- 電磁頻譜
- 電磁輻射的參數(shù)
- 電磁輻射與防護(hù)
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)
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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)。