)值得關注。通過對X波段雷達工作特點進行分析，提出了使用頻譜分析儀和對數(shù)周期天線組成測量系統(tǒng)的電磁輻射測試方案。參照國家標準對國家海洋局南澳、遮浪海洋環(huán)境監(jiān)測站的X波段測波雷達電磁輻射功率密度進行了測量和分析，結果表明：X波段測波雷達對環(huán)境危害小，對公眾安全性好。同時解釋了短時曝露限值的含義，提出了要加強員工安全教育的建議。

關鍵詞：

X波段測波雷達；電磁輻射測量；功率密度；頻譜分析儀

X波段測波雷達是一種基于船用X波段導航雷達，利用海面回波圖像分析波浪參數(shù)的遙感觀測設備[1]。X波段測波雷達支持多個廠家不同型號的X波段雷達，以國家海洋局引進MIROS公司的WAVEX系統(tǒng)為例，其中X波段雷達使用的谷野雷達型號為FR-2127BB，天線型號為XN24AF，其主要參數(shù)如表1所示。該雷達發(fā)射功率較高，其瞬時功率可達到25kW，在波浪觀測時一般為連續(xù)工作，因此其電磁輻射對人存在一定危險性，有必要對其輻射強度開展現(xiàn)場測量和分析。

1電磁輻射測量原理

在電磁輻射測量中，通常用功率密度來衡量電磁輻射的強弱。功率密度是描述單位時間內(nèi)通過單位面積的電磁波能量的物理量，它是無線電計量中的一個重要參數(shù)[2]。要完成對X波段測波雷達電磁輻射的測量，需要根據(jù)其工作特點對測量儀器進行對比選型并使用合理的計算方法，從而獲得其功率密度。

1.1儀器選型測量電磁輻射通常采用場強儀，但由于場強儀沒有頻率信息，在周邊有其他設備時不容易判斷輻射來源和占用頻段。頻譜儀可以用來測量所需頻段的頻譜信息，在進行測量時配以相應頻段的天線便可組成測試系統(tǒng)。頻譜儀優(yōu)點在于能夠直接對某一頻段的信號進行測量，從而避免其它頻段干擾信號帶來的影響。測量設備選用Agilent公司生產(chǎn)的N9918A[3]型頻譜儀；選用德國Annoni公司生產(chǎn)的HyperLog60100型對數(shù)周期天線，該天線在出廠時已經(jīng)過專業(yè)校準，其天線頻率與天線系數(shù)[4]的對應關系如表2所示。天線與頻譜儀的連接饋線選用1m長專用射頻電纜，經(jīng)測試可知其在X波段雷達工作頻段的線纜損耗約為0dB。

1.2計算方法

1.2.1X波段雷達輸出的峰值功率與平均功率由雷達原理可知，雷達發(fā)射機的輸出功率可分為峰值功率Pt和平均功率Pav，二者關系。

1.2.2頻譜儀測量值與功率密度的關系頻譜儀對信號的測量數(shù)值以功率（單位：dBm）或電壓（單位：dBuV）的形式給出，若想獲得對功率密度的測量結果，需要進行一定的公式換算和推導[6-7]，其過程如下（各物理量的單位以下標形式給出）：

2環(huán)境輻射分析

2.1環(huán)境控制限值2014年9月國家環(huán)境保護部和國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局了GB8702-2014“電磁環(huán)境控制限值”，代替GB8702-88“電磁輻射防護規(guī)定”和GB9175-88“環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準”。雖然舊標準中“適用于一切人群經(jīng)常居住和活動場所的環(huán)境電磁輻射”[9-10]改為“公眾曝露”[11]，但是一般認為該限值規(guī)定的是居民區(qū)、學校、企事業(yè)單位等區(qū)域的電磁輻射限值。X波段導航雷達工作頻率9410MHz，新標準中該頻段的控制限值計算方法如表3所示，經(jīng)計算得出其限值為1.25W/m2，由新標準中的定義可知，該限值是任意6min內(nèi)的方均根值。此外，對于脈沖電磁波，其功率密度的瞬時峰值不應超過表3中所列限制的1000倍。對于X波段雷達，其峰值功率密度限制為1250W/m2。

2.2現(xiàn)場測量

2.2.1南澳海洋站測量結果南澳海洋站X波段雷達架設在海洋站的樓頂，氣象觀測場緊鄰雷達，雷達天線高度與人體高度相仿，雷達安裝位置和其中一個測量點位置如圖1（a）。由于測試設備與雷達距離較近，為防止突發(fā)強信號對設備造成損壞，關閉了前置放大器功能，此時頻譜儀的噪底為-70dBm，將頻譜儀的檢波方式設置為RMS（方均根值）。經(jīng)測試，確定將中心頻率設置為9410MHz，經(jīng)過20min的測量后頻譜儀的頻譜及讀數(shù)已基本沒有變化，由圖1(b)可知其平均功率為-37.4dBm，結合表2和公式可知，其平均功率密度和峰值功率密度分別為6.166×10-4W/m2和2.88W/m2。

2.2.2遮浪海洋站測量結果該站測波雷達安裝位置距地面不小于10m，現(xiàn)場的一個測量點在距離雷達位置約36m，測量天線高度與正常人身高一致，約1.7~1.8m。由于測試設備與雷達距離比較遠，為保證測量信號不會淹沒在噪聲中，打開了前置放大器功能，此時頻譜儀的噪底為-95dBm，頻譜儀的檢波方式仍設置為RMS方式。經(jīng)測試，確定將中心頻率設置為9380MHz，經(jīng)過20min的測量后頻譜儀的頻譜及讀數(shù)已基本沒有變化，由圖2(b)可知其平均功率為-46.37dBm，結合表3和公式可知其平均功率密度和峰值功率密度分別為7.7625×10-5W/m2和0.363W/m2。

2.3長期照射安全性分析從以上兩個海洋站實際測量的結果看，在測量點處X波段測波雷達信號的平均功率密度和峰值功率密度均遠低于國家標準。這可能與大部分人的認識有所不同，造成這一現(xiàn)象有以下兩個原因：（1）X波段測波雷達可以設置掃描范圍。南澳站測波雷達設置了朝向海面的一側發(fā)射信號，在雷達朝向觀測場一側時雷達發(fā)射機是不工作的；在海面一側由于無遮擋，因此也沒有近距離強反射信號，所以造成測試點雷達信號很弱，幾乎測不到，測得的通道功率值大部分來自于帶內(nèi)噪聲功率。（2）X波段測波雷達具有很好的方向性。X波段雷達天線的垂直波束寬度只有20°。遮浪海洋站的X波段雷達安裝在支架上，距離地面不低于10m，測試時所用的對數(shù)周期天線雖然架設高度與人體高度一致，但仍不在雷達主波束輻射范圍以內(nèi)，雖然頻譜儀可監(jiān)測到雷達信號，但其輻射功率很低。人員在雷達所在地點周邊活動不會受到雷達輻射危害。

3短時強輻射分析

3.1短時照射輻射限值從強電磁輻射設備旁經(jīng)過或者短時間滯留，會受到短時間強輻射，超過一定限值時會直接造成傷害。對于短時間輻射情況，國際上最具權威性的標準應該是非電離輻射防護委員會（ICNIRP）頒布的“時變電場和磁場暴露限值的有關導則”[12]。該導則通過科學實驗給出了職業(yè)照射最高限值為50W/m2，公眾照射最高限值為10W/m2。特別需要注意，導則中指出在功率密度達到50W/m2時，對人的眼睛和生殖系統(tǒng)造成直接傷害，到100W/m2時會損傷人體皮膚。

3.2導航雷達限值距離一般導航雷達廠家會在說明書中提示X波段雷達三個關鍵功率密度限值所對應的距離，如表4所示，但多數(shù)都沒有給出功率密度的意義。“時變電場和磁場暴露限值的有關導則”對這三個距離作出了解釋。3.3短時照射的安全防護南澳和遮浪兩個海洋站的測波雷達由于輻射方向和安裝高度設置等原因，對于普通民眾不會發(fā)生近距離受到雷達照射的情況。但是海洋站員工因工作關系，如設備檢修調試等，受到雷達近距離輻射的可能性較大，應注意短時雷達照射的防護：首先在雷達工作時應避免近距離直視雷達，以防止眼睛受到傷害，同時應避免進入1m以內(nèi)區(qū)域。此外，海洋站員工應加強電磁輻射有關安全知識的培訓，提高安全意識。

4總結

篇9

關鍵詞：移動通信 通信基站 電磁輻射 環(huán)境保護

中圖分類號：TN929文獻標識碼：A文章編號：1009-5349（2017）09-0196-01

隨著我國社會、經(jīng)濟、科學的發(fā)展，現(xiàn)代通信技術也越來越發(fā)達，其發(fā)展過程中也面臨一系列的問題，其中較為突出的就是移動通信基站電磁輻射環(huán)境保護的問題。本文淺析移動通信基站的電磁輻射環(huán)境保護。

一、移動通信基站電磁輻射

（一）電磁輻射

輻射在《新華字典》中的解釋是從中心向各個方向沿著直線伸展出去，還有一種解釋是熱的傳播方式的一N，從熱源沿直線向四周發(fā)散出去。光線、無線電波等電磁波的傳播叫輻射。其實從對輻射的解釋不難看出，輻射是一個中性詞，輻射存在于我們生活的方方面面。但是日常生活中人們聽到輻射都會覺得很可怕，因為人們不能夠正確理解輻射的含義，其實輻射并不可怕，當然這個前提是輻射是被控制在一定的可以接受的范圍之內(nèi)的，那樣就不會給人體帶來傷害。

（二）移動通信中基站天線的電磁輻射

在移動通信中，基站的天線根據(jù)方向可以分為全向天線和定向天線。顧名思義全向天線就是指那些可以全方位地均勻地輻射并且在平面圖上還有一定的寬度，一般情況下寬度越小那么它的增益就越大。全向天線在移動通信中一般是應用在大范圍的地方。與之相反的定向天線一般是應用在小范圍的地方，雖然它的覆蓋面積比較小，但密度是相當大的。定向天線表現(xiàn)在平面圖中時是有一定的角度范圍的，不同于全向天線是360度的，不過與全向天線相同的是它們都有一定的寬度。

二、移動通信基站的現(xiàn)狀

當前越來越發(fā)達的通信技術使得人與人之間的溝通變得方便快捷，與此同時也推動了社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，為人類的生活帶來了極大的便利。我們在充分享受便利的同時也開始關注電磁輻射對人類的影響，特別是在一些居民比較集中的地方建設基站時，人們就會出現(xiàn)抵觸情緒，甚至是阻擾施工，更有甚者會與施工人員發(fā)生沖突，等等，給施工造成了很大的壓力。根據(jù)國家的法律規(guī)定，企業(yè)在建設無線電通信基站時都要對周圍的環(huán)境作出評估報告，而這個報告往往會涉及多個基站，這也就涉及成本以及周期的問題等。而且根據(jù)環(huán)境評估報告對基站進行定位選擇地址難度是很大的。就目前情況來看，在環(huán)境評估報告中對基站的選址往往都是不確定的，而且如果等到批文到手之后再進行建設，情況已經(jīng)發(fā)生了變化，也是無法正常建設的。這些問題都讓基站的建設變得困難重要。

三、對移動通信基站電磁輻射改善措施的探討

首先對于基站的建設要進行合理的選址，以新的基站帶老的基站。在基站建設中選址是非常重要的，要符合最優(yōu)化的原則，切實根據(jù)用戶的需求以及網(wǎng)絡覆蓋的情況來決定選址，還要統(tǒng)籌兼顧整個區(qū)域的信號情況，最大限度上避免場強疊加的問題。此外，基站的選址還要考慮與城市的發(fā)展規(guī)劃相結合，其中最為重要的是避免對居民和周圍環(huán)境造成電磁輻射污染。在這一方面運營商還要注意加強宣傳以此來化解矛盾。首先運營商要尊重公眾的知情權，要將基站建設的詳細情況公開告知群眾，對相關知識加強宣傳，讓群眾了解，努力化解社會矛盾，消除群眾的疑慮，確保電磁輻射環(huán)境水平在國家限定的標準范圍內(nèi)。

四、實現(xiàn)移動通信的可持續(xù)發(fā)展

綜上所述，我們根據(jù)移動通信基站電磁輻射的特點可以知道，其實電磁波并不可怕，此外，基站天線的電磁波輻射造成的污染其實是可以預防的，只需要根據(jù)科學規(guī)劃、合理布局結構去安排基站的位置，然后做到在基站的方向上盡量避開環(huán)境敏感的建筑物等，就可以實現(xiàn)在發(fā)展移動通信的同時又保護環(huán)境，即實現(xiàn)移動通信的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]王群，李永卿，陳靜，周美玲.110kV高壓輸電線路電磁場分析及評價[J].北京工業(yè)大學學報，2005（3）.

篇10

目前,我國功能性紡織品的開發(fā)領域主要集中在內(nèi)衣、家用紡織品和防護用紡織品等三個方面,涉及的功能包括抗菌防臭、遠紅外、抗紫外線、抗靜電、防電磁輻射、拒油防水、負離子、放火阻燃、抗玷污、易去污、防水透濕、免燙 、高吸濕等。然而,目前行業(yè)面臨著一大突出問題――檢測難。

市場雖大 無奈檢測困難

一項調查顯示:在功能性紡織產(chǎn)品的消費人群中,買過防皺(免燙)整理產(chǎn)品占54%,買過拒水整理產(chǎn)品占31%,買過防污整理產(chǎn)品占25%,買過抗菌整理產(chǎn)品占4%。表示會再次購買的,防皺(免燙)整理占96%,拒水整理94%,防污整理占93%。這表明,功能性紡織品有良好的市場發(fā)展前景。

雖然需求巨大,然而,大多數(shù)功能性紡織品的性能消費者不能憑自己的視覺和觸覺等進行判斷,即看不見、摸不出和嗅不到,其功能的優(yōu)劣程度,要靠一定測試方法和儀器才能進行評定。功能性紡織產(chǎn)品既沒有色彩和圖案那樣直觀的吸引力,又缺乏柔軟飄逸等令人賞心悅目的質,只能在使用過程中慢慢品味其功效了。因此,其與其他紡織新產(chǎn)品一樣,由于市場的不成熟,也呈現(xiàn)出了一哄而上、魚龍混雜的局面,導致消費者的信任度下降。

近年來,雖然有一些科研機構、高校、標準化組織和企業(yè)開展了這方面的研究工作,并不斷有一些成果面世,部分功能性評價方法也實現(xiàn)了標準化。但從總體上看,大部分功能性紡織品仍然缺少權威的、能被廣泛接受的、經(jīng)過充分科學論證的、簡便易行的、重現(xiàn)性和準確性較高的功能性評價方法和標準。市場上王婆賣瓜式的吆喝成了消費者的主要信息來源,一些不法商家為了追求短期利益對這些高科技面料進行仿冒,真正的功能性紡織品面臨珠混于魚目的窘境,這對功能性紡織品市場的健康發(fā)展顯然是不利的。

另一個不容忽視的問題就是功能性紡織品的生態(tài)安全性。眾所周知,功能性紡織品的某些特殊功能,主要是通過在纖維材料中添加或在產(chǎn)品的后整理中使用某些具有特殊功能的化學物質來實現(xiàn)的。但目前在功能性紡織品上使用的這些化學物質有相當一部分并未經(jīng)過嚴格的生態(tài)安全性能的評估,特別是未經(jīng)過長期跟蹤分析的安全風險評估。

典型功能的檢測

抗紫外線

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,大氣層中的臭氧層不斷地遭到破壞,導致地表紫外線輻射量大增。紫外線是指太陽所發(fā)射的波長200～400nm的電磁波,它對人類皮膚能造成巨大的傷害。其中的UVA、UVB波段會助長黑色素生成,導致皮質老化,甚至造成白日稀⑵し舭┑炔”洹H緗,抗紫外線已成為人們習以為常的一種自我保護行為。日常生活中防曬產(chǎn)品層出不窮,防曬霜、晴雨傘、太陽鏡等等,無不打上“UPFXX”的標識。然而,在戶外特別是進行登山之類的活動,由于高山的海拔相對較高,紫外線的輻射相比平地上要強很多,這時候著裝是人們抵抗紫外線輻射最直接的屏蔽物,因此,面料的防紫外線性能顯得至關重要。

織物防紫外線的能力,主要取決于織物本身屏蔽紫外線的能力。屏蔽主要通過吸收光線和散射、反射來完成。影響織物防紫外線輻射性能的因素分別是織物結構、織物顏色以及漂白、染色等工藝處理。在一般情況下,吸收率和反射率增高,透過率就降低,防護性能就優(yōu)越。

另外,短纖維優(yōu)于長絲纖維,加工絲產(chǎn)品好于原絲產(chǎn)品,細纖維織物比粗纖維織物好,扁平異形織物優(yōu)于圓形截面織物,機織物好于針織物。過測試我們發(fā)現(xiàn),機織或針織結構越緊密UPF值越大。而在質地結構相同的情況下取一塊淺色和一塊深色面料,同時進行紫外線照射的測試,可以發(fā)現(xiàn)染色織物比未染色織物有更高的UPF值,并且織物顏色越深,其紫外線透過率越小,也就是說防紫外線能力越高。而織物的UVR吸收性能取決于織造過程中所采用的加工方法,如漂白、染色、施加消光劑等,這些加工過程都會對織物的UVR吸收性能產(chǎn)生作用。

為了使織物獲得較好的防紫外性能,織物的后整理很重要。采用各種方法將無機和有機的紫外線整理劑分別或共同對纖維、紗線或織物進行處理,并使之牢固結合,這是較為傳統(tǒng)的方法。除此之外,也可以采用納米紡絲技術的方式。在切片聚合過程中,添加紫外線隔離因子(納米氧化鈦Ti02),使纖維及其制成的產(chǎn)品能有效地吸收紫外線,防止紫外線透過衣服,保護人體因紫外線過多照射而引起各種皮膚疾病。同時可以反射可視光線和紅外線,降低太陽熱輻射所造成的溫升,保持衣服內(nèi)部的涼爽感覺,讓穿著更舒適與安全。這種方法具有抗紫外作用持久、永不消褪的特點。

防水透濕

人體由于運動以及新陳代謝,會通過皮膚表面蒸發(fā)水汽散熱,如果這些水汽不能通過織物及時排出,就會在織物和皮膚之間產(chǎn)生高濕熱區(qū)域,使人體感覺悶熱不適。

織物的透水汽性是指氣態(tài)水透過織物的能力。透水汽性與織物的原料,紗線的結構,織物組織結構及其緊密度等因素有密切的關系。當織物的一面所受水蒸氣壓力大于另一面時,水蒸氣會透過織物。織物的透水汽按單位時間內(nèi)透過水蒸氣的量來表示的,它對人體的舒適和衛(wèi)生影響甚大。目前,國際標準中對織物透水汽性的檢測方法有很多,常用的有ASTME 96,BS 7209等,具體操作方法是:先將面料置于裝有定量蒸餾水的透濕杯上,密封后稱重,再放在標準規(guī)定的測試環(huán)境中(固定的溫度,濕度以及氣流速度),經(jīng)過24小時后取出再稱重,通過試樣前后質量的損失來推算透過水蒸氣的量。

防水透氣織物是指水在一定壓力下無法浸入織物,而人體散發(fā)的汗氣能以水蒸氣的形式通過織物傳導到外界,從而避免汗氣積聚冷凝在體表與織物之間,以保持穿著的舒適性。它是一種高技術、獨具特色且極具實用性的功能性織物。防水對于面料行業(yè)來說并不是什么難題,關鍵是如何實現(xiàn)透氣與其兼得并且實現(xiàn)超強防風。像雨衣、擊劍服、登山服等要求不透水又不發(fā)悶,須采用微孔型織物或用傳遞水汽性能好的纖維制的織物。

防電磁輻射

電磁輻射已經(jīng)成為繼水、大氣、噪聲之后的第四大環(huán)境污染源。大量研究表明,電磁輻射對地球生物和人類的危害和影響已經(jīng)遠遠超過了人們以往對它的認識。早期的防電磁輻射或抗電磁干擾研究和產(chǎn)品開發(fā)主要集中在軍事、國防或工業(yè)領域。隨著個人電腦、計算機網(wǎng)絡通訊、移動電話、視聽設備、微波爐等電子技術和產(chǎn)品的日益普及,電磁輻射對人們健康和生命安全的影響日益顯現(xiàn),開發(fā)和使用具有抗電磁輻射功能的紡織產(chǎn)品則是最簡便和有效的手段之一。

電磁輻射是由不同波長和頻率的多種類型的電磁波形成的,其頻段范圍可從3Hz到3×1012Hz不等。由于抗電磁輻射材料對不同頻段的電磁輻射的反射和吸附能力各有不同,因此目前被采用的抗電磁輻射性能的測試方法也各不相同,必須根據(jù)抗電磁輻射材料的性質和實際用途加以選擇。

防電磁輻射服裝的防護方式有兩種:一是用屏蔽面料直接制作的服裝,另一是將屏蔽面料作為內(nèi)襯或內(nèi)膽制作在服裝中。到目前為止,國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的針對抗電磁輻射紡織產(chǎn)品的功能評價測試方法和標準,市場上大量的抗電磁輻射紡織產(chǎn)品基本上都在沿用一些常規(guī)電磁屏蔽材料的性能測試方法。通常,抗電磁輻射產(chǎn)品可以用反射率R、透過率T、吸收率A和屏蔽效能SE來評價其抗電磁輻射的效果,其中采用最普遍的是屏蔽效能SE。研究表明,在低頻時,材料的屏蔽效能主要取決于反射。由于電磁波的反射與材料表面的阻抗有關,因此,材料的導電性能越好,反射就越強,屏蔽效能就越高。而在高頻時,屏蔽效能主要取決于電磁波在材料內(nèi)部傳播時的吸收損耗。這種吸收損耗與材料的厚度、電導率和磁導率有關。

完善測定制度 引導行業(yè)發(fā)展

將高科技運用于紡織品生產(chǎn)中已成為當今紡織品開發(fā)的主流, 新型纖維的應用和紡織技術的革新,使紡織品不僅美觀、保暖,而且柔軟富有彈性,并且發(fā)展了吸濕、透氣、防雨、防風、防污、防霉、防蛀、抗紫外線、防輻射、抗靜電、 保健、無霉和環(huán)保等多種功能。功能性紡織品已跳出傳統(tǒng)形態(tài),完全深入家用、裝飾、醫(yī)療、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、建筑、地質、交通、工具、包裝、休閑、防護等眾多應用領域,且受到化工、汽車、機械、紡織裝飾、服裝等行業(yè)的高度重視。“未來的衣服能夠按環(huán)境影響而向我們發(fā)出預警,例如內(nèi)置全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的衣服,能以光速交換數(shù)據(jù)的外套,或瞬間改變外貌的外套,Hans-Jurgen Hubner更預言紡織品能啟動藥物治療。”著名功能性紡織品供應商Schoeller公司的CEO Hans-Jurgen Hubner說。

一項調查結果表明,全球消費者都喜愛不需要過多打理的服裝,但不同國家的人對服裝的某些具體功能偏好不同。抗皺和易于打理始終是全球消費者較為了解和期望獲得的兩項特性。此外,對于天然纖維,例如棉,消費者也表示出始終如一的喜愛。至于全球消費者認知度較低的,例如吸濕快干,防紫外線,除臭,抗菌也有一定市場。消費者不僅了解這些功能性并進一步轉為購買行為。

我國功能性紡織品已經(jīng)形成具有一定規(guī)模、品種相對齊全、功能日趨完善、發(fā)展相對穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)格局,其研發(fā)和應用正向著多領域、多行業(yè)、多學科、產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)學研協(xié)同的方向發(fā)展,已涉及環(huán)保、醫(yī)療、衛(wèi)生、礦業(yè)、熱帶農(nóng)業(yè)、產(chǎn)業(yè)用紡織品、納米、化工等領域。如電磁輻射、防護服裝及其標準的研究、戶外運動功能紡織品的開發(fā)、印染廢水處理、天然染料及植物功能染料、鍍銀纖維、防蚊紡織品、功能性微膠囊、桑皮纖維、醫(yī)用循環(huán)減壓襪的研制等。相信隨著產(chǎn)品開發(fā)的不斷深入,功能性紡織品將是未來市場上的一支生力軍。然而,令人尷尬的是,目前國內(nèi)基本還沒有專業(yè)專注于開發(fā)多功能紡織品的企業(yè),功能性在很大程度上還處于被炒作概念的境地。