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,？同樣的問題也會(huì)發(fā)生在使用小型無線電臺(tái)、無線對(duì)講機(jī),、廣播電視發(fā)射臺(tái),、移動(dòng)通信手機(jī),、無線通信基站、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，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,。由此說來我們每一個(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(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)人體的影響問題是一個(gè)全球關(guān)注的問題。有必要制定電磁輻射接觸極限的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范人為產(chǎn)生的電磁輻射,。國際上歸口管理的組織機(jī)構(gòu)有世界衛(wèi)生組織（WHO）和國際輻射防護(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”）,。國內(nèi)歸口管理的組織構(gòu)構(gòu)為衛(wèi)生部和國家環(huán)?？偩帧?/div>

    目前,，國際上尚無統(tǒng)一的國際標(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標(biāo)準(zhǔn),，俄羅斯與東歐采用的是俄羅斯標(biāo)準(zhǔn),，中國也制定了自已的標(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。

    國外標(biāo)準(zhǔn)

統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)尚未形成,，以美國聯(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FCC電磁輻射人體接觸比吸收率SAR限值

    國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

    國內(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國內(nèi)電磁輻射人體接觸限值

表4國內(nèi)電磁輻射人體接觸比吸收率SAR限值

 

    國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的比較

    美國FCC標(biāo)準(zhǔn)接觸極限與中國標(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：國內(nèi)的職業(yè)接觸極限與美國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,，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制定的限值為美國FCC標(biāo)準(zhǔn)的1/4,。

    總體來看，國內(nèi)制定的標(biāo)準(zhǔn)限值嚴(yán)于美國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)用中電磁輻射問題關(guān)注的重點(diǎn)

    有源RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽與讀寫器工作時(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,。

    無源RFID系統(tǒng)與半無源RFID系統(tǒng)工作時(shí),，UHF頻段的讀寫器需要發(fā)送較大的射頻功率（100mW-1W）以激活無源電子標(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)象是無源RFID系統(tǒng)。

    典型的無源RFID系統(tǒng)電磁輻射的分析計(jì)算

    本節(jié)通過計(jì)算,，給出無源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頻段無源RFID系統(tǒng)讀寫器射頻端口輸出功率P=1W,，讀寫器外接天線增益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取國內(nèi)職業(yè)接觸極限（等效于美國公眾接觸極限）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：離開天線最大輻射方向0.63米（如果按美國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頻段無源RFID系統(tǒng)讀寫器射頻端口輸出功率P=1W，讀寫器外接天線增益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）

通過以上計(jì)算示例的分析計(jì)算,，得到了有關(guān)UHF頻段無源RFID系統(tǒng)讀寫器經(jīng)過天線產(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）是離開輻射源距離（R）平方的函數(shù)關(guān)系說明沿距離,，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頻段無源RFID讀寫器天線輻射的最大功率范圍內(nèi),，離開天線最大輻射方向半米左右的距離，駐留的時(shí)間不超過6分鐘,，則依據(jù)輻射限值規(guī)定（參見表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)簽與讀寫器工作時(shí)都會(huì)輻射功率,，但因輻射功率較?。?0mW以內(nèi)），且有源電子標(biāo)簽的常態(tài)為休眠狀態(tài)（無電磁輻射）,，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讀寫器天線的距離30cm~60cm即可符合國外與國內(nèi)的安全限值標(biāo)準(zhǔn)（不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不良影響）,。無源RFID系統(tǒng)工作時(shí),，讀寫器需要發(fā)射較大的射頻功率且有可能通過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頻段的無源RFID系統(tǒng),，只要保持離開讀寫器天線一定距離（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給出了目前國內(nèi)與國外標(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,。小型無線電臺(tái)、無線對(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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