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無線網(wǎng)絡(luò)電磁輻射環(huán)境的定量分析和測試
2013-08-15
電磁輻射場區(qū)可分為近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場。通常，對于電壓高電流小的場源（如發(fā)射天線、饋線等），電場要比磁場強(qiáng)得多；對于電壓低電流大的場源（如某些感應(yīng)加熱設(shè)備的模具），磁場要比電場大得多。遠(yuǎn)區(qū)場為弱場，其電磁場強(qiáng)度均較小。所以，對于一個(gè)固定的可以產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁輻射源來說，應(yīng)注意電磁輻射近區(qū)場的防護(hù)，包括對作業(yè)人員及處在近區(qū)場環(huán)境內(nèi)人員的防護(hù)，和對位于近區(qū)場內(nèi)的各種電子、電氣設(shè)備的防護(hù)。而在遠(yuǎn)區(qū)場，通常對人的危害較小，這時(shí)應(yīng)該考慮的主要因素就是對信號的保護(hù)。
無線通信網(wǎng)絡(luò)電磁輻射傷害定量分析
輻射傷害分為游離輻射傷害和非游離輻射傷害。當(dāng)高能量電磁波把能量傳給其他物質(zhì)時(shí)，有可能撞出該物質(zhì)內(nèi)原子、分子的電子，使物質(zhì)內(nèi)充滿帶電離子，這種效應(yīng)稱為“游離化”，游離化電磁波產(chǎn)生的傷害就稱為游離輻射傷害，游離輻射傷害會與身體內(nèi)的物質(zhì)搶奪電荷，產(chǎn)生離子破壞生理組織。非游離輻射傷害分為熱效應(yīng)的非游離輻射傷害和無熱效應(yīng)的非游離輻射傷害，非游離傷害為一中低能輻射，產(chǎn)生的能量不打斷分子鍵或使原子游離。其特點(diǎn)如表1所示。表1 游離輻射和非游離輻射傷害特性
由表1看出，產(chǎn)生游離輻射傷害的電磁波頻段是1012～1024Hz，而無線通信網(wǎng)絡(luò)中使用的頻段為150MHz、450MHz、800MHz、1.9GHz、2.4GHz、3.5GHz及5GHz或更高頻段，所使用的頻段全落在了非游離傷害所屬的頻率范圍內(nèi)，遠(yuǎn)低于1012Hz，所以無線通信網(wǎng)絡(luò)中的電磁輻射不會對人體產(chǎn)生游離輻射傷害，僅對人體產(chǎn)生非游離輻射傷害。
熱效應(yīng)定量分析
人體是一個(gè)有機(jī)的生物體，時(shí)刻都在進(jìn)行著新陳代謝，新陳代謝產(chǎn)生熱量可以使人體體溫維持在正常的溫度范圍內(nèi)，以保證人體生理系統(tǒng)的正常生理機(jī)能。生理學(xué)研究表明，人體新陳代謝產(chǎn)生熱量約為100W，人身體表面積約為2m2，若人體要保持溫度平衡，則人體要向外輻射能量的功率大小也應(yīng)該為100W，即人體平均散熱功率為：而人體對微波的吸收約為50%，所以，當(dāng)輻射場強(qiáng)功率大于10mW/cm2時(shí)，人體吸收輻射平均功率也大于5mW/cm2，這時(shí)人體平均散熱功率小于人體吸收輻射平均功率，多余的能量回存在體內(nèi)，造成對人體的傷害。故輻射功率密度傷害規(guī)格為8～10mW/cm2。
單一輻射場強(qiáng)密度與安全滯留時(shí)間
由于無線通信網(wǎng)絡(luò)的射頻輻射傷害具有累積效應(yīng)，所以當(dāng)處于射頻輻射下時(shí)，人體是不會立即受到傷害的，只有隨時(shí)間推移，累積到一定程度時(shí)才會對人體造成傷害。這個(gè)累積過程為安全滯留時(shí)間。按ANSI（American National Security Institute）規(guī)定，輻射場強(qiáng)密度（mW/cm2）與安全滯留時(shí)間T的關(guān)系為：其中，K1為頻段內(nèi)場強(qiáng)密度規(guī)格值，與頻率關(guān)系如圖1所示，對某頻率是一定值。K2為該頻段場強(qiáng)密度現(xiàn)場測量值，場強(qiáng)密度的現(xiàn)場測量值越大，安全滯留時(shí)間T越短；反之測量值越小，安全滯留時(shí)間T越長。
圖1 場強(qiáng)密度規(guī)格值與頻率曲線圖多個(gè)不同頻段輻射源安全滯留時(shí)間
多個(gè)頻段輻射源下，安全滯留時(shí)間為單一輻射源安全滯留時(shí)間和。測量場強(qiáng)密度及測量頻率如表2所示。表2 多個(gè)頻段的測量場強(qiáng)密度及測量頻率則安全滯留時(shí)間如下式手機(jī)射頻輻射的定量分析
在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，手機(jī)、小靈通、筆記本電腦移動臺是離使用者最近的輻射體，本文以手機(jī)為例定量分析手機(jī)對人體的輻射。
手機(jī)輻射傷害的電性參數(shù)
設(shè)手機(jī)輻射場強(qiáng)密度為E（V/m），手機(jī)輻射功率為P（W），輻射天線增益比值為G，手機(jī)距頭部的距離為R（m）。則E可表示為：手機(jī)天線為單棒狀無方向性天線，故其增益為0dB，增益比值為1；R一般為3cm。
手機(jī)輻射傷害大小是通過手機(jī)輻射功率密度K大小來度量的：k=E2/Z，Z=377Ω，為空間阻抗歐姆，故P越大，E也越大，傷害也越大。
同時(shí)，在定量分析手機(jī)輻射傷害情況要判定輻射傷害是屬于遠(yuǎn)場輻射還是近場輻射傷害，判斷的臨界標(biāo)準(zhǔn)為R=λ/2π。
當(dāng)R>λ/2π時(shí)，為遠(yuǎn)場輻射傷害；當(dāng)R<λ/2π時(shí)，為近場輻射傷害。計(jì)算近場輻射傷害時(shí)，輻射場強(qiáng)密度要考慮靜電場和感應(yīng)場。
無線通信網(wǎng)絡(luò)電磁輻射傷害定量分析
輻射傷害分為游離輻射傷害和非游離輻射傷害。當(dāng)高能量電磁波把能量傳給其他物質(zhì)時(shí)，有可能撞出該物質(zhì)內(nèi)原子、分子的電子，使物質(zhì)內(nèi)充滿帶電離子，這種效應(yīng)稱為“游離化”，游離化電磁波產(chǎn)生的傷害就稱為游離輻射傷害，游離輻射傷害會與身體內(nèi)的物質(zhì)搶奪電荷，產(chǎn)生離子破壞生理組織。非游離輻射傷害分為熱效應(yīng)的非游離輻射傷害和無熱效應(yīng)的非游離輻射傷害，非游離傷害為一中低能輻射，產(chǎn)生的能量不打斷分子鍵或使原子游離。其特點(diǎn)如表1所示。表1 游離輻射和非游離輻射傷害特性
由表1看出，產(chǎn)生游離輻射傷害的電磁波頻段是1012～1024Hz，而無線通信網(wǎng)絡(luò)中使用的頻段為150MHz、450MHz、800MHz、1.9GHz、2.4GHz、3.5GHz及5GHz或更高頻段，所使用的頻段全落在了非游離傷害所屬的頻率范圍內(nèi)，遠(yuǎn)低于1012Hz，所以無線通信網(wǎng)絡(luò)中的電磁輻射不會對人體產(chǎn)生游離輻射傷害，僅對人體產(chǎn)生非游離輻射傷害。
熱效應(yīng)定量分析
人體是一個(gè)有機(jī)的生物體，時(shí)刻都在進(jìn)行著新陳代謝，新陳代謝產(chǎn)生熱量可以使人體體溫維持在正常的溫度范圍內(nèi)，以保證人體生理系統(tǒng)的正常生理機(jī)能。生理學(xué)研究表明，人體新陳代謝產(chǎn)生熱量約為100W，人身體表面積約為2m2，若人體要保持溫度平衡，則人體要向外輻射能量的功率大小也應(yīng)該為100W，即人體平均散熱功率為：而人體對微波的吸收約為50%，所以，當(dāng)輻射場強(qiáng)功率大于10mW/cm2時(shí)，人體吸收輻射平均功率也大于5mW/cm2，這時(shí)人體平均散熱功率小于人體吸收輻射平均功率，多余的能量回存在體內(nèi)，造成對人體的傷害。故輻射功率密度傷害規(guī)格為8～10mW/cm2。
單一輻射場強(qiáng)密度與安全滯留時(shí)間
由于無線通信網(wǎng)絡(luò)的射頻輻射傷害具有累積效應(yīng)，所以當(dāng)處于射頻輻射下時(shí)，人體是不會立即受到傷害的，只有隨時(shí)間推移，累積到一定程度時(shí)才會對人體造成傷害。這個(gè)累積過程為安全滯留時(shí)間。按ANSI（American National Security Institute）規(guī)定，輻射場強(qiáng)密度（mW/cm2）與安全滯留時(shí)間T的關(guān)系為：其中，K1為頻段內(nèi)場強(qiáng)密度規(guī)格值，與頻率關(guān)系如圖1所示，對某頻率是一定值。K2為該頻段場強(qiáng)密度現(xiàn)場測量值，場強(qiáng)密度的現(xiàn)場測量值越大，安全滯留時(shí)間T越短；反之測量值越小，安全滯留時(shí)間T越長。
圖1 場強(qiáng)密度規(guī)格值與頻率曲線圖多個(gè)不同頻段輻射源安全滯留時(shí)間
多個(gè)頻段輻射源下，安全滯留時(shí)間為單一輻射源安全滯留時(shí)間和。測量場強(qiáng)密度及測量頻率如表2所示。表2 多個(gè)頻段的測量場強(qiáng)密度及測量頻率則安全滯留時(shí)間如下式手機(jī)射頻輻射的定量分析
在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，手機(jī)、小靈通、筆記本電腦移動臺是離使用者最近的輻射體，本文以手機(jī)為例定量分析手機(jī)對人體的輻射。
手機(jī)輻射傷害的電性參數(shù)
設(shè)手機(jī)輻射場強(qiáng)密度為E（V/m），手機(jī)輻射功率為P（W），輻射天線增益比值為G，手機(jī)距頭部的距離為R（m）。則E可表示為：手機(jī)天線為單棒狀無方向性天線，故其增益為0dB，增益比值為1；R一般為3cm。
手機(jī)輻射傷害大小是通過手機(jī)輻射功率密度K大小來度量的：k=E2/Z，Z=377Ω，為空間阻抗歐姆，故P越大，E也越大，傷害也越大。
同時(shí)，在定量分析手機(jī)輻射傷害情況要判定輻射傷害是屬于遠(yuǎn)場輻射還是近場輻射傷害，判斷的臨界標(biāo)準(zhǔn)為R=λ/2π。
當(dāng)R>λ/2π時(shí)，為遠(yuǎn)場輻射傷害；當(dāng)R<λ/2π時(shí)，為近場輻射傷害。計(jì)算近場輻射傷害時(shí)，輻射場強(qiáng)密度要考慮靜電場和感應(yīng)場。
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