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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。遠區(qū)場為弱場，其電磁場強度均較小。所以，對于一個固定的可以產(chǎn)生一定強度的電磁輻射源來說，應(yīng)注意電磁輻射近區(qū)場的防護，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，和對位于近區(qū)場內(nèi)的各種電子、電氣設(shè)備的防護。而在遠區(qū)場，通常對人的危害較小，這時應(yīng)該考慮的主要因素就是對信號的保護。
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，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
人體是一個有機的生物體，時刻都在進行著新陳代謝，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)輻射場強功率大于10mW/cm2時，人體吸收輻射平均功率也大于5mW/cm2，這時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。
單一輻射場強密度與安全滯留時間
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，人體是不會立即受到傷害的，只有隨時間推移，累積到一定程度時才會對人體造成傷害。這個累積過程為安全滯留時間。按ANSI（American National Security Institute）規(guī)定，輻射場強密度（mW/cm2）與安全滯留時間T的關(guān)系為：其中，K1為頻段內(nèi)場強密度規(guī)格值，與頻率關(guān)系如圖1所示，對某頻率是一定值。K2為該頻段場強密度現(xiàn)場測量值，場強密度的現(xiàn)場測量值越大，安全滯留時間T越短；反之測量值越小，安全滯留時間T越長。
圖1 場強密度規(guī)格值與頻率曲線圖多個不同頻段輻射源安全滯留時間
多個頻段輻射源下，安全滯留時間為單一輻射源安全滯留時間和。測量場強密度及測量頻率如表2所示。表2 多個頻段的測量場強密度及測量頻率則安全滯留時間如下式手機射頻輻射的定量分析
在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，手機、小靈通、筆記本電腦移動臺是離使用者最近的輻射體，本文以手機為例定量分析手機對人體的輻射。
手機輻射傷害的電性參數(shù)
設(shè)手機輻射場強密度為E（V/m），手機輻射功率為P（W），輻射天線增益比值為G，手機距頭部的距離為R（m）。則E可表示為：手機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。
手機輻射傷害大小是通過手機輻射功率密度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，在定量分析手機輻射傷害情況要判定輻射傷害是屬于遠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，為遠場輻射傷害；當(dāng)R<λ/2π時，為近場輻射傷害。計算近場輻射傷害時，輻射場強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，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
人體是一個有機的生物體，時刻都在進行著新陳代謝，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)輻射場強功率大于10mW/cm2時，人體吸收輻射平均功率也大于5mW/cm2，這時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。
單一輻射場強密度與安全滯留時間
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，人體是不會立即受到傷害的，只有隨時間推移，累積到一定程度時才會對人體造成傷害。這個累積過程為安全滯留時間。按ANSI（American National Security Institute）規(guī)定，輻射場強密度（mW/cm2）與安全滯留時間T的關(guān)系為：其中，K1為頻段內(nèi)場強密度規(guī)格值，與頻率關(guān)系如圖1所示，對某頻率是一定值。K2為該頻段場強密度現(xiàn)場測量值，場強密度的現(xiàn)場測量值越大，安全滯留時間T越短；反之測量值越小，安全滯留時間T越長。
圖1 場強密度規(guī)格值與頻率曲線圖多個不同頻段輻射源安全滯留時間
多個頻段輻射源下，安全滯留時間為單一輻射源安全滯留時間和。測量場強密度及測量頻率如表2所示。表2 多個頻段的測量場強密度及測量頻率則安全滯留時間如下式手機射頻輻射的定量分析
在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，手機、小靈通、筆記本電腦移動臺是離使用者最近的輻射體，本文以手機為例定量分析手機對人體的輻射。
手機輻射傷害的電性參數(shù)
設(shè)手機輻射場強密度為E（V/m），手機輻射功率為P（W），輻射天線增益比值為G，手機距頭部的距離為R（m）。則E可表示為：手機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。
手機輻射傷害大小是通過手機輻射功率密度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，在定量分析手機輻射傷害情況要判定輻射傷害是屬于遠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，為遠場輻射傷害；當(dāng)R<λ/2π時，為近場輻射傷害。計算近場輻射傷害時，輻射場強密度要考慮靜電場和感應(yīng)場。
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