RFID應(yīng)用中電磁輻射與防護(hù)

在射頻識(shí)別技術(shù)(RFID) 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)敢饣蛘卟辉敢猓麄€(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(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）。

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