在射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用中,，人們普遍關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題是與其相關(guān)的電磁輻射是否會(huì)對(duì)人體造成某種程度的傷害,？同樣的問(wèn)題也會(huì)發(fā)生在使用小型無(wú)線電臺(tái)、無(wú)線對(duì)講機(jī),、廣播電視發(fā)射臺(tái),、移動(dòng)通信手機(jī)、無(wú)線通信基站,、家用微波爐,、電視機(jī)、收音機(jī)、MP3/MP4播放器,、計(jì)算機(jī),、紫外線消毒等等設(shè)備上。

　　不管我們?cè)敢饣蛘卟辉敢?，整個(gè)宇宙中充滿了各種頻率的電磁輻射,。廣義地說(shuō)，任何溫度高于絕對(duì)零度（-273.15℃）的物質(zhì),，因其內(nèi)部組成的分子,、原子、電子的運(yùn)動(dòng)即會(huì)產(chǎn)生熱輻射,，熱輻射本質(zhì)上也是電磁輻射,。由此說(shuō)來(lái)我們每一個(gè)人也都是一個(gè)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(dòng)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(jiàn)這些電磁輻射,，人體也不敏感這些電磁輻射，但是收音機(jī),、電視機(jī),、移動(dòng)通信手機(jī)可以接收并證實(shí)這些彌漫于空間幾乎無(wú)處不在的電磁輻射是存在的。

　　考慮電磁輻射對(duì)人體的影響問(wèn)題,，就是要分析哪些電磁輻射（或者說(shuō)電磁輻射滿足什么條件）會(huì)對(duì)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(hào)）的瞬時(shí)頻率為變量，將所有的電磁輻射納入到一個(gè)一維的數(shù)軸上,，通過(guò)適當(dāng)?shù)臉?biāo)注可形成一幅圖,，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(jiàn)的有兩種形式：

　　1,、線性標(biāo)度：此時(shí)為一有原點(diǎn)的射線數(shù)軸。射線數(shù)軸的原點(diǎn)對(duì)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(biāo)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(duì)數(shù)標(biāo)度：此時(shí)數(shù)軸的原點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率為“1”，“負(fù)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(duì)數(shù)標(biāo)度具有“壓大放小”的作用，頻率范圍的表示能力非常強(qiáng),。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(duì)電磁輻射（能量,、信號(hào)）進(jìn)行宏觀尺度（縮?。┡c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(duì)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(duì)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(diǎn)分為兩段：射頻輻射（30kHz~300MHz）和微波輻射（300MHz~300GHz）,；

圖3 電磁輻射對(duì)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(qiáng)弱，有瞬時(shí)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(hào)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(chǎng)：分為近場(chǎng)、中場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)三類,。近場(chǎng)的范圍在電磁輻射體的一個(gè)波長(zhǎng)空間內(nèi),，遠(yuǎn)場(chǎng)在一個(gè)波長(zhǎng)空間范圍之外，中場(chǎng)在一個(gè)波長(zhǎng)左右,。近場(chǎng)中磁場(chǎng)扮演主要角色,、遠(yuǎn)場(chǎng)中電場(chǎng)扮演主要角色。

　　極化方式：表示電磁輻射空間中電場(chǎng)或磁場(chǎng)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(shí),，可獲得最大接收信號(hào),。

　　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(qiáng)度，即功率密度,。常用單位有：μW/cm2,、mW/cm2、W/m2,。功率密度與場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度（V/m）,，H為強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)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(shí)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(duì)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(huì)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(xì)胞嚴(yán)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(jī)體損傷）和非熱效應(yīng)（心理效應(yīng)等）。

   電磁輻射通過(guò)介質(zhì)分界面時(shí)會(huì)發(fā)生不同程度的反射,、折射,、透射與吸收四種現(xiàn)象,。其中反射與透射因?yàn)槲丛隗w內(nèi)積累而影響較小，折射在體內(nèi)形成復(fù)雜駐波,，吸收會(huì)在一定程度上干擾生命系統(tǒng)的功能,。四種現(xiàn)象所占成份或比例與頻率及人體質(zhì)相關(guān)。

    電磁輻射對(duì)人體的影響問(wèn)題是一個(gè)全球關(guān)注的問(wèn)題,。有必要制定電磁輻射接觸極限的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范人為產(chǎn)生的電磁輻射,。國(guó)際上歸口管理的組織機(jī)構(gòu)有世界衛(wèi)生組織（WHO）和國(guó)際輻射防護(hù)協(xié)會(huì)（IRPA，下設(shè)“射頻與微波環(huán)境衛(wèi)生基準(zhǔn)工作組”）,。國(guó)內(nèi)歸口管理的組織構(gòu)構(gòu)為衛(wèi)生部和國(guó)家環(huán)?？偩帧?/div>

    目前,，國(guó)際上尚無(wú)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布,。沿襲歷史上北約與華約的因素，目前北美和西歐采用的是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn),，俄羅斯與東歐采用的是俄羅斯標(biāo)準(zhǔn),，中國(guó)也制定了自已的標(biāo)準(zhǔn)?？傮w看,，根據(jù)資料分析：北約制定的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)較華約標(biāo)準(zhǔn)寬松，中國(guó)制定的標(biāo)準(zhǔn)介于兩者之間,。

    電磁輻射職業(yè)接觸極限與公眾接觸極限的基本概念如下：
1,、職業(yè)接觸極限，是針對(duì)健康的成人制定的接觸電磁輻射的安全性標(biāo)準(zhǔn),，一般不包括孕婦,。
2、公眾接觸極限,，是針對(duì)包括不同的年齡段,，不同的健康狀態(tài)的人，也包括孕婦制定的接觸電磁輻射的安全性標(biāo)準(zhǔn),。

    應(yīng)當(dāng)引起注意的是,，發(fā)育中的胎兒對(duì)電磁輻射有特殊的敏感性，三歲以下的兒童也對(duì)電磁輻射比較敏感,。作為一般原則,，公眾的接觸極限應(yīng)低于職業(yè)接觸極限的下限。

    國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)

統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未形成,，以美國(guó)聯(lián)邦通信技術(shù)委員會(huì)FCC（Federal Communications Commission）制定的標(biāo)準(zhǔn)為例,。
1、有關(guān)接觸極限的標(biāo)準(zhǔn),。職業(yè)接觸極限（Occupational/Controlled Exposure）與公眾接觸極限（General population/Uncontrolled Exposure）如表1所示,。相應(yīng)的圖形表示如圖4所示。

 

圖4 美國(guó)電磁輻射人體暴露接觸限值（注：引用圖）

 2,、有關(guān)比吸收率（SAR）限值的標(biāo)準(zhǔn),。職業(yè)接觸極限（Occupational/Controlled Exposure）與公眾接觸極限（General population/Uncontrolled Exposure）如表2所示,。

表2美國(guó)FCC電磁輻射人體接觸比吸收率SAR限值

    國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

    國(guó)內(nèi)職業(yè)接觸極限與公眾接觸極限如表3所示。比吸收率（SAR）職業(yè)接觸極限與公眾接觸極限如表4所示,。

表3國(guó)內(nèi)電磁輻射人體接觸限值

表4國(guó)內(nèi)電磁輻射人體接觸比吸收率SAR限值

 

    國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的比較

    美國(guó)FCC標(biāo)準(zhǔn)接觸極限與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)接觸極限的比較如圖5所示,。圖中，橫軸頻率采用對(duì)數(shù)坐標(biāo),，單位為MHz,，縱軸采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，單位為mW/cm2,。

 

圖5國(guó)內(nèi)外接觸限值的比較 

     如圖5所示,，在典型的30~300MHz頻段內(nèi)，以功率密度作比較：國(guó)內(nèi)的職業(yè)接觸極限與美國(guó)的公眾接觸極限相同,。中美的公眾接觸極限均是各自職業(yè)接觸極限的1/5,。參考表2和表4，在比吸收率SAR方面,，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制定的限值為美國(guó)FCC標(biāo)準(zhǔn)的1/4,。

    總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)制定的標(biāo)準(zhǔn)限值嚴(yán)于美國(guó)FCC制定的標(biāo)準(zhǔn)限值,。
  RFID應(yīng)用的工作頻段與防護(hù)建議

    典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)工作頻率為L(zhǎng)F（低于135）,、HF（13.56MHz）、433MHz,、UHF（840~ 960MHz）,、2.45GHz和5.8GHz。其他頻率的RFID應(yīng)用一般屬于專業(yè)應(yīng)用的范疇,。

    RFID應(yīng)用中電磁輻射問(wèn)題關(guān)注的重點(diǎn)

    有源RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽與讀寫(xiě)器工作時(shí)均向外輻射功率,，但輸出功率都很小，一般小于10mW（433MHz,，5.8Gz）,。有源電子標(biāo)簽未進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，不產(chǎn)生電磁輻射,。與移動(dòng)通信手機(jī)的輻射功率（100mW~1W）相比較,，有源RFID系統(tǒng)完全屬于小信號(hào)輻射，對(duì)人體不會(huì)造成任何影響,。

    無(wú)源RFID系統(tǒng)與半無(wú)源RFID系統(tǒng)工作時(shí),，UHF頻段的讀寫(xiě)器需要發(fā)送較大的射頻功率（100mW-1W）以激活無(wú)源電子標(biāo)簽工作，并為其射頻供電,。因此,，分析研究RFID系統(tǒng)應(yīng)用中電磁輻射對(duì)人體的影響時(shí)，主要關(guān)注的對(duì)象是無(wú)源RFID系統(tǒng)。

    典型的無(wú)源RFID系統(tǒng)電磁輻射的分析計(jì)算

    本節(jié)通過(guò)計(jì)算,，給出無(wú)源UHF頻段RFID系統(tǒng)相關(guān)的電磁輻射安全特性,，有關(guān)HF頻段的電磁輻射安全特性可同比導(dǎo)出。

    1,、計(jì)算示例1：UHF頻段無(wú)源RFID系統(tǒng)讀寫(xiě)器射頻端口輸出功率P=1W,，讀寫(xiě)器外接天線增益G=10dBi。試求解依據(jù)電磁輻射限值要求,，距離天線多遠(yuǎn)（R）才是安全的？（G(dB)=10lgG）

解：首先換算天線增益G（dB）=10dBi得G=10,，然后依表3取國(guó)內(nèi)職業(yè)接觸極限（等效于美國(guó)公眾接觸極限）功率密度限值：S=0.2mW/cm2=2W/m2,；
由 ， 

      

    由以上計(jì)算得到的結(jié)論是：離開(kāi)天線最大輻射方向0.63米（如果按美國(guó)FCC的功率密度限值S=1mW/cm2計(jì)算,，得到的結(jié)果為0.28米）,，即可符合電磁輻射安全限值標(biāo)準(zhǔn)的要求。

    如果考慮到國(guó)內(nèi)信產(chǎn)部發(fā)布的“800/900MHz頻段射頻識(shí)別（RFID）應(yīng)用試行規(guī)定”的有效輻射功率限制為PERP=2W,，重新計(jì)算的安全距離為0.36米（如果按美國(guó)RFID應(yīng)用規(guī)定的輻射功率PEIRP=PG=4W計(jì)算,，得到的結(jié)果為0.18米），如下式（2）,。

 

 

     2,、計(jì)算示例2：UHF頻段無(wú)源RFID系統(tǒng)讀寫(xiě)器射頻端口輸出功率P=1W，讀寫(xiě)器外接天線增益G=10dBi,，試計(jì)算沿天線最大輻射方向空中功率密度與距離的關(guān)系,？

解：利用公式（1），可求得如表5所示的結(jié)果,。 表5 功率密度隨距離的關(guān)系（PG=10W）

通過(guò)以上計(jì)算示例的分析計(jì)算,，得到了有關(guān)UHF頻段無(wú)源RFID系統(tǒng)讀寫(xiě)器經(jīng)過(guò)天線產(chǎn)生的電磁輻射限值的具體數(shù)據(jù)結(jié)論。電磁輻射強(qiáng)度（S）是離開(kāi)輻射源距離（R）平方的函數(shù)關(guān)系說(shuō)明沿距離,，電磁輻射呈現(xiàn)出快速衰減的特性,。

    從對(duì)計(jì)算結(jié)果的理解上，可以認(rèn)為：正常的成年人,，在UHF頻段無(wú)源RFID讀寫(xiě)器天線輻射的最大功率范圍內(nèi),，離開(kāi)天線最大輻射方向半米左右的距離，駐留的時(shí)間不超過(guò)6分鐘,，則依據(jù)輻射限值規(guī)定（參見(jiàn)表1~4）的標(biāo)準(zhǔn),，可以判定人體所承受的電磁輻射完全在安全的限度之內(nèi)。
 
RFID系統(tǒng)應(yīng)用中電磁輻射的安全防護(hù)策略

    根據(jù)RFID系統(tǒng)的工作原理,，有源RFID系統(tǒng)電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)器工作時(shí)都會(huì)輻射功率,，但因輻射功率較小（10mW以內(nèi)）,，且有源電子標(biāo)簽的常態(tài)為休眠狀態(tài)（無(wú)電磁輻射）,，同比于目前人們廣泛使用的移動(dòng)通信手機(jī)的輻射功率（100mW~1W）,，可以充分地認(rèn)為有源RFID系統(tǒng)使用時(shí)，在電磁輻射方面對(duì)人體是完全安全的,。

    UHF頻段無(wú)源RFID系統(tǒng)應(yīng)用中,，相關(guān)的電磁輻射的數(shù)量級(jí)與移動(dòng)通信手機(jī)（移動(dòng)通信基站的輻射功率相對(duì)較大從幾瓦至幾十瓦不等）的電磁輻射強(qiáng)度相當(dāng)。適當(dāng)保持與RFID讀寫(xiě)器天線的距離30cm~60cm即可符合國(guó)外與國(guó)內(nèi)的安全限值標(biāo)準(zhǔn)（不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不良影響）,。無(wú)源RFID系統(tǒng)工作時(shí),，讀寫(xiě)器需要發(fā)射較大的射頻功率且有可能通過(guò)天線的增益作用在特定方向上形成較強(qiáng)的電磁輻射。分析計(jì)算表明,，針對(duì)UHF頻段的無(wú)源RFID系統(tǒng),，只要保持離開(kāi)讀寫(xiě)器天線一定距離（半米左右），人體所承受的電磁輻射則完全在電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的安全限值范圍之內(nèi),。

    與電磁輻射密切關(guān)聯(lián)的RFID讀寫(xiě)器設(shè)備的典型參數(shù)有：最大輸出功率P,，天線的增益G，電磁輻射強(qiáng)度的空中度量——功率密度S（等于電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積）,。安全距離可依人體所在位置到天線的最短距離來(lái)估算,。

    一般的電磁輻射安全防護(hù)策略如下：

1、了解空中電磁輻射強(qiáng)度（功率密度）分布的情況,，1mW/cm2是安全標(biāo)準(zhǔn)的參考限,；
2、盡可能離輻射源遠(yuǎn)一些,；
3,、不需要時(shí)關(guān)閉電磁輻射或盡量采用間歇輻射工作方式；
4,、不要長(zhǎng)時(shí)間在天線輻射的主波瓣內(nèi)（一般為天線的正前方）停留,；
5、大功率長(zhǎng)時(shí)間暴露在電磁輻射環(huán)境中時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧ㄈ缥⒉ㄆ帘畏龋?br /> 6,、孕婦,、兒童應(yīng)遠(yuǎn)離各種電磁輻射源；
7,、帶心臟起博器者應(yīng)遠(yuǎn)離電磁輻射源,。

    電磁輻射對(duì)生物（包括人）的影響分為非電離影響和電離影響兩大類，參見(jiàn)圖3,。非電離影響的主要作用是熱效應(yīng),，電離影響有可能造成生物組織變異性損害。所有電磁輻射對(duì)生物（包括人）的影響必需達(dá)到一定的輻射強(qiáng)度和劑量時(shí)才會(huì)起作用,。

    表1~表4給出了目前國(guó)內(nèi)與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值情況,。當(dāng)然，這些限值是在大量的研究工作的基礎(chǔ)上給出的?？紤]到不同的人體對(duì)電磁輻射的敏感性方面會(huì)存在差異,，實(shí)際應(yīng)用中，不同的限值標(biāo)準(zhǔn)也體現(xiàn)出了限值本身含有相當(dāng)?shù)脑Ａ俊?/div>

     目前日常使用的收音機(jī),、電視機(jī)（不考慮熒屏的輻射）本身只接收射頻信號(hào),，不產(chǎn)生電磁輻射。MP3/MP4播放器,、計(jì)算機(jī)（不考慮其線路板級(jí)的雜散輻射）也不產(chǎn)生電磁輻射,。小型無(wú)線電臺(tái)、無(wú)線對(duì)講機(jī),、移動(dòng)通信手機(jī)均會(huì)產(chǎn)生一定的電磁輻射,，適當(dāng)保持人體與其輻射天線的距離和角度，可有效降低相應(yīng)電磁輻射對(duì)人體的影響,，尤其是長(zhǎng)時(shí)間使用移動(dòng)通信手機(jī)通話時(shí)，采用耳機(jī)是一個(gè)好的建議,。廣播電視發(fā)射臺(tái),、無(wú)線通信基站、家用微波爐（已加防護(hù)措施）等工作時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大強(qiáng)度的電磁輻射,，應(yīng)該保持一定的安全距離,。紫外線消毒設(shè)備，X射線等強(qiáng)度超過(guò)一定量級(jí)時(shí),，有可能造成人體細(xì)胞的嚴(yán)重?fù)p傷,，應(yīng)用中涉及到人體暴露時(shí)應(yīng)采用防護(hù)措施。

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