手機電磁輻射的測定研究

蘭善燦，莊榕榕

（閩南師范大學 物理與信息工程學院，福建 漳州 363000）

1 引言

我國工業和信息化部于2015年1月21日發布的2014年通信運營業統計公報顯示.2014年，全國移動電話用戶凈增5698萬戶，總數達12.86億戶，移動電話用戶普及率達94.5部/百人，比2014年提高3.7部/百人.報告稱，全國共有10省市的移動電話普及率超過100部/百人，分別為北京、遼寧、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南、內蒙古和寧夏[1].隨著移動通信的迅速發展和生活水平的提高，手機成了如今最為普及的電子消費產品.然而手機電磁輻射也給人們帶來了困擾，其對人體健康的影響為人們所關注，因而，對移動終端電磁輻射性能的測試顯得非常重要，本項目采用較為簡便的方法，簡化手機電磁輻射的測量方法，對手機在不同使用狀態下的磁感應強度值進行測量并通過對測量數據進行處理和分析，得出相關的結論.

2 手機電磁輻射的界定

電磁輻射對人體的影響是通過輻射強度和頻率來界定的，在國際上，手機對人體輻射的安全標準或電磁輻射暴漏限值是以能量比吸收率SAR（specific absorption rate）這個指標來表征的，目前有兩大主流標準，一個是ICNIRP標準，國際非電離輻射防護委員會（The International Commission for Non-Ionizing Radiation Protection，ICNIRP） 規 定 的2.0w/kg,另一個標準是美國的IEEE（美國電氣和電子工程師協會）標準規定的1.6w/kg[2].我國也制訂了標準，在GB21288－2007標準中明確規定手機電磁輻射暴露限值為任意10g生物組織、任意連續6min平均比吸收率SAR值不得超過2.0w/kg[3].

當前國際上所談到的SAR，都是針對蜂窩式移動電話所產生的輻射.目前市面上由正規渠道購買的手機，都是根據SAR標準來設計，并經過了有關機構測試，其平均的SAR值大約在0.2w/kg到1.5w/kg之間[4].

3 手機電磁輻射的測量

3.1 手機電磁輻射的產生及特點

我們在使用手機的時候，手機通過電磁波與基站時刻保持著聯系，手機通過天線收發高頻電磁波 (300MHz～300GHz)進行信息傳送，實現與對方進行通話.天線將語音數字信號發送產生的電信號由內部的電路輻射到外部的空間，同時又從自由空間接收電磁波并轉換成電信號，從而進行信息的傳遞交換.300MHz～300GHz的高頻電磁波的光子能量不足以導致原子和分子電離，只會產生非電離輻射即生物的“熱效應”.

在使用手機時，人體和手機天線產生電磁耦合效應，在外電磁場的作用下，人體內將產生感應電磁場，由于人體各種器官均為有耗介質，因此體內電磁場將會產生感應電流，導致吸收和耗散電磁能量使人體局部組織溫度升高，從而改變人體組織細胞結構，引起細胞組織生物反應，給人體的健康帶來影響.

3.2 測量原理

3.2.1 能量比吸收率SAR的定義

由于人體各種器官均為有耗介質，因此體內電磁場將會產生電流，導致吸收和耗散電磁能量.生物劑量學中常用SAR來表征這一物理過程.給定密度（ρ）的體積微元（dV）內質量微元（dm）所吸收（耗損）的能量微元（dW）對時間的微分值就是SAR[5].其定義為生物組織單位時間單位質量所吸收電磁波能量:

上式(1)為SAR的表達式，其單位為W/kg.

在實際對SAR測量和計算過程中，通常是測量局部SAR，其表達式為：

上式(2)中，E表示人體組織中電場強度，單位V/m;σ表示人體組織的導電率，單位S/m;ρ表示人體組織的密度，單位kg/m3.

3.2.2 測量模型的簡化

比吸收率SAR值的實際測量和計算需要用到專業儀器，其過程復雜繁瑣.根據電磁學理論知識，可通過測量手機近場輻射的磁感應強度簡化對比吸收率的測量[4],其原理簡述如下.

在理想介質中，由圖1電磁波的傳播方向可知電場E和磁場H與傳播方向ez彼此同相、相互垂直，橫向電場和橫向磁場之比（Ex/Hy）通常被稱為波阻抗η，其表示為：

其中ε為介電常數，μ為磁導率.因此，電磁波中的電場強度E與磁場強度H有以下關系:

由本構關系，磁場強度H與磁場感應強度B對于各向同性介質有如下關系:

圖1 電磁波傳播示意圖

人體中不同部位組織液的成分組成及物質濃度不同，但在一定范圍內(如人腦)的組織液可以將其看成線性各向同性的物質.再根據電磁場理論麥克斯韋方程和本構關系，式(3)(4)(5)仍成立，可得E與B成正比.并且，一定范圍內(如人腦)的組織液的電介質特性和物理特性相同，人體組織的導電率σ和人體組織的密度ρ不變，因此保持不變.

又由式(2)可得SAR∝E2，所以SAR∝B2.因此可通過對磁感應強度B的測量，得到手機電磁輻射水平的對應關系，即磁感應強度B的測量值越大，對應的SAR值越大，手機電磁輻射越大.運用電磁學理論和實驗近似觀點簡化了SAR模型，通過測量磁感應強度來衡量手機的電磁輻射水平.

3.3 實驗測量方法

實驗使用臺灣路昌EMF-827電磁場輻射檢測儀，對市場上普及度較高的品牌手機進行測量.通過測量手機在不同狀態下的磁感應強度值，比較分析磁感應強度B的相對大小，根據測量模型確定不同狀態下手機電磁輻射的相對大小，分析得出電磁輻射的特點和變化規律.為控制干擾源影響測量精度，選取室外空地進行測量，測量環境周邊無相關干擾源，手機信號強，電量充足.并對實驗的樣本取得盡可能多，多次測量取平均值，減小測量誤差.

因電磁輻射檢測儀測量探頭產生的相對移動會對測量數值造成跳動突變，因此，為保證儀器對測量結果的影響，實驗時將測量探頭固定在手機的同一部位測量，保證不產生相對位移.考慮到我們在使用手機時手機與人體接觸的部位，我們選取手機的聽筒附近作為固定點測量.

圖2 測量環境及測量位置

圖3 測量示意

4 實驗測量內容及分析

4.1 不同型號手機電磁輻射的測量

使用電磁輻射檢測儀EMF-827對現行市場上幾個品牌手機進行實測.在關閉數據流量的情況下，對不同品牌型號的手機分別待機、撥號、響鈴時、接通瞬間、正常通話以及被對方掛斷等情況下測量手機電磁輻射的磁感應強度，將測量探頭靜止放置在測量點處 (如圖3所示)，使用同一張SIM卡撥打同一手機號，觀察5次并記錄檢測儀示數，求得所有測量項目數據平均值作為此手機此狀態下的磁感應強值并將其記錄，得到以下處理后數據記錄如表1：

表1 不同型號手機磁感應強度測量數據記錄

從以上測量數據，可知：手機在待機情況下輻射量最低，在手機通話接通瞬間其輻射量明顯升高；其次，手機在通話結束時，若你是被掛電話的一方，其被掛機瞬間產生的輻射量有明顯的升高.

4.2 手機信號強弱與電磁輻射的關系

選取小米3和iphone5s手機與測量探頭固定在一起，重復（1）的測量操作分別測量在室外靜止使用和在地下室使用手機時手機磁感應強度值，地下室無強大電磁干擾源，重復5次測量，得到以下處理后數據記錄如下表.在地下室測量的過程中，手機信號波動不穩定，因此比較難把握在相同的信號強度獲取數值.通過從以上測量數據分析，當信號強度變弱時，會使得手機輻射量有明顯的上升，因此，手機所處環境信號的強度變化會影響手機的電磁輻射量.

表2 不同環境下手機磁感應強度測量數據記錄

4.3 不同距離下手機電磁輻射的測量

測量該項內容選取小米3和iphone5s作為測量對象，在手機待機情況下將測量探頭固定在距手機前面板一定距離的地方，使手機與探頭不發生相對移動避免影響測量，分別測量在距離手機前面板 0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0(單位:cm)處手機磁感應強度值，重復5次測量.通過多次測量取平均值，得到以下處理后數據記錄如下表：

表3 不同距離手機磁感應強度測量數據記錄

圖4 手機距離與磁感應強度的關系

通過以上測量分析，發現手機產生的電磁輻射量隨距離的增加而降低，此外，不同品牌的手機，電磁輻射量隨距離的變化趨勢不同.

4.4 測量使用耳機接聽電話時手機電磁輻射

選取小米3和iphone5s手機，插上耳機，將測量探頭與耳機固定在一起，重復（1）的測量操作，多次重復測量，得到以下處理后數據記錄如下表.

由測量數據可得出，使用耳機接聽的條件下，耳機產生的輻射量幾乎可以忽略.

4.5 測量使用手機不同功能情況下電磁輻射

測量該項內容選取iphone5s作為測量對象，并將其與測量探頭固定在一起，使手機與探頭不發生相對移動避免影響測量，分別測量使用手機玩游戲，聽音樂，看視頻，聊天（聯網條件下聊QQ，非聯網條件下發短信）等功能時，測量手機磁感應強度值，得到數據處理后數據記錄如下表：

表4 使用耳機接電話時手機磁感應強度測量數據記錄

表5 測量手機在使用不同功能狀態下手機磁感應強度數據記錄

從以上所得數據分析，手機在接入網絡的情況下使用手機功能所產生的輻射量大于非聯網情況下產生的輻射量（發送短信也需要接入網絡）.

5 結論

根據本次測量研究，結合測量結果，得到以下幾點結論：

1.在撥號到接通的過程中，撥號接入和接通瞬間產生的輻射量較大，因此建議在撥號過程中，等到對方應答的情況下再將手機放在耳旁接聽，可以有效的減輕電磁輻射的影響.同時建議在通話完成后立即將手機撤離耳旁，此時即使掛與被掛產生的輻射量對人體的影響也將會減小.

針對撥號到接通這一過程輻射量大這一點，手機制造商也作出了相應的對策，現在的絕大部分品牌智能手機都具有接通振動的功能，因此可以有效的利用這一小功能換取大健康.

2.手機信號強度也會對手機的輻射量造成影響.當手機信號強度變弱時，盡量不要使用手機進行通話，或者選擇信號相對強的區域撥號通訊.

3.由表3和表4數據分析，在不同距離下產生的輻射量隨距離的增大而減小，而且，使用耳機接聽所產生的輻射量遠比直接使用手機接聽的要小.因此，為降低輻射量對人體的影響，建議盡可能地使用耳機接聽.

4.在使用手機應用時，發現需聯網的應用產生的輻射量比較大，由此建議不要長時間在聯網情況下使用手機，在使用時盡量保持與手機的距離在30cm以上，有利于健康.

〔1〕中華人民共和國工業和信息化部.2014年通信運營業統計公報 [R/OL].2015.1.20 http://www.m iit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11294132/n12858447/16414615.htm l.

〔2〕雷俊陶.一種簡便的手機輻射測試方法[J].信息通信,2014（2）:1-2.

〔3〕GB 21288-2007,移動電話電磁輻射局部暴露限值[S].，2003.

〔4〕羊勇，楊嘉，楊玉琦.手機電磁輻射研究[J].大學物理,2013,32(1)：42-45.

〔5〕林浩.比吸收率(SAR)測量值的比對評估[J].現代電信科技,2012（3）:43-47.

〔6〕Dipak.Sengupta,Valdis V.Liepa.應用電磁學與電磁兼容[M].北京：機械工業出版社，2009.