Общая классификация неионизирующих электромагнитных излучений

По характеру биологического действия неионизирующие излучения существенно отличаются от ионизирующих. Вместе с тем при более тщательном рассмотрении в механизмах взаимодействия неионизирующих и ионизирующих ЭМИ на уровне целого организма можно обнаружить много сходных признаков. Особенно важным становится сравнительный анализ приемлемости тех или иных параметров и критериев, существующих в радиационной биологии ионизирующих и неионизирующих ЭМИ. Такие попытки предпринимались и ранее, тем более что многие понятия и термины были или заимствованы, или перенесены из одного научного направления в другое.

Основные характеристики электромагнитных излучений

Распространение ЭМИ осуществляется в виде электромагнитных волн, основными параметрами которых являются частота ν, длина волны l и скорость распространения с, связанные соотношением:

                                              ν = c / l (1.1)

которое справедливо для свободного, не заполненного веществом пространства, где распространение волны происходит со скоростью света с = 3-10⁸ м/с. Если скорость света выражена в м/с, частота в МГц, то длина волны в метрах будет равна:

                              l =300/ ν (1.2)

В заполненным веществом пространстве скорость распространения v определяется относительными диэлектрической e и магнитной m, проницаемостями вещества:

v = c / Ö e m

 Электромагнитная волна может быть представлена в виде векторов, характеризующих напряженность электрической Е- и магнитной Н-составляющих и вектора Умова-Пойнтинга К, в направлении которого происходит распространение волны (рис. 1.1).

Электрическая Е- и магнитная Н-составляющие в распространяющейся электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и направлению распространения (рис. 1.2). Ориентация вектора Е электромагнитной волны в пространстве определяет вид поляризации электромагнитной волны. Плоскость, проходящая через направления поляризации и распространения электромагнитной волны, носит название плоскости поляризации.

Поляризация электромагнитной волны может быть линейной (плоской), круговой и эллиптической.

В случае линейной поляризации вектор Е, периодически изменяясь по величине в процессе распространения, остается параллельным самому себе, перпендикулярным вектору Н и направлению распространения волны (рис. 1.). При круговой поляризации вектор Е вращается с частотой волны, оставаясь при этом неизменным по абсолютной величине, описывая в пространстве круг, причем в зависимости от направления вращения, поляризация электромагнитной волны будет левая или правая (рис.2.). В случае эллиптической поляризации амплитуда вектора Е при его вращении не остается постоянной, а сам вектор в пространстве описывает эллипс.

Помимо этого, горизонтальное или вертикальное расположение вектора Е определяет электромагнитную волну, которая соответственно при этом будет вертикально (рис. 1.) или горизонтальнополяризованной. Фронтом электромагнитной волны является поверхность, все точки которой имеют одинаковую фазу, т. е. поверхность, в каждую точку которой волны от источника излучения (антенны) приходят в одно и тоже время. Фронт электромагнитной волны будет сферическим, если часть пространства, которую достигает волна при распространении за определенный промежуток времени, может быть ограничена сферической поверхностью, в любой точке которой фаза волны одинакова. На очень большом расстоянии от источника излучения фронт волны теряет сферичность и считается плоским.

В электромагнитной волне, в зависимости от расстояния от источника, различают три зоны — ближнюю (зона индукции), промежуточную (зона интерференции) и дальнюю (волновая зона).

Ближняя зона источника ЭМИ характеризуется тем, что размеры и расстояние от источника до точки измерения или расположения объекта по сравнению с длиной волны малы — l, r << l. В этом случае присутствуют и, соответственно, воздействуют на объект независимые друг от друга переменные электрическое Е и магнитное Н поля с частотой ЭМИ. Промежуточная зона не имеет резких границ и переход от нее к ближней и дальней зонам является плавным. В дальней зоне расстояние от источника ЭМИ достаточно велико и поэтому в ней распространяется сформированная сферическая электромагнитная волна.

Модуляция и ее виды. В целях передачи информации или для решения других практических задач амплитуду ЭМИ изменяют по определенному закону, или модулируют. При этом электромагнитная волна называется несущей, а характер ее изменения соответствует модулирующему сигналу, частота которого крайне мала по сравнению с частотой несущей. В зависимости от изменяемого параметра несущей — ее амплитуды или частоты — различают амплитудную и частотную модуляцию (рис. 3). При амплитудной модуляции частота несущей все время одинакова, меняется только амплитуда несущей электромагнитной волны (рис. 3а) в соответствии с модулирующим сигналом (рис. 3в). При частотной модуляции амплитуда несущей остается неизменной, в то время как ее частота изменяется симметрично относительно среднего значения и в сторону повышения, и в сторону понижения в соответствии с амплитудой модулирующего сигнала (рис. 1.66). Используется также фазовая модуляция, при которой фаза (мгновенное значение) несущей электромагнитной волны изменяется по закону изменения модулирующего сигнала. При фазовой модуляции, также как и при частотной, амплитуда несущей остается неизменной, а меняется только ее фаза.

Импульсная модуляция является видом амплитудной, когда амплитуда несущей электромагнитной волны модулируется импульсами определенной длительности, разделенными паузой (рис. 1.7). При этом получаются идентичные по форме импульсы

Чаще всего при импульсной модуляции в качестве модулирующего сигнала используются импульсы прямоугольной формы, хотя могут применяться экспоненциальные, колоколообразные, трапециевидные и др. Для импульсно-модулированного ЭМИ чаще всего используют термин «импульсное излучение», тогда как немодулированное импульсами излучение определяется как непрерывное.