射频识别技术应用中的电磁辐射

　　考虑电磁辐射对人体的影响问题，就是要分析哪些电磁辐射(或者说电磁辐射满足什么条件)会对人体造成不利影响。哪些电磁辐射人们可以放心地承受，不必畏惧或担心。

　　电磁频谱

　　电磁频谱依电磁辐射(能量、信号)的瞬时频率为变量，将所有的电磁辐射纳入到一个一维的数轴上，通过适当的标注可形成一幅图，称其为电磁频谱图，如图1所示。电磁频谱的数轴表示常见的有两种形式：

　　1、线性标度：此时为一有原点的射线数轴。射线数轴的原点对应于频率为“0”的直流电，射线数轴的方向指向频率增大方向。线性标度的电磁频谱图的概念非常清晰，但其表示频率范围的能力有限。如图1中(a)图所示。

　　2、对数标度：此时数轴的原点对应的频率为“1”，“负向”指向频率为“0”的直流(一般多略去)，“正向”指向频率增大的方向。对数标度具有“压大放小”的作用，频率范围的表示能力非常强。如图1中(b)图所示。

　　

 

　　图1 电磁频谱图

　　籍着电磁频谱图，人们可以非常方便地对电磁辐射(能量、信号)进行宏观尺度(缩小)与微观尺度(放大)方面的把握与分析研究。由此，也形成了形式多样的电磁频谱图的表示方法。图2所示为电磁频谱图的频段表示。

　　

 

　　图2 电磁频谱图的频段表示

　　电磁辐射的参数

　　分析电磁辐射对人体健康的影响，需要了解一些基本参数。可将与电磁辐射相关的参数分为“电参数”、“辐射参数”和“辐射影响参数”三大类。

　　1、电参数。反映电磁辐射的基本参数，包括：

　　频率(F)：电磁辐射对人体影响研究的频率范围如图3所示。典型情况下，研究的关注点分为两段：射频辐射(30kHz~300MHz)和微波辐射(300MHz~300GHz);

　　

 

　　图3 电磁辐射对人体影响研究的频率范围

　　功率(P)：功率的大小表示电磁辐射的强弱，有瞬时功率、平均功率、等效辐射功率(辐射功率与天线增益的乘积)等相关概念之分;

　　调制方式：调制方式构成辐射电磁信号的幅度、频率、相位三要素方面的花样变化。例如，ASK、FSK、PSK等。

　　2、辐射参数。表示电磁辐射的空间传播与分布特性，包括：

　　辐射场：分为近场、中场、远场三类。近场的范围在电磁辐射体的一个波长空间内，远场在一个波长空间范围之外，中场在一个波长左右。近场中磁场扮演主要角色、远场中电场扮演主要角色。

　　极化方式：表示电磁辐射空间中电场或磁场矢量的方向，有线极化、椭圆极化(含圆极化)之分。电磁辐射发射与接收极化匹配时，可获得最大接收信号。

　　3、辐射影响参数。表示电磁辐射与人体健康相关的特性参数，包括：

　　接触极限：表示人体承受电磁辐射空间弥漫的最大强度，即功率密度。常用单位有：μW/cm2、mW/cm2、W/m2。功率密度与场强的关系为：S=E×H，其中S为电磁辐射空中传输功率密度，E为电场强度(V/m)，H为强场强度(A/m)。真空中E/H=377Ω。

　　辐射剂量：表示电磁辐射的持续承受量，反映电磁辐射的积累，数值表示为“功率密度×持续时间”。

　　比吸收率：指生物体每单位质量所吸收的电磁辐射功率，即吸收剂量率。

　　如图3所示，电磁辐射对生物(包括人)的影响可以分为两大类：电离(Ionizing)影响和非电离(Non-ionizing)影响。电离影响会造成生物体内电子挣脱原子或分子的结构束缚，造成细胞严重伤害，包括癌变等变异。非电离影响一般体现为热效应(体内驻波引起发热，造成机体损伤)和非热效应(心理效应等)。