根据国家有关法律法规及国务院环境保护主管部门的相关要求，为了加强环境电磁辐射的安全管理，保障公众的环境权益，多年来，不断强化和完善伴有电磁辐射建设项目的环境影响评价工作，解决了众多历史遗留问题，通过加强宣传和现场执法检查，使伴有电磁辐射建设项目的辐射环境管理走向了正常化的道路。但在伴有电磁辐射天线系统环境影响预测分析中，其辐射近远场区的划分方法一直争论不休:有的认为应以2 ~ 3倍的λ加以区分，有的则认为应以2D²/λ界限。由于近远场区划分方法的不同，则预测分析结果相差比较大，因而确定天线系统辐射近远场区对分析建设项目周围电磁辐射水平是十分重要的。本文试图通过理论分析、工程实践，并结合发射天线物理结构，对天线系统辐射近远场区的划分做一浅显探讨。

1 电磁辐射的近场与远场

实际上，电偶极子的电磁辐射场的分布与传播描述已有比较成熟的理论，那就是麦克斯韦(Maxwell)方程。

1.1 假设条件

假设有一对短的电偶极子，其长度为D，且D＜＜λ。为方便起见，建立起三维坐标系，如图 1所示。则电偶极子处于坐标原点处，空间M点距原点的距离为r。

1.2 辐射场的描述

根据麦克斯韦(Maxwell)方程，电偶极子的辐射场可写为:

(1)

(2)

(3)

中: Z₀-自由空间的波阻抗，120πΩ; I-电偶极子电流，A; D-电偶极子的长度，m; θ-辐射距离r的顶角; φ-辐射距离r在X-Y平面的投影对X轴的交角(见图 1); r-从电偶极子至观测点的距离，m; ; λ-波长，m，λ = 。

1.3 近场与远场特性

将式(1)的电场分量以归一化坐标画出，如图 2所示。该图的横坐标归一化至λ/2π (约λ/6)，纵坐标归一化至Z₀IDπsinθ/λ²。

由式(1)至式(3)，以及图 2可以看出: ①E_θ、E_r、H_φ分别包含有正比于1/r³、正比于1/r²及正比于1/r的项。图 2中画出了电场的这三个分量与距离的关系。当λ/2π = 1时，三个分量相等。②当r＞＞λ/2π (远场条件)时，正比于1/r的项起主要作用，比其他两项的数值都大，并且随距离的增加衰减很慢。这部分是真正的“辐射场”，也是所有无线电业务所使用的部分。此时Z = E_θ/H_φ = Z₀ = 120πΩ。③当r＜＜λ/2π(近场条件)时，正比于1/r³的项起主要作用。此时的波阻抗Z = E_θ/H_φ≌Z₀λ/2πr，由于此时r＜＜λ/2π，故Z＞＞Z₀称为高阻抗场，或称电场。也就是说，由短的电偶极子的辐射，在近场为高阻抗场。对发射应用而言，无规律、无意义。

如果源不是电偶极子，而是一个小环，或称之为磁偶极子，则近场为低阻抗场。但无论是高阻抗场还是低阻抗场，在近场起主要作用的均是“感应场”。

2 工程中天线系统的近场远场

上述辐射场近远场的分析仅限于一个独立的理想辐射场，但在工程实践中，其辐射场近远场更具体、更有针对性。与辐射场的近远场不同，对于一个天线系统，其近场与远场的分界点不再以λ/2π为界，而是按照“波程差”理论:即同一辐射源，从天线最边缘辐射的电磁波到达观测点，与天线中心辐射的电磁波到达该点时，其差程不大于某个值，或两者的相位差不大于π/8 (22.5°)，那么观测点以外的区域为天线的辐射远场区，观测点以内的区域则为天线的辐射近场区。

2.1 工程中弧面天线系统的近远场 2.1.1 近远场区条件

为清晰起见，假设有一弧面天线，天线的辐射源处于弧底中心，弧面天线的口径为D，其他如图 3所示。根据上述条件及示意图，可以推导出对于弧面天线系统的远场条件为:

(4)

式中: r-天线中心至观测点的距离，m; D-天线的口径，m; λ-工作波长，m。

2.1.2 近远场区分析

根据公式(4)和图 3，对弧面天线的相关特性做简要分析: ①在弧面天线的中心轴线上，距辐射源或偶极子的距离小于2D²/λ的区域为辐射近场区，大于2D²/λ的区域为辐射远场区，则2D²/λ为两个区域的距离相对分界点。②在前述的辐射场分析中，λ/2π为辐射近远场的分界点，小于该点的区域为高阻抗区。由图 3可以看出，在天线系统中，小于λ/2π的区域在辐射近场区中，且比较小，一般称之为无功近场区。③一个理想辐射场的近远场与工程天线系统中的近远场，从物理意义上来讲是不同的。在近场区中，电场变化比较复杂，通常采用实际监测的方法获取，或采用简化概略模式。但在远场区，则有其相应的变化规律，根据天线系统的不同，有相应的理论估算模式。④结合图 3，公式(4)适宜的条件应为r＞＞D。从数学中的近似表示可以知道，符号＞＞表示大于10倍以上，如果一个口径为8 m的弧面天线，适宜的距离应在80 m以外。

2.2 工程中板面天线系统近远场区

除微波天线外，工程实践中更多的是板面或类板面天线，包括无线移动通信系统、广电发射系统等等。在这些天线系统中，不只是一组辐射振子，通常是多振子，有的多达十余组振子。

2.2.1 单振子天线的近远场区

不难理解，单振子天线就是只有一组天线辐射振子的天线系统，这是一种比较简单的天线系统。为了便于与发射机匹配，提高传输及发射效率，通常将振子的长度设计为二分之一波长，即λ/2。将此数据代入公式(4)，可得到单振子天线系统的远场条件为:

(5)

这也就是为什么有人提出远场条件一般为2 ~ 3倍λ的原因，对于单振子天线系统这种简化处理方法是适宜的。

2.2.2 多振子天线的近远场区

图 4为三振子板面天线系统近远场区分界示意图，图中D为外则两振子之间的距离，D₁为基板或反射板的总长度。类似于弧面天线系统，可以推导出对于板面多振子天线系统的远场条件仍为:

式中参数意义及单位等同公式(4)。

由图 4可以看出: ①在弧面天线系统中，路径2为源波束经天线弧面反射后的波束路径，而板面天线系统中则为另一振子的发射波束路径。相对而言，后者的波程差更小，则两波束的相位角较小，因而辐射近场区的适宜性更好些。②在多振子板面天线系统中，弧面天线系统中的天线口径D则为两边沿振子之间的距离，或可表述为无论振子如何排列、板面天线系统中两边沿振子之间的最大距离。③图 4中的D和D₁不是一个量，不能混用，有时两者相差比较大。

3 实例

工程实践中，天线系统类别很多、型式多样，但对于辐射远近场的划分而言，大同小异，只是各类天线系统各具特点而已。为了便于应用，现列举两个实例加以说明。

3.1 中波广播发射天线

在国内的中波广播发射天线中，依据使用目的或架设地点的不同，大多使用单塔(导线)或多塔发射天线系统。单塔(导线)中波广播发射天线就是一组变异的单振子天线，塔或导线直立于地面，与地下地网构成一典型的振子天线系统，塔的高度即为振子或口径的长度。

某市的中波传播发射天线系统的有关参数为:塔高D为90 m，主频率为846 kHz，波长λ为354.6 m。将上述参数分别代入公式(4)和公式(5)，则

公式(4)的估算结果为r≈45.7 m;

公式(5)的估算结果为r = 45.0 m。

两种模式的估算结果比较接近。对于发射距离达几十公里的天线系统，近场区只有约46 m，可以忽略不计，这就是为什么在《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法》 (HJ/T 10.2-1996)中只给出一种通用估算模式的原因。

3.2 无线移动通信基站多振子天线

多振子天线系统是比较复杂的，比较典型的是无线移动通信基站发射天线。为简洁起见，选择移动通信公司TD-LTE网某型号多振子定向天线为实例对其近远场进行估算。天线相关参数为:上限频率为1900 MHz，多列振子天线最边沿振子间的距离(或口径) D为0.7 m，波长λ为0.16 m。将上述参数分别代入公式(4)，则

r≈6.1 m

由于为多振子天线系统，不适用于公式(5)，不然的话则两者差别会非常大。这是应必须注意的。

4 结论

通过上述分析，可以得出如下几个方面的结论: ①对于一个理想化的辐射场，近远场区的分界点为λ/2π = 1。且其近场区为高阻抗区或称之无功近场区，对发射应用而言无意义; 其远场区为应用场区，空间某点处的辐射场强反比于距辐射源的距离。②工程实践中，天线系统的近远场分界于2D²/λ，且无功近场区在近场区内。根据天线系统的不同，近场区内的辐射场强一般给出一个特定的值，而在远场区，空间某点处的辐射场强反比于距辐射源的距离。③单振子天线，其近场区边界近似地表示为2 ~ 3倍的λ/2，而多振子或其他板面或弧面天线，其近场区边界为2D²/λ，其中D为天线口径或最大边沿振子之间的距离。

志谢: 本文在编写过程中，得到了北京交通大学张林昌教授的悉心指导，在此表示衷心感谢!