廖臻亨,景 科,馬紅飛

(95668 部隊,云南 昆明 610520)

1 電磁輻射的危害

1.1 電磁輻射對人體的危害

在射頻電磁場范圍內,生物機體會因吸收過量的電磁輻射能量,產生熱效應、諧振效應和累積效應。當電磁輻射的強度較高時(≥10 mW/cm2),生物機體主要受到電磁輻射的熱效應影響。持續(xù)不斷的高強度電磁照射會導致體溫的改變,使人體產生功能障礙和病理損害,如生物鐘紊亂、神經衰弱、激活原癌基因、誘發(fā)癌癥等。

當射頻電磁場內輻射功率較低時(≤1 mW/cm2),電磁輻射主要以諧振效應影響生物細胞。長時間不間斷受到低功率電磁波的照射會引起人體微弱電磁場的失衡,通過與人體細胞的共振改變細胞膜電位,使細胞活動能力受限,降低人體免疫力[1]。同時,諧振效應干擾人體生物電,尤其對腦和心電產生影響,造成心率和血壓的改變、失眠及健忘等。

電磁輻射對人體的傷害程度會發(fā)生累積,形成永久性病態(tài),即累積效應。人體具有自我調節(jié)和修復功能,可以及時減輕或消除短時間接觸的低強度電磁輻射影響,但自我調節(jié)和修復功能是有限的。電磁輻射累積效應給人的健康造成比如體力減退、白血病和免疫力低下等人體病態(tài)情況[2]。

1.2 電磁輻射對電子設備的危害

強電磁波直接照射到電子設備上會形成強電磁干擾,引起易燃、易爆物的起火和爆炸,造成武器系統的失靈,部分抗反輻射導彈的引爆裝置就依據此原理制成。同時,電磁干擾會破壞或降低電子設備的工作性能,導致通信系統受損甚至引發(fā)嚴重事故,如飛機失事、導彈誤發(fā)射和儲油罐起火爆炸等[3]。

電磁輻射也可能會引起感應耦合、靜電耦合或電磁耦合。電磁波輻射在靠近的金屬導線上會產生傳導性的電磁干擾,并從這些導線經由電源線、信號線或控制線影響設備性能。耦合電磁干擾對電氣、電子設備或系統,特別是對含有半導體器件的設備或系統產生嚴重的破壞作用,包括:高壓擊穿、器件燒毀或受瞬變干擾、浪涌沖擊和影響電路正常工作傳遞。

2 雷達電磁輻射防護計算與分析

2.1 電磁環(huán)境標準及規(guī)定

我國環(huán)境保護部考慮我國電磁環(huán)境保護工作實踐,頒布了《電磁環(huán)境控制限值》(GB8702—2014),鼓勵電磁設備所有者遵循預防原則,積極采取有效措施,降低公眾暴露。按照《電磁輻射暴露限值和測量方法》(GJB5315A—2017),根據生活區(qū)短時間暴露的平均暴露限值,在任意連續(xù)6 min 內的平均電磁強度值應滿足表1 要求。

表1 生活區(qū)短時間暴露的平均暴露限值

(1)限值為任意6 min 測量平均值的限值。

(2)f是頻率范圍欄中的頻率值,單位為MHz。

2.2 雷達主要技術指標

選取某雷達的技術參數進行計算分析,其數值選取一般取使得功率密度S最大的值,取值如下。發(fā)射頻率:1 000 MHz;脈沖峰值功率:20 kW;發(fā)射脈沖寬度:200 μs;脈沖重復頻率PRF:500 Hz;天線發(fā)射增益:31 dB;水平/垂直波束寬度:2°;饋線損耗(發(fā)射):4 dB。

2.3 數據處理原則及計算方法

假定被測物同雷達天線處于同一高度上,根據《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》,雷達等微波功率密度S 計算公式如下:

其中,為雷達發(fā)射機的平均功率(W),G’為天線增益,r為被測點離天線軸向的距離(m)。

發(fā)射機的平均功率計算公式為:

式中,τ為脈沖寬度(s),fprf為脈沖重復頻率(Hz),P為雷達發(fā)射的脈沖峰值功率(W),取k的最大值,即k=1,此時雷達發(fā)射的脈沖為理想矩形波。

考慮饋線損耗,可得G′(值)=10(31-4)/10。將雷達主要技術指標帶入(1)～(3),可得沿天線輻射方向不同距離處的功率密度分布式:

根據雷達輻射占空比計算公式,在雷達天線波瓣水平寬度為2°時,占空比為2/360。

根據GJB5315A—2017 標準《電磁輻射暴露限值和測量方法》要求,在1 000 MHz 頻點工作的雷達任意6 min 內的平均電磁輻射功率密度允許值S 應小于等于0.4 W/m2。根據公式(5)可得在該雷達水平高度距離與平均功率密度的關系,如圖1 所示。雷達水平高度上不同距離對應的功率密度,如表2 所示。

圖1 雷達天線水平高度上距離與功率密度關系

表2 雷達水平高度上不同距離對應的功率密度

由圖1 可知,隨著被測點與雷達天線的距離拉大,被測點的功率密度成二次函數下降,當距離為332.85 m時,達到安全功率密度0.4 W/m2。即當S≤0.4 W/m2時,r≥332.85 m 為雷達天線水平高度上的安全距離。

2.4 第一旁瓣平均功率密度計算

當計算點處于雷達天線水平高度的下方時(即不在主瓣輻射區(qū)內時),假設剛好至于第一旁瓣輻射寬度內,第一旁瓣≤-30 dB,因此考慮第一旁瓣在非安全區(qū)域內的電磁輻射功率密度。首先,依據旁瓣電平計算第一旁瓣輻射功率P2,取旁瓣電平為-30 dB,Pmax為雷達脈沖峰值功率。

可得P2為20 W,第一旁瓣的功率密度計算公式為,由于雷達主瓣的水平和垂直波束寬度為2°,在旁瓣波束寬度不超過主瓣的條件下,取旁瓣寬度為2°,代入(1)～(4)式,可得在距離r=50 m處的功率密度值為0.018 W/m2?？傻玫谝慌园暝诓煌嚯x點的平均功率密度值如表3 所示。

表3 第一旁瓣在不同距離對應的功率密度

計算分析表明,該雷達旁瓣在非安全區(qū)域r≥20時,電磁輻射功率密度小于限值0.4 W/m2,由此分析,在進行雷達架設時,若生活區(qū)和雷達天線存在高度落差,即生活區(qū)不在該雷達主瓣波束2°范圍時,人體受輻射影響概率明顯小。

3 電磁輻射的科學防護

3.1 加強宣傳教育,正確看待電磁輻射問題

宣傳教育主要有兩個目的。第一,正確認識電磁輻射的危害。認識電磁輻射危害的觸發(fā)條件,引起工作于電磁輻射超標準環(huán)境的人員的重視,加強防護意識,且積極主動做好防護措施,消減電磁輻射對人體機能的損害。第二,深刻理解電磁輻射危害可以通過積極防護得到消除。在非長時間持續(xù)接觸強電磁輻射情況下,人體細胞具有自我調節(jié)和修復電磁輻射損傷的功能。同時,消除畏懼電磁輻射心理,保持身心健康[4]。

3.2 多措并舉,降低電磁輻射的危害

(1)抑制電磁污染的產生。在雷達設計分析、選材生產和陣地選址等各個生產建設環(huán)節(jié)實現避免電磁污染的產生或減少電磁污染。手段包括:通過設計和選材增強雷達系統電路的電磁兼容性、將雷達陣地建設在遠離人群的高地、在垂直面上實現雷達輻射天線位置和操控室位置的較大落差等。(2)隔斷電磁輻射的路徑。通過遠離輻射源、屏蔽和吸收電磁能量等方式阻斷電磁能量傳輸至人體或設備的路徑。比如雷達裝備自動控制或遠程控制,設置雷達裝備工作屏蔽扇區(qū)(主要是在不影響裝備觀察重要目標時,屏蔽生活區(qū)),減少操作員不必要接觸電磁輻射的時間,在雷達操控室和靠近天線的活動室內壁敷設吸波材料等。(3)做好個人和裝備的防護措施。比如:在輻射超標準區(qū),工作人員穿戴防輻射的衣帽、眼鏡等防護器具,裝備采用屏蔽技術進行電路保護。

3.3 定期醫(yī)療檢查及合理排班,避免電磁輻射的累積效應

進行就業(yè)前體檢和定期體檢,電磁輻射的累積效應對生殖功能有較大影響,將有全身疾病的人、備孕人員或孕產婦調離輻照崗位,應盡量安排已婚已育的人員在輻照崗位。同時,測定人體自我修復輻射損傷所需的時間,建立合理的輪休和輪崗工作制度,限制作業(yè)人員在輻照區(qū)內的工作時長及出現頻率等,避免電磁輻射的累積效應。

3.4 加強鍛煉及科學飲食,增強自我調節(jié)和修復能力

提高身體素質和科學的飲食可增強人體自我調節(jié)和修復能力。富含維生素A、C 和蛋白質的食物可以加強機體抵抗電磁輻射的能力,比如西紅柿、橙子和瘦肉等。食物中的硒元素具有抗氧化作用,適量吃大蒜和人參有助于減少輻射損傷。茶多酚是抗輻射物質之一,適量飲用綠茶可減輕輻射對人體的不良影響。

4 結語

雷達架設時需根據周圍地形、地勢及建筑物,對電磁輻射環(huán)境做出評估,合理布設雷達天線,減輕電磁輻射對人體和電子設備的不良影響,確保人員健康及設備安全。本文根據某型號雷達的技術參數和環(huán)境電磁輻射防護安全要求,估算出該雷達電磁輻射的安全防護距離,供雷達陣地選擇和雷達架設時參考。