RFID應(yīng)用中電磁輻射與防護

在射頻識別技術(shù)(RFID) 應(yīng)用中，人們普遍關(guān)注的一個問題是與其相關(guān)的電磁輻射是否會對人體造成某種程度的傷害？同樣的問題也會發(fā)生在使用小型無線電臺、無線對講機、廣播電視發(fā)射臺、移動通信手機、無線通信基站、家用微波爐、電視機、收音機、MP3/MP4播放器、計算機、紫外線消毒等等設(shè)備上。

　　不管我們愿意或者不愿意，整個宇宙中充滿了各種頻率的電磁輻射。廣義地說，任何溫度高于絕對零度（-273.15℃）的物質(zhì)，因其內(nèi)部組成的分子、原子、電子的運動即會產(chǎn)生熱輻射，熱輻射本質(zhì)上也是電磁輻射。由此說來我們每一個人也都是一個電磁輻射體。

　　人為的電磁輻射現(xiàn)象構(gòu)成了人類生存電磁環(huán)境的新景觀。廣播、電視和移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，成為當(dāng)前人口密集區(qū)空中人為電磁現(xiàn)象彌漫的典型代表。雖然人眼看不見這些電磁輻射，人體也不敏感這些電磁輻射，但是收音機、電視機、移動通信手機可以接收并證實這些彌漫于空間幾乎無處不在的電磁輻射是存在的。

　　考慮電磁輻射對人體的影響問題，就是要分析哪些電磁輻射（或者說電磁輻射滿足什么條件）會對人體造成不利影響。哪些電磁輻射人們可以放心地承受，不必畏懼或擔(dān)心。

　　電磁頻譜

　　電磁頻譜依電磁輻射（能量、信號）的瞬時頻率為變量，將所有的電磁輻射納入到一個一維的數(shù)軸上，通過適當(dāng)?shù)臉俗⒖尚纬梢环鶊D，稱其為電磁頻譜圖，如圖1所示。電磁頻譜的數(shù)軸表示常見的有兩種形式：

　　1、線性標度：此時為一有原點的射線數(shù)軸。射線數(shù)軸的原點對應(yīng)于頻率為“0”的直流電，射線數(shù)軸的方向指向頻率增大方向。線性標度的電磁頻譜圖的概念非常清晰，但其表示頻率范圍的能力有限。如圖1中（a）圖所示。

　　2、對數(shù)標度：此時數(shù)軸的原點對應(yīng)的頻率為“1”，“負向”指向頻率為“0”的直流（一般多略去），“正向”指向頻率增大的方向。對數(shù)標度具有“壓大放小”的作用，頻率范圍的表示能力非常強。如圖1中（b）圖所示。

圖1 電磁頻譜圖

　　籍著電磁頻譜圖，人們可以非常方便地對電磁輻射（能量、信號）進行宏觀尺度（縮小）與微觀尺度（放大）方面的把握與分析研究。由此，也形成了形式多樣的電磁頻譜圖的表示方法。圖2所示為電磁頻譜圖的頻段表示。

圖2 電磁頻譜圖的頻段表示（注：引用圖）
電磁輻射的參數(shù)

　　分析電磁輻射對人體健康的影響，需要了解一些基本參數(shù)。可將與電磁輻射相關(guān)的參數(shù)分為“電參數(shù)”、“輻射參數(shù)”和“輻射影響參數(shù)”三大類。

　　1、電參數(shù)。反映電磁輻射的基本參數(shù)，包括：

　　頻率（F）：電磁輻射對人體影響研究的頻率范圍如圖3所示。典型情況下，研究的關(guān)注點分為兩段：射頻輻射（30kHz~300MHz）和微波輻射（300MHz~300GHz）；

圖3 電磁輻射對人體影響研究的頻率范圍（注：引用圖）

　　功率（P）：功率的大小表示電磁輻射的強弱，有瞬時功率、平均功率、等效輻射功率（輻射功率與天線增益的乘積）等相關(guān)概念之分；

　　調(diào)制方式：調(diào)制方式構(gòu)成輻射電磁信號的幅度、頻率、相位三要素方面的花樣變化。例如，ASK、FSK、PSK等。

　2、輻射參數(shù)。表示電磁輻射的空間傳播與分布特性，包括：

　　 輻射場：分為近場、中場、遠場三類。近場的范圍在電磁輻射體的一個波長空間內(nèi)，遠場在一個波長空間范圍之外，中場在一個波長左右。近場中磁場扮演主要角色、遠場中電場扮演主要角色。

　　極化方式：表示電磁輻射空間中電場或磁場矢量的方向，有線極化、橢圓極化（含圓極化）之分。電磁輻射發(fā)射與接收極化匹配時，可獲得最大接收信號。

　　3、輻射影響參數(shù)。表示電磁輻射與人體健康相關(guān)的特性參數(shù)，包括：

　　接觸極限：表示人體承受電磁輻射空間彌漫的最大強度，即功率密度。常用單位有：μW/cm2、mW/cm2、W/m2。功率密度與場強的關(guān)系為：S=E×H，其中S為電磁輻射空中傳輸功率密度，E為電場強度（V/m），H為強場強度（A/m）。真空中E/H=377Ω。

　　輻射劑量：表示電磁輻射的持續(xù)承受量，反映電磁輻射的積累，數(shù)值表示為“功率密度×持續(xù)時間”。

　　比吸收率：指生物體每單位質(zhì)量所吸收的電磁輻射功率，即吸收劑量率。

　　如圖3所示，電磁輻射對生物（包括人）的影響可以分為兩大類：電離（Ionizing）影響和非電離（Non-ionizing）影響。電離影響會造成生物體內(nèi)電子掙脫原子或分子的結(jié)構(gòu)束縛，造成細胞嚴重傷害，包括癌變等變異。非電離影響一般體現(xiàn)為熱效應(yīng)（體內(nèi)駐波引起發(fā)熱，造成機體損傷）和非熱效應(yīng)（心理效應(yīng)等）。

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