在射頻識別技術應用中，人們普遍關注的一個問題是與其相關的電磁輻射是否會對人體造成某種程度的傷害？同樣的問題也會發生在使用小型無線電臺、無線對講機、廣播電視發射臺、移動通信手機、無線通信基站、家用微波爐、電視機、收音機、MP3/MP4播放器、計算機、紫外線消毒等等設備上。

　　不管我們愿意或者不愿意，整個宇宙中充滿了各種頻率的電磁輻射。廣義地說，任何溫度高于絕對零度（-273.15℃）的物質，因其內部組成的分子、原子、電子的運動即會產生熱輻射，熱輻射本質上也是電磁輻射。由此說來我們每一個人也都是一個電磁輻射體。

　　人為的電磁輻射現象構成了人類生存電磁環境的新景觀。廣播、電視和移動通信網絡的覆蓋，成為當前人口密集區空中人為電磁現象彌漫的典型代表。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、電視機、移動通信手機可以接收并證實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）會對人體造成不利影響。哪些電磁輻射人們可以放心地承受，不必畏懼或擔心。

　　電磁頻譜

　　電磁頻譜依電磁輻射（能量、信號）的瞬時頻率為變量，將所有的電磁輻射納入到一個一維的數軸上，通過適當的標注可形成一幅圖，稱其為電磁頻譜圖，如圖1所示。電磁頻譜的數軸表示常見的有兩種形式：

　　1、線性標度：此時為一有原點的射線數軸。射線數軸的原點對應于頻率為“0”的直流電，射線數軸的方向指向頻率增大方向。線性標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、對數標度：此時數軸的原點對應的頻率為“1”，“負向”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。對數標度具有“壓大放小”的作用，頻率范圍的表示能力非常強。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電磁輻射（能量、信號）進行宏觀尺度（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

　　分析電磁輻射對人體健康的影響，需要了解一些基本參數?？蓪⑴c電磁輻射相關的參數分為“電參數”、“輻射參數”和“輻射影響參數”三大類。

　　1、電參數。反映電磁輻射的基本參數，包括：

　　頻率（F）：電磁輻射對人體影響研究的頻率范圍如圖3所示。典型情況下，研究的關注點分為兩段：射頻輻射（30kHz~300MHz）和微波輻射（300MHz~300GHz）；

圖3 電磁輻射對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弱，有瞬時功率、平均功率、等效輻射功率（輻射功率與天線增益的乘積）等相關概念之分；

　　調制方式：調制方式構成輻射電磁信號的幅度、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。表示電磁輻射的空間傳播與分布特性，包括：

　　 輻射場：分為近場、中場、遠場三類。近場的范圍在電磁輻射體的一個波長空間內，遠場在一個波長空間范圍之外，中場在一個波長左右。近場中磁場扮演主要角色、遠場中電場扮演主要角色。

　　極化方式：表示電磁輻射空間中電場或磁場矢量的方向，有線極化、橢圓極化（含圓極化）之分。電磁輻射發射與接收極化匹配時，可獲得最大接收信號。

　　3、輻射影響參數。表示電磁輻射與人體健康相關的特性參數，包括：

　　接觸極限：表示人體承受電磁輻射空間彌漫的最大強度，即功率密度。常用單位有：μW/cm2、mW/cm2、W/m2。功率密度與場強的關系為：S=E×H，其中S為電磁輻射空中傳輸功率密度，E為電場強度（V/m），H為強場強度（A/m）。真空中E/H=377Ω。

　　輻射劑量：表示電磁輻射的持續承受量，反映電磁輻射的積累，數值表示為“功率密度×持續時間”。

　　比吸收率：指生物體每單位質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。電離影響會造成生物體內電子掙脫原子或分子的結構束縛，造成細胞嚴重傷害，包括癌變等變異。非電離影響一般體現為熱效應（體內駐波引起發熱，造成機體損傷）和非熱效應（心理效應等）。

   電磁輻射通過介質分界面時會發生不同程度的反射、折射、透射與吸收四種現象。其中反射與透射因為未在體內積累而影響較小，折射在體內形成復雜駐波，吸收會在一定程度上干擾生命系統的功能。四種現象所占成份或比例與頻率及人體質相關。

    電磁輻射對人體的影響問題是一個全球關注的問題。有必要制定電磁輻射接觸極限的相關標準來規范人為產生的電磁輻射。國際上歸口管理的組織機構有世界衛生組織（WHO）和國際輻射防護協會（IRPA，下設“射頻與微波環境衛生基準工作組”）。國內歸口管理的組織構構為衛生部和國家環?？偩帧?/div>

    目前，國際上尚無統一的國際標準發布。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準，俄羅斯與東歐采用的是俄羅斯標準，中國也制定了自已的標準。總體看，根據資料分析：北約制定的標準遠較華約標準寬松，中國制定的標準介于兩者之間。

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

    應當引起注意的是，發育中的胎兒對電磁輻射有特殊的敏感性，三歲以下的兒童也對電磁輻射比較敏感。作為一般原則，公眾的接觸極限應低于職業接觸極限的下限。

    國外標準

統一的國際標準尚未形成，以美國聯邦通信技術委員會FCC（Federal Communications Commission）制定的標準為例。
1、有關接觸極限的標準。職業接觸極限（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、有關比吸收率（SAR）限值的標準。職業接觸極限（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

    國內標準

    國內職業接觸極限與公眾接觸極限如表3所示。比吸收率（SAR）職業接觸極限與公眾接觸極限如表4所示。

表3國內電磁輻射人體接觸限值

表4國內電磁輻射人體接觸比吸收率SAR限值

 

    國內外標準的比較

    美國FCC標準接觸極限與中國標準接觸極限的比較如圖5所示。圖中，橫軸頻率采用對數坐標，單位為MHz，縱軸采用對數坐標，單位為mW/cm2。

 

圖5國內外接觸限值的比較 

     如圖5所示，在典型的30~300MHz頻段內，以功率密度作比較：國內的職業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接觸極限的1/5。參考表2和表4，在比吸收率SAR方面，國內標準制定的限值為美國FCC標準的1/4。

    總體來看，國內制定的標準限值嚴于美國FCC制定的標準限值。
  RFID應用的工作頻段與防護建議

    典型的射頻識別系統工作頻率為LF（低于135）、HF（13.56MHz）、433MHz、UHF（840~ 960MHz）、2.45GHz和5.8GHz。其他頻率的RFID應用一般屬于專業應用的范疇。

    RFID應用中電磁輻射問題關注的重點

    有源RFID系統的標簽與讀寫器工作時均向外輻射功率，但輸出功率都很小，一般小于10mW（433MHz，5.8Gz）。有源電子標簽未進入工作狀態時，不產生電磁輻射。與移動通信手機的輻射功率（100mW~1W）相比較，有源RFID系統完全屬于小信號輻射，對人體不會造成任何影響。

    無源RFID系統與半無源RFID系統工作時，UHF頻段的讀寫器需要發送較大的射頻功率（100mW-1W）以激活無源電子標簽工作，并為其射頻供電。因此，分析研究RFID系統應用中電磁輻射對人體的影響時，主要關注的對象是無源RFID系統。

    典型的無源RFID系統電磁輻射的分析計算

    本節通過計算，給出無源UHF頻段RFID系統相關的電磁輻射安全特性，有關HF頻段的電磁輻射安全特性可同比導出。

    1、計算示例1：UHF頻段無源RFID系統讀寫器射頻端口輸出功率P=1W，讀寫器外接天線增益G=10dBi。試求解依據電磁輻射限值要求，距離天線多遠（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取國內職業接觸極限（等效于美國公眾接觸極限）功率密度限值：S=0.2mW/cm2=2W/m2；
由 ， 

      

    由以上計算得到的結論是：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計算，得到的結果為0.28米），即可符合電磁輻射安全限值標準的要求。

    如果考慮到國內信產部發布的“800/900MHz頻段射頻識別（RFID）應用試行規定”的有效輻射功率限制為PERP=2W，重新計算的安全距離為0.36米（如果按美國RFID應用規定的輻射功率PEIRP=PG=4W計算，得到的結果為0.18米），如下式（2）。

 

 

     2、計算示例2：UHF頻段無源RFID系統讀寫器射頻端口輸出功率P=1W，讀寫器外接天線增益G=10dBi，試計算沿天線最大輻射方向空中功率密度與距離的關系？

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

通過以上計算示例的分析計算，得到了有關UHF頻段無源RFID系統讀寫器經過天線產生的電磁輻射限值的具體數據結論。電磁輻射強度（S）是離開輻射源距離（R）平方的函數關系說明沿距離，電磁輻射呈現出快速衰減的特性。

    從對計算結果的理解上，可以認為：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，離開天線最大輻射方向半米左右的距離，駐留的時間不超過6分鐘，則依據輻射限值規定（參見表1~4）的標準，可以判定人體所承受的電磁輻射完全在安全的限度之內。
 
RFID系統應用中電磁輻射的安全防護策略

    根據RFID系統的工作原理，有源RFID系統電子標簽與讀寫器工作時都會輻射功率，但因輻射功率較?。?0mW以內），且有源電子標簽的常態為休眠狀態（無電磁輻射），同比于目前人們廣泛使用的移動通信手機的輻射功率（100mW~1W），可以充分地認為有源RFID系統使用時，在電磁輻射方面對人體是完全安全的。

    UHF頻段無源RFID系統應用中，相關的電磁輻射的數量級與移動通信手機（移動通信基站的輻射功率相對較大從幾瓦至幾十瓦不等）的電磁輻射強度相當。適當保持與RFID讀寫器天線的距離30cm~60cm即可符合國外與國內的安全限值標準（不會對人體產生不良影響）。無源RFID系統工作時，讀寫器需要發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的電磁輻射。分析計算表明，針對UHF頻段的無源RFID系統，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準所規定的安全限值范圍之內。

    與電磁輻射密切關聯的RFID讀寫器設備的典型參數有：最大輸出功率P，天線的增益G，電磁輻射強度的空中度量——功率密度S（等于電場強度與磁場強度的乘積）。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策略如下：

1、了解空中電磁輻射強度（功率密度）分布的情況，1mW/cm2是安全標準的參考限；
2、盡可能離輻射源遠一些；
3、不需要時關閉電磁輻射或盡量采用間歇輻射工作方式；
4、不要長時間在天線輻射的主波瓣內（一般為天線的正前方）停留；
5、大功率長時間暴露在電磁輻射環境中時應采取適當的屏蔽措施（如微波屏蔽服等）；
6、孕婦、兒童應遠離各種電磁輻射源；
7、帶心臟起博器者應遠離電磁輻射源。

    電磁輻射對生物（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，電離影響有可能造成生物組織變異性損害。所有電磁輻射對生物（包括人）的影響必需達到一定的輻射強度和劑量時才會起作用。

    表1~表4給出了目前國內與國外標準規定的限值情況。當然，這些限值是在大量的研究工作的基礎上給出的?？紤]到不同的人體對電磁輻射的敏感性方面會存在差異，實際應用中，不同的限值標準也體現出了限值本身含有相當的裕量。

     目前日常使用的收音機、電視機（不考慮熒屏的輻射）本身只接收射頻信號，不產生電磁輻射。MP3/MP4播放器、計算機（不考慮其線路板級的雜散輻射）也不產生電磁輻射。小型無線電臺、無線對講機、移動通信手機均會產生一定的電磁輻射，適當保持人體與其輻射天線的距離和角度，可有效降低相應電磁輻射對人體的影響，尤其是長時間使用移動通信手機通話時，采用耳機是一個好的建議。廣播電視發射臺、無線通信基站、家用微波爐（已加防護措施）等工作時均會產生較大強度的電磁輻射，應該保持一定的安全距離。紫外線消毒設備，X射線等強度超過一定量級時，有可能造成人體細胞的嚴重損傷，應用中涉及到人體暴露時應采用防護措施。