Test and Standard
标准与测试
电磁辐射防护服装标准解析
文｜董科萍 肖 红 陈晓渊
摘要：文章从防护服的测试原理、测试系统、评价指标、结果评价等方面解析了已有的国内外屏蔽服标准，指出其中存在的问题并给出了改进建议。关键词：电磁辐射；防护服装；对比解析中图分类号：TS941.79 文献标志码：A
Analysis on the Standards for Electromagnetic Shielding Garment
Abstract: This paper analyzes current standards for electromagnetic shielding garment at home and abroad from several aspects, including test principle, test system, evaluation index and result evaluation, and points out the existing problems and provides some suggestions on improvement.
Key words: electromagnetic radiation; protective garment; comparative analysis
电磁辐射会产生热效应、非热效应以及累积效应，长期接受超过辐射阈值的电磁辐射会引起人体脑神经、生殖等系统的生理病变。在微波站、雷达发射/接收站、通讯基站等，电磁辐射远远超过辐射阈值。与此同时，现在市场上生产的屏蔽服质量参差不齐，需要提供一套科学有效的测试方法对屏蔽服防护效果进行评定。目前，针对平面屏蔽材料的测试方法已经成熟，主要有法兰同轴法、屏蔽室法等。但是，由材料构成的服装不可避免存在结构上的开口，导致电磁波从开口处泄露、屏蔽效能大大降低。着电磁屏蔽服装的屏蔽效能相当于有泄露腔体的综合屏蔽效能，通过测试可以获得。本文对国内外已有的相关防护测试标准进行对比分析。
蔽服的标准研究相对较少。目前全球已出台的电磁屏蔽服标准主要有 4 个，其中一个已废止（表 1）。
表 1 电磁屏蔽服装测试标准现状
标准号标准名称频率范围200 MHz ～ 10 GHz主要特点1 标准现状及基本测试原理
1.1 标准现状
各国电磁辐射标准研究与制定主要集中在暴露限值的规定和平面屏蔽材料的屏蔽效能测试上，关于电磁屏
作者简介：董科萍，女，1993年生，硕士在读，主要研究方向为电磁屏蔽服屏蔽效能测试。
通信作者：肖 红，高级工程师，E-mail：76echo@vip.sina.com。
作者单位：董科萍，东华大学；肖 红，军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所；陈晓渊，物资采购站。
基金项目：电磁辐射防护服通用防护要求和测试方法（BX116B010）；国家自然科学基金项目（51403232）。
对防护服本身要求过多、待测点过多、测试频点过少、测试布置不合理，已废止有比吸收率SAR（W/《防护服第100部分频率范围为80 kg）和屏蔽效能SEDIN 32780－100 80 MHz ～ 1 MHz至 1 GHz的（dB）两套评价指标；GHz2002电磁场防护要求适用频率窄，无法满足和试验方法》当前电磁防护的要求含微波防护服的各种性GB/T 23463 — 《防护服装 微波300 MHz ～ 能要求、测试方法、标识；但对测试细节并未2009辐射防护服》300 GHz仔细说明针对民用电磁辐射防护GB/T 33615 — 《服装 电磁屏蔽80 MHz ～ 6 服；对关键部件人体模2017效能测试方法》GHz型的规定不够严谨MIL－C－《微波辐射防护82296B－1984连体工作服》1.2 基本测试原理（图 1）
假人模型
吸波材料
发射天线
L
接收探头
功率放大器
人体支架
分析仪
半电波暗室
信号源
图 1 电磁屏蔽服装屏蔽效能测量示意图
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现有 3 个标准均提到对模拟人体穿着电磁屏蔽服装时的状态进行测试（图 1），将内置有接收天线的假人模型置于半电波暗室，测试未穿着电磁屏蔽服装时的电场强度（E0，V/m）与穿着电磁屏蔽服装时的电场强度（E1，V/m）之比，并用对数表示，得到待测服装的屏蔽效能SE=20lg（E0/E1）。
用低损耗、低介电常数的材料注塑而成，内部为均匀模拟人体组织材料介电性能的填充材料。2.1.3 假人模型必要性讨论
测试时是否必须用假人模型存在争议。GB/T 33615提到假人模型可用胸架代替，外形尺寸与被测服装试穿人体相适宜即可。DIN 32780－100使用的简易假人模型由长方体组建而成（图 2）。不同穿着状态下，屏蔽服的开口和缝隙形态不同，而这 2 个因素对屏蔽服屏蔽效能影响非常大，60 dB的织物制成服装后屏蔽性能会降到30 dB左右；另外测试应尽可能模拟人体真实穿着状态，建议采用假人模型进行测试。
2.1.4 假人模型填充等效材料必要性讨论
在假人模型内部填充人体组织等效材料，目的是使其更符合真实的人体情况。实际填充时存在以下问题：不同人体以及人体不同组织的电磁参数不同；测试频率改变会引起人体组织电磁参数的变化。人们穿防护服的目的是希望电磁波能被服装直接吸收或反射，并不希望它进入人体，所以是否需要内部填充物有待商榷。对于考察人体对电磁波的吸收性能，填充组织液是必须的。
2 测试用假人模型及电磁环境要求
由图 1 可知，服装SE的测试系统由发射天线、接收天线、假人模型、信号发生器和分析仪构成。其中，假人模型是整套测试系统的核心部件，是与平面材料屏蔽效能测试存在显著差异的地方；其它部件和测试系统所在环境共同构成了测试用电磁环境。
2.1 假人模型
目前，各标准中提到的假人模型有两大类，一是透波材料假人，内部无填充物；二是内部有模拟人体填充物的假人模型。
2.1.1 内部无填充物的透波材料假人模型
GB/T 23463采用PE、PP等微波透明材料制成的塑料假人。DIN 32780－100在针对SE的测试时采用的简易假人模型（由长方体搭建）由中间被空气填满的空腔（里面装有电场探头）和被无耗或低耗碳泡沫材料填充的手臂、腿、头组成（图 2）。
30
≥2×ФDs
1701
A
A2
179±312
ФDs30
（a）人体模型
ФDs
2Ds252.2 假人测试部位
人们使用防护服的目的是让人体受到的电磁辐射在暴露限值以下。根据国际标准ANSI/IEEE Std C95.1－2005对身体各部位暴露程度及相关限值的划分，在相同频率下四肢的电场暴露限值远大于头部、胸部以及全身整体，说明只要关键部位的屏蔽效能在暴露限值以下，便可认为四肢是安全的，无需专门测试。此外，下腹部有人体重要器官，且靠近屏蔽上衣与屏蔽裤接合的缝隙处。故测试部位多选取头部、胸部、下腹部，现有 3 个标准也是选取 3 个部位中的至少 2 个部位进行测试。
2
12
20
202.3 测试的电磁条件
2.3.1 测试场地及测量动态范围
为防止外部环境干扰，屏蔽服测试往往在电波暗室中进行。电波暗室可分为全电波暗室和半电波暗室。GB/T 33615和GB/T 23463均指出，测试应在半电波暗室进行。动态范围是反映系统测试能力的重要指标，动态范围＝信号接收机的灵敏度－系统最大发射功率下的最大初始测量值。GB/T 33615规定测试系统的测量动态范围应大于被测样品电磁屏蔽效能预期值 6 dB以上。2.3.2 天线
测试频率范围较大时，发射/接收天线无法覆盖整个工作频段，必须分频段设置、分频段测量。人体模型内
（b）胸部放置电场探头（c）头部放置电场探头
1 —— 电场探头；2 —— 碳泡沫材料；Ds —— 电场探头直径。
图 2 人体模型示意图
2.1.2 内部有模拟人体填充物的假人模型
内部有填充的情况分为 2 种，一种是填充组织液，另一种是填充固体材料。无论选用哪种填充方式，都要与人体组织的介电常数和电导率相接近。
DIN 32780－100在针对比吸收率（SAR）评估的测试中，规定假人内部填充的类似人体组织液由水（53.5%）、糖（45.0%）、盐（1.5%）混合而成。GB/T 33615对于人体模型无明确规定，只是笼统地要求外壳采
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部空间有限，无法用常规天线测量，往往用全向电场探头替代。在选取电场探头时，尺寸应尽可能小，减小对衣服内初始场强的扰动。
此外，防护服和电场探头的距离应在合理的范围。两者距离过近，天线受到防护服上感生电流的影响，不仅造成测量数据波动，在重复测试时还会因为服装对天线隔离状态的变化，对测试结果产生影响；两者距离过远，会使实验与实际着装时衣服与天线的隔离状态差别过大，不能反映真实情况。
屏蔽服对不同极化方式的入射电磁波的屏蔽效果存在差异，导致各向异性的原因可能来自制成屏蔽服的面料在经纬向金属纤维含量不同或纱线电导率不同、服装上不同方向及尺寸的孔洞和缝隙对电磁泄露的影响等。2.3.3 发射天线到人体模型的距离
电磁辐射防护服屏蔽效能测量系统规定，接收天线必须位于发射天线的远场区边界之外，即r≥2D2/λ 。式中：r为假人与天线间距（m）；；D为天线最大直径（m）。发射天线与测试点（接收探头）λ为天线工作波长（m）处于等高位置。
对于公众电磁污染防护，国家要求基站与民居相隔足够距离，提高了公众防护等级。因此，在制订标准时，应注明具体的适用范围或对象，以免误导消费者。
（2）测量频率范围的设置。公众很少能够接触到18 GHz以上的电磁波，职业人员有机会接触到的高频率微波环境电磁场衰耗迅速，可通过空间隔离的方法进行自我防护。另外国家规定电波暗室内部频率范围必须在30 MHz ～ 18 GHz，以保证实验室内部安全，而GB/T 23463频率范围为300 MHz ～ 300 GHz，既未覆盖300 MHz以下的频率段，也超出了实验室的测量范围；DIN 32780－100适用频率范围太窄，仅为80 MHz ～ 1 GHz，无法满足战场等强电磁辐射环境的要求。此外，目前还没有一个天线能够覆盖很宽的频段，频率范围越大，则需要更多分频段天线。因此，虽然对于人体防护而言测试频率范围越宽越好，但过宽将导致测试的复杂性及潜在的安全性。
（3）假人模型。假人模型是整个测试系统的核心部件，而现有标准对此并无统一意见。DIN 32780－100和GB/T 33615中的人体模型内部均有填充物，GB/T 23463采用内部无填充物的透波材料假人模型。关于是否需要标准人形的假人模型以及模型内部是否需要填充人体组织等效材料还有待进一步研究。
参考文献
[1] 张书轶．屏蔽服屏蔽效能测试方法研究[D]．江苏：东南大学，
2016．
[2] 施楣梧，张燕．电磁辐射防护服装及其标准研究[A]．铜牛杯第
九届功能性纺织品及纳米技术研讨会．铜牛杯第九届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C]．江苏，2009：523－528．[3] GABRIEL C．Dielectric properties of biological tissue: variation
with age[J]．Bioelectromagnetics，2005，26（S7）：S12－S18．[4] 李滚，李斌，严雅静，等．人体组织等效电学参数的计算与应
用[J]．材料导报，2011，25（16）：153－155，159．
[5] 施楣梧，王群，唐章宏，等．电磁辐射防护服屏蔽效能测量系
统的性能分析[J]．安全与电磁兼容，2015（1）：27－30，63．[6] 施楣梧，王群．电磁功能纺织材料[M]．北京：科学出版社，
2016．
[7] 陈家奎．防电磁辐射服装屏蔽效能测量方法研究[D]．北京：
北京交通大学，2007．
[8] 姚丽．电磁屏蔽服屏蔽效能测试方法的研究[D]．河南：中原
工学院，2013．
[9] 张晓霞．防辐射孕妇装的屏蔽性能与结构设计研究[D]．上海：
东华大学，2009．
[10] 林昌禄．天线工程手册[M]．北京：电子工业出版社，2002．[11] 刘畅．人体头部比吸收率（SAR）数值仿真分析研究[D]．北
京：北京邮电大学，2010．
[12] 曹胜利．EMC电波暗室建设的潜在风险[J]．工程建设与设计，
2016（16）：50－51．
3 性能等级评价
目前防护服标准主要分为 2 类，一类注重测试方法，如DIN 32780－100和GB/T 33615；一类侧重性能评价，如GB/T 23463（表 2）。
表 2 性能等级评价
标准结果计算性能评价其他测每个间隔频率DIN （允许最大间隔32780－为使用频率范围100的1/20）的最小值测 1 件试样，按GB/T 照屏蔽效能公式33615计算各部位测 3 次，取平均值；同频GB/T 率 3 个部位屏蔽23463效能最低值作为该频率的测试结果—洗涤10次—有特殊需要时测 SE≥5 dB具有洗涤10次后具防电磁辐射性3 件试样，取平有同样的SE能均值分为 3 个等级：A级：50 洗涤10次，SEdB；B级：30 变化＜5%、尺dB；C级：10 寸变化≤±3%dB连体式防护服头套、手套、鞋袜SE≤服装主体功能材料；眼罩透明部分≥30 dB4 存在的问题及改进措施
（1）普通民众是否需要穿屏蔽服有待商榷。电磁辐射防护服是劳动保护用品，适合职业人员。普通民众是否需要穿防护服，须根据暴露限值决定。当电磁场强度高于暴露限值时才需要使用防护服。GJB 5313 — 2004《电磁辐射暴露限值和测量方法》对作业区和生活区的暴露限值要求不同，如在30 ～ 3 000 MHz，作业区连续波电场强度暴露限值为15 V/m，生活区则为10.6 V/m。
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