手机电磁辐射的测定研究

兰善灿，庄榕榕

（闽南师范大学 物理与信息工程学院，福建 漳州 363000）

1 引言

我国工业和信息化部于2015年1月21日发布的2014年通信运营业统计公报显示.2014年，全国移动电话用户净增5698万户，总数达12.86亿户，移动电话用户普及率达94.5部/百人，比2014年提高3.7部/百人.报告称，全国共有10省市的移动电话普及率超过100部/百人，分别为北京、辽宁、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南、内蒙古和宁夏[1].随着移动通信的迅速发展和生活水平的提高，手机成了如今最为普及的电子消费产品.然而手机电磁辐射也给人们带来了困扰，其对人体健康的影响为人们所关注，因而，对移动终端电磁辐射性能的测试显得非常重要，本项目采用较为简便的方法，简化手机电磁辐射的测量方法，对手机在不同使用状态下的磁感应强度值进行测量并通过对测量数据进行处理和分析，得出相关的结论.

2 手机电磁辐射的界定

电磁辐射对人体的影响是通过辐射强度和频率来界定的，在国际上，手机对人体辐射的安全标准或电磁辐射暴漏限值是以能量比吸收率SAR（specific absorption rate）这个指标来表征的，目前有两大主流标准，一个是ICNIRP标准，国际非电离辐射防护委员会（The International Commission for Non-Ionizing Radiation Protection，ICNIRP） 规 定 的2.0w/kg,另一个标准是美国的IEEE（美国电气和电子工程师协会）标准规定的1.6w/kg[2].我国也制订了标准，在GB21288－2007标准中明确规定手机电磁辐射暴露限值为任意10g生物组织、任意连续6min平均比吸收率SAR值不得超过2.0w/kg[3].

当前国际上所谈到的SAR，都是针对蜂窝式移动电话所产生的辐射.目前市面上由正规渠道购买的手机，都是根据SAR标准来设计，并经过了有关机构测试，其平均的SAR值大约在0.2w/kg到1.5w/kg之间[4].

3 手机电磁辐射的测量

3.1 手机电磁辐射的产生及特点

我们在使用手机的时候，手机通过电磁波与基站时刻保持着联系，手机通过天线收发高频电磁波 (300MHz～300GHz)进行信息传送，实现与对方进行通话.天线将语音数字信号发送产生的电信号由内部的电路辐射到外部的空间，同时又从自由空间接收电磁波并转换成电信号，从而进行信息的传递交换.300MHz～300GHz的高频电磁波的光子能量不足以导致原子和分子电离，只会产生非电离辐射即生物的“热效应”.

在使用手机时，人体和手机天线产生电磁耦合效应，在外电磁场的作用下，人体内将产生感应电磁场，由于人体各种器官均为有耗介质，因此体内电磁场将会产生感应电流，导致吸收和耗散电磁能量使人体局部组织温度升高，从而改变人体组织细胞结构，引起细胞组织生物反应，给人体的健康带来影响.

3.2 测量原理

3.2.1 能量比吸收率SAR的定义

由于人体各种器官均为有耗介质，因此体内电磁场将会产生电流，导致吸收和耗散电磁能量.生物剂量学中常用SAR来表征这一物理过程.给定密度（ρ）的体积微元（dV）内质量微元（dm）所吸收（耗损）的能量微元（dW）对时间的微分值就是SAR[5].其定义为生物组织单位时间单位质量所吸收电磁波能量:

上式(1)为SAR的表达式，其单位为W/kg.

在实际对SAR测量和计算过程中，通常是测量局部SAR，其表达式为：

上式(2)中，E表示人体组织中电场强度，单位V/m;σ表示人体组织的导电率，单位S/m;ρ表示人体组织的密度，单位kg/m3.

3.2.2 测量模型的简化

比吸收率SAR值的实际测量和计算需要用到专业仪器，其过程复杂繁琐.根据电磁学理论知识，可通过测量手机近场辐射的磁感应强度简化对比吸收率的测量[4],其原理简述如下.

在理想介质中，由图1电磁波的传播方向可知电场E和磁场H与传播方向ez彼此同相、相互垂直，横向电场和横向磁场之比（Ex/Hy）通常被称为波阻抗η，其表示为：

其中ε为介电常数，μ为磁导率.因此，电磁波中的电场强度E与磁场强度H有以下关系:

由本构关系，磁场强度H与磁场感应强度B对于各向同性介质有如下关系:

图1 电磁波传播示意图

人体中不同部位组织液的成分组成及物质浓度不同，但在一定范围内(如人脑)的组织液可以将其看成线性各向同性的物质.再根据电磁场理论麦克斯韦方程和本构关系，式(3)(4)(5)仍成立，可得E与B成正比.并且，一定范围内(如人脑)的组织液的电介质特性和物理特性相同，人体组织的导电率σ和人体组织的密度ρ不变，因此保持不变.

又由式(2)可得SAR∝E2，所以SAR∝B2.因此可通过对磁感应强度B的测量，得到手机电磁辐射水平的对应关系，即磁感应强度B的测量值越大，对应的SAR值越大，手机电磁辐射越大.运用电磁学理论和实验近似观点简化了SAR模型，通过测量磁感应强度来衡量手机的电磁辐射水平.

3.3 实验测量方法

实验使用台湾路昌EMF-827电磁场辐射检测仪，对市场上普及度较高的品牌手机进行测量.通过测量手机在不同状态下的磁感应强度值，比较分析磁感应强度B的相对大小，根据测量模型确定不同状态下手机电磁辐射的相对大小，分析得出电磁辐射的特点和变化规律.为控制干扰源影响测量精度，选取室外空地进行测量，测量环境周边无相关干扰源，手机信号强，电量充足.并对实验的样本取得尽可能多，多次测量取平均值，减小测量误差.

因电磁辐射检测仪测量探头产生的相对移动会对测量数值造成跳动突变，因此，为保证仪器对测量结果的影响，实验时将测量探头固定在手机的同一部位测量，保证不产生相对位移.考虑到我们在使用手机时手机与人体接触的部位，我们选取手机的听筒附近作为固定点测量.

图2 测量环境及测量位置

图3 测量示意

4 实验测量内容及分析

4.1 不同型号手机电磁辐射的测量

使用电磁辐射检测仪EMF-827对现行市场上几个品牌手机进行实测.在关闭数据流量的情况下，对不同品牌型号的手机分别待机、拨号、响铃时、接通瞬间、正常通话以及被对方挂断等情况下测量手机电磁辐射的磁感应强度，将测量探头静止放置在测量点处 (如图3所示)，使用同一张SIM卡拨打同一手机号，观察5次并记录检测仪示数，求得所有测量项目数据平均值作为此手机此状态下的磁感应强值并将其记录，得到以下处理后数据记录如表1：

表1 不同型号手机磁感应强度测量数据记录

从以上测量数据，可知：手机在待机情况下辐射量最低，在手机通话接通瞬间其辐射量明显升高；其次，手机在通话结束时，若你是被挂电话的一方，其被挂机瞬间产生的辐射量有明显的升高.

4.2 手机信号强弱与电磁辐射的关系

选取小米3和iphone5s手机与测量探头固定在一起，重复（1）的测量操作分别测量在室外静止使用和在地下室使用手机时手机磁感应强度值，地下室无强大电磁干扰源，重复5次测量，得到以下处理后数据记录如下表.在地下室测量的过程中，手机信号波动不稳定，因此比较难把握在相同的信号强度获取数值.通过从以上测量数据分析，当信号强度变弱时，会使得手机辐射量有明显的上升，因此，手机所处环境信号的强度变化会影响手机的电磁辐射量.

表2 不同环境下手机磁感应强度测量数据记录

4.3 不同距离下手机电磁辐射的测量

测量该项内容选取小米3和iphone5s作为测量对象，在手机待机情况下将测量探头固定在距手机前面板一定距离的地方，使手机与探头不发生相对移动避免影响测量，分别测量在距离手机前面板 0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0(单位:cm)处手机磁感应强度值，重复5次测量.通过多次测量取平均值，得到以下处理后数据记录如下表：

表3 不同距离手机磁感应强度测量数据记录

图4 手机距离与磁感应强度的关系

通过以上测量分析，发现手机产生的电磁辐射量随距离的增加而降低，此外，不同品牌的手机，电磁辐射量随距离的变化趋势不同.

4.4 测量使用耳机接听电话时手机电磁辐射

选取小米3和iphone5s手机，插上耳机，将测量探头与耳机固定在一起，重复（1）的测量操作，多次重复测量，得到以下处理后数据记录如下表.

由测量数据可得出，使用耳机接听的条件下，耳机产生的辐射量几乎可以忽略.

4.5 测量使用手机不同功能情况下电磁辐射

测量该项内容选取iphone5s作为测量对象，并将其与测量探头固定在一起，使手机与探头不发生相对移动避免影响测量，分别测量使用手机玩游戏，听音乐，看视频，聊天（联网条件下聊QQ，非联网条件下发短信）等功能时，测量手机磁感应强度值，得到数据处理后数据记录如下表：

表4 使用耳机接电话时手机磁感应强度测量数据记录

表5 测量手机在使用不同功能状态下手机磁感应强度数据记录

从以上所得数据分析，手机在接入网络的情况下使用手机功能所产生的辐射量大于非联网情况下产生的辐射量（发送短信也需要接入网络）.

5 结论

根据本次测量研究，结合测量结果，得到以下几点结论：

1.在拨号到接通的过程中，拨号接入和接通瞬间产生的辐射量较大，因此建议在拨号过程中，等到对方应答的情况下再将手机放在耳旁接听，可以有效的减轻电磁辐射的影响.同时建议在通话完成后立即将手机撤离耳旁，此时即使挂与被挂产生的辐射量对人体的影响也将会减小.

针对拨号到接通这一过程辐射量大这一点，手机制造商也作出了相应的对策，现在的绝大部分品牌智能手机都具有接通振动的功能，因此可以有效的利用这一小功能换取大健康.

2.手机信号强度也会对手机的辐射量造成影响.当手机信号强度变弱时，尽量不要使用手机进行通话，或者选择信号相对强的区域拨号通讯.

3.由表3和表4数据分析，在不同距离下产生的辐射量随距离的增大而减小，而且，使用耳机接听所产生的辐射量远比直接使用手机接听的要小.因此，为降低辐射量对人体的影响，建议尽可能地使用耳机接听.

4.在使用手机应用时，发现需联网的应用产生的辐射量比较大，由此建议不要长时间在联网情况下使用手机，在使用时尽量保持与手机的距离在30cm以上，有利于健康.

〔1〕中华人民共和国工业和信息化部.2014年通信运营业统计公报 [R/OL].2015.1.20 http://www.m iit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11294132/n12858447/16414615.htm l.

〔2〕雷俊陶.一种简便的手机辐射测试方法[J].信息通信,2014（2）:1-2.

〔3〕GB 21288-2007,移动电话电磁辐射局部暴露限值[S].，2003.

〔4〕羊勇，杨嘉，杨玉琦.手机电磁辐射研究[J].大学物理,2013,32(1)：42-45.

〔5〕林浩.比吸收率(SAR)测量值的比对评估[J].现代电信科技,2012（3）:43-47.

〔6〕Dipak.Sengupta,Valdis V.Liepa.应用电磁学与电磁兼容[M].北京：机械工业出版社，2009.