廖臻亨,景 科,馬紅飛

(95668 部隊(duì),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(nèi),生物機(jī)體會(huì)因吸收過量的電磁輻射能量,產(chǎn)生熱效應(yīng)、諧振效應(yīng)和累積效應(yīng)。當(dāng)電磁輻射的強(qiáng)度較高時(shí)(≥10 mW/cm2),生物機(jī)體主要受到電磁輻射的熱效應(yīng)影響。持續(xù)不斷的高強(qiáng)度電磁照射會(huì)導(dǎo)致體溫的改變,使人體產(chǎn)生功能障礙和病理損害,如生物鐘紊亂、神經(jīng)衰弱、激活原癌基因、誘發(fā)癌癥等。

當(dāng)射頻電磁場內(nèi)輻射功率較低時(shí)(≤1 mW/cm2),電磁輻射主要以諧振效應(yīng)影響生物細(xì)胞。長時(shí)間不間斷受到低功率電磁波的照射會(huì)引起人體微弱電磁場的失衡,通過與人體細(xì)胞的共振改變細(xì)胞膜電位,使細(xì)胞活動(dòng)能力受限,降低人體免疫力[1]。同時(shí),諧振效應(yīng)干擾人體生物電,尤其對腦和心電產(chǎn)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(huì)發(fā)生累積,形成永久性病態(tài),即累積效應(yīng)。人體具有自我調(diào)節(jié)和修復(fù)功能,可以及時(shí)減輕或消除短時(shí)間接觸的低強(qiáng)度電磁輻射影響,但自我調(diào)節(jié)和修復(fù)功能是有限的。電磁輻射累積效應(yīng)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(shè)備的危害

強(qiáng)電磁波直接照射到電子設(shè)備上會(huì)形成強(qiáng)電磁干擾,引起易燃、易爆物的起火和爆炸,造成武器系統(tǒng)的失靈,部分抗反輻射導(dǎo)彈的引爆裝置就依據(jù)此原理制成。同時(shí),電磁干擾會(huì)破壞或降低電子設(shè)備的工作性能,導(dǎo)致通信系統(tǒng)受損甚至引發(fā)嚴(yán)重事故,如飛機(jī)失事、導(dǎo)彈誤發(fā)射和儲(chǔ)油罐起火爆炸等[3]。

電磁輻射也可能會(huì)引起感應(yīng)耦合、靜電耦合或電磁耦合。電磁波輻射在靠近的金屬導(dǎo)線上會(huì)產(chǎn)生傳導(dǎo)性的電磁干擾,并從這些導(dǎo)線經(jīng)由電源線、信號(hào)線或控制線影響設(shè)備性能。耦合電磁干擾對電氣、電子設(shè)備或系統(tǒng),特別是對含有半導(dǎo)體器件的設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)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(dá)電磁輻射防護(hù)計(jì)算與分析

2.1 電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定

我國環(huán)境保護(hù)部考慮我國電磁環(huán)境保護(hù)工作實(shí)踐,頒布了《電磁環(huán)境控制限值》(GB8702—2014),鼓勵(lì)電磁設(shè)備所有者遵循預(yù)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(jù)生活區(qū)短時(shí)間暴露的平均暴露限值,在任意連續(xù)6 min 內(nèi)的平均電磁強(qiáng)度值應(yīng)滿足表1 要求。

表1 生活區(qū)短時(shí)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(dá)主要技術(shù)指標(biāo)

選取某雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析,其數(shù)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(fù)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(shù)據(jù)處理原則及計(jì)算方法

假定被測物同雷達(dá)天線處于同一高度上,根據(jù)《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》,雷達(dá)等微波功率密度S 計(jì)算公式如下:

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

發(fā)射機(jī)的平均功率計(jì)算公式為:

式中,τ為脈沖寬度(s),fprf為脈沖重復(fù)頻率(Hz),P為雷達(dá)發(fā)射的脈沖峰值功率(W),取k的最大值,即k=1,此時(shí)雷達(dá)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(dá)主要技術(shù)指標(biāo)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(jù)雷達(dá)輻射占空比計(jì)算公式,在雷達(dá)天線波瓣水平寬度為2°時(shí),占空比為2/360。

根據(jù)GJB5315A—2017 標(biāo)準(zhǔn)《電磁輻射暴露限值和測量方法》要求,在1 000 MHz 頻點(diǎn)工作的雷達(dá)任意6 min 內(nèi)的平均電磁輻射功率密度允許值S 應(yīng)小于等于0.4 W/m2。根據(jù)公式(5)可得在該雷達(dá)水平高度距離與平均功率密度的關(guān)系,如圖1 所示。雷達(dá)水平高度上不同距離對應(yīng)的功率密度,如表2 所示。

圖1 雷達(dá)天線水平高度上距離與功率密度關(guān)系

表2 雷達(dá)水平高度上不同距離對應(yīng)的功率密度

由圖1 可知,隨著被測點(diǎn)與雷達(dá)天線的距離拉大,被測點(diǎn)的功率密度成二次函數(shù)下降,當(dāng)距離為332.85 m時(shí),達(dá)到安全功率密度0.4 W/m2。即當(dāng)S≤0.4 W/m2時(shí),r≥332.85 m 為雷達(dá)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(jì)算

當(dāng)計(jì)算點(diǎn)處于雷達(dá)天線水平高度的下方時(shí)(即不在主瓣輻射區(qū)內(nèi)時(shí)),假設(shè)剛好至于第一旁瓣輻射寬度內(nèi),第一旁瓣≤-30 dB,因此考慮第一旁瓣在非安全區(qū)域內(nèi)的電磁輻射功率密度。首先,依據(jù)旁瓣電平計(jì)算第一旁瓣輻射功率P2,取旁瓣電平為-30 dB,Pmax為雷達(dá)脈沖峰值功率。

可得P2為20 W,第一旁瓣的功率密度計(jì)算公式為,由于雷達(dá)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(diǎn)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(yīng)的功率密度

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

3 電磁輻射的科學(xué)防護(hù)

3.1 加強(qiáng)宣傳教育,正確看待電磁輻射問題

宣傳教育主要有兩個(gè)目的。第一,正確認(rèn)識(shí)電磁輻射的危害。認(rèn)識(shí)電磁輻射危害的觸發(fā)條件,引起工作于電磁輻射超標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的人員的重視,加強(qiáng)防護(hù)意識(shí),且積極主動(dòng)做好防護(hù)措施,消減電磁輻射對人體機(jī)能的損害。第二,深刻理解電磁輻射危害可以通過積極防護(hù)得到消除。在非長時(shí)間持續(xù)接觸強(qiáng)電磁輻射情況下,人體細(xì)胞具有自我調(diào)節(jié)和修復(fù)電磁輻射損傷的功能。同時(shí),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(chǎn)生。在雷達(dá)設(shè)計(jì)分析、選材生產(chǎn)和陣地選址等各個(gè)生產(chǎn)建設(shè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)避免電磁污染的產(chǎn)生或減少電磁污染。手段包括:通過設(shè)計(jì)和選材增強(qiáng)雷達(dá)系統(tǒng)電路的電磁兼容性、將雷達(dá)陣地建設(shè)在遠(yuǎn)離人群的高地、在垂直面上實(shí)現(xiàn)雷達(dá)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(yuǎn)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(shè)備的路徑。比如雷達(dá)裝備自動(dòng)控制或遠(yuǎn)程控制,設(shè)置雷達(dá)裝備工作屏蔽扇區(qū)(主要是在不影響裝備觀察重要目標(biāo)時(shí),屏蔽生活區(qū)),減少操作員不必要接觸電磁輻射的時(shí)間,在雷達(dá)操控室和靠近天線的活動(dòng)室內(nèi)壁敷設(shè)吸波材料等。(3)做好個(gè)人和裝備的防護(hù)措施。比如:在輻射超標(biāo)準(zhǔn)區(qū),工作人員穿戴防輻射的衣帽、眼鏡等防護(hù)器具,裝備采用屏蔽技術(shù)進(jìn)行電路保護(hù)。

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(yīng)

進(jìn)行就業(yè)前體檢和定期體檢,電磁輻射的累積效應(yīng)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(chǎn)婦調(diào)離輻照崗位,應(yīng)盡量安排已婚已育的人員在輻照崗位。同時(shí),測定人體自我修復(fù)輻射損傷所需的時(shí)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(nèi)的工作時(shí)長及出現(xiàn)頻率等,避免電磁輻射的累積效應(yīng)。

3.4 加強(qiáng)鍛煉及科學(xué)飲食,增強(qiáng)自我調(diào)節(jié)和修復(fù)能力

提高身體素質(zhì)和科學(xué)的飲食可增強(qiáng)人體自我調(diào)節(jié)和修復(fù)能力。富含維生素A、C 和蛋白質(zhì)的食物可以加強(qiáng)機(jī)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(zhì)之一,適量飲用綠茶可減輕輻射對人體的不良影響。

4 結(jié)語

雷達(dá)架設(shè)時(shí)需根據(jù)周圍地形、地勢及建筑物,對電磁輻射環(huán)境做出評(píng)估,合理布設(shè)雷達(dá)天線,減輕電磁輻射對人體和電子設(shè)備的不良影響,確保人員健康及設(shè)備安全。本文根據(jù)某型號(hào)雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)和環(huán)境電磁輻射防護(hù)安全要求,估算出該雷達(dá)電磁輻射的安全防護(hù)距離,供雷達(dá)陣地選擇和雷達(dá)架設(shè)時(shí)參考。