高频毫米波通信的人体电磁辐射测量技术研究
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暴露检测的关键。
PMCHWT-MoM-FDTD 的综合算法，计算了电磁暴露
在兔子眼球内部的 SAR 值吸收情况。如图 4 所示，
SAR 的峰值出现在眼球与外界接触的表面，辐射功率
为 4.66mW，
SAR 值约为 40W/kg。
MaximZhadobov 等人基于理论计算和实际测量，
模拟了单层细胞在毫米波段的电磁吸收情况。如图 5a
子面部的电磁吸收功率密度，工作频率为 40GHz。可
终端产品，单一极化的波导不再适用，同时波导口尺寸
以看出：介质透镜天线具有很好的聚束效应，在同等辐
较大，会与被测物体发生强烈的耦合。可见，研制可用
射功率的情况下，
造成的局部电磁吸收最强。
东京都立大学基于透镜天线的辐射特点，采用了
于毫米波频段的小型化、各向同性的探头是解决电磁
率射频和微波设备日益广泛的使用，越来越多的人生活或工作在较强的电磁环境中。由于一定剂量的电
磁波照射会对人的健康造成危害，本文从电磁辐射的原理出发，跟踪和总结了未来高频毫米波通信中测
量电磁辐射的方法，
并对未来相关测试技术的发展给出了结论及展望。
关键词：
毫米波通信；电磁辐射；技术
1
引言
场探头和校准系统，可以对人体组织液吸收的 SAR 值
的电磁暴露限值。
跟据 ICNIRP 导则的介绍，电磁辐射对人体生物
学影响在 100kHz~300GHz 并没有本质的区别。在高
频部分，电磁辐射对人体健康的影响主要为躯体热效
应。但是随着频率的升高，辐射波长变短，人体作为
导体的趋肤深度变潜，这使得电磁波无法在人体内部
进行传输，只在体表或者皮下产生热效应，所以在高
□TELECOMMUNICATIONS NETWORK TECHNOLOGY No.10
CHINATTL TEST
高频毫米波通信的人体电磁辐射
测量技术研究
文俊峰 中国移动通信集团山西有限公司工程师
刘海瑞 中国信息通信研究院泰尔终端实验室工程师
王景尧 中国信息通信研究院泰尔终端实验室高级工程师
摘要：电磁暴露的人体安全性问题一直受到国内外的广泛关注。随着电子技术的发展，尤其是高功
所示，采用聚四氟乙烯制成的培养基器皿承装组织液，
通过标准波导辐射出 58.4GHz 的毫米波信号。为了提
高检测分辨率，本文采用了直径为 25um 的热偶计来测
试液体温度。最后，通过液体温度和介电特性计算出
波导输出功率为 1W 时的 SAR 值，结果如图 5b 所示。
通过以上结果可以看出：SAR 值的峰值出现在模型的
。1980 年，I.Chaterjee 等人基于不均匀
频部分，SAR 值将很难测量。ICNIRP 导则中采用了
的分块模型研究了近场照射下的电磁辐射剂量。在此
自由空间的功率密度衡量电磁暴露强度，并给出了相
基础上，美国国家标准局 ANSI 在 1982 年提出并发布
应的限值。
了人体电磁波辐射安全标准 C95.1—1982，其频率范围
在电磁暴露检测方面，由于电磁辐射的极化和传
为 300kHz~100GHz，共分为 5 个频段。该标准一经出
播方向未知，各向同性与体积小巧是检测探头的关键
台，几乎被所有西方国家使用，同时也引起了多方研究
技术指标。在手机通信频段，主流的探头形式如图 2
机构的争议。美国国家标准局专门成立了一个由 9 名
所示。偶极子天线位于三棱柱的 3 个表面，极化相互
在眼球内部插入温度计测量来测量在 200mW/cm2 的功
米波频段，波长急剧变小，而受到工艺的限制传统探头
T.Schmid、N.Kuster 等人研制了应用于损耗液体内的电
尺寸无法大幅度缩小，导致探头的精度降低，因此该探
·76·
Copyright©博看网 . All Rights Reserved.
《电信网技术》2017 年 10 月第 10 期
自 20 世纪 50 年代起，人类就开始对人体的电磁辐
射剂量展开了一系列的研究。早期的理论电磁剂量学
的研究主要采用解析方法求解麦克斯韦方程，计算模
型较为简单，以规则物体、平板及分层结构为主，由于
这些模型与实际人体差别太大，其理论计算结果的价
值相对有限。
1979 年之前，美国和加拿大等国基于当时理论计
测技术已经非常成熟。在毫米波频段，由于受到测试
SAR 值却较低，考虑到人体的热平衡性，这种 SAR 分
仪器的限值，目前对人体辐射的研究主要依赖于理论
布很难评估出毫米波辐射的影响。为此，东京都立大
计算。其中，东京都立大学基于兔子的眼球进行了一
学团队基于兔子眼球进行了一系列的活体试验，通过
系列的研究。J. Chakarothai 等人基于不同的辐射环
教由于探头尺寸远小于工作
标准进行修正。
波长，探头区域的场值均匀，偶极子天线检测到的电场
20 世纪 90 年代，随着损耗液体内电磁剂量测试的
与探头中心处的电场差别很小，探头精度很高。在毫
发展，直接的 SAR 值测量技术发展迅速。K.Pokovic、
量学和试验剂量学的结果提出的人体电磁辐射安全标
准十分粗糙。这一标准规定，在任何使用频率和环境
下人体所受长期电磁波照射的功率密度为
进行直接的测量。1998 年，国际非电离辐射防护委员
会（ICNIRP）向世界各国推荐了电磁场辐射限值导则，
导则规定了以 SAR 值为中心的限值系统（见图 1）。随
后，西方各国以及我国都基于 ICNIRP 导则制定了相应
表面处，并且达到了极高的峰值，约为 40KW/kg，但是
图 2 三轴正交的各向同性探头
随着深度的变化衰减很快，在 1mm 处接近为 0。
3
2
毫米波段人体电磁暴露的理论基础
毫米波段人体电磁测量的研究现状
通过以上的理论计算和模型试验可以看出：由于
目前，在 6GHz 以下的通信频段，人体电磁暴露检
趋肤深度较浅，人体表面产生的 SAR 峰值很高，但整体
泰 尔 检 测
图 1 ICNIRP 导则在 10GHz 以下的辐射限值
头结构不再适用于毫米波频段。目前，毫米波电场检
境，研究了兔子眼球部分的电磁吸收情况。图 3 中分
测多采用波导探头，对于极化单一、分布均匀的电场，
别是在平面波、喇叭天线、介质透镜天线的照射下，兔
波导探头尚可以满足测试需求。对于辐射特性复杂的
PMCHWT-MoM-FDTD 的综合算法，计算了电磁暴露
在兔子眼球内部的 SAR 值吸收情况。如图 4 所示，
SAR 的峰值出现在眼球与外界接触的表面，辐射功率
为 4.66mW，
SAR 值约为 40W/kg。
MaximZhadobov 等人基于理论计算和实际测量，
模拟了单层细胞在毫米波段的电磁吸收情况。如图 5a
子面部的电磁吸收功率密度，工作频率为 40GHz。可
终端产品，单一极化的波导不再适用，同时波导口尺寸
以看出：介质透镜天线具有很好的聚束效应，在同等辐
较大，会与被测物体发生强烈的耦合。可见，研制可用
射功率的情况下，
造成的局部电磁吸收最强。
东京都立大学基于透镜天线的辐射特点，采用了
于毫米波频段的小型化、各向同性的探头是解决电磁
率射频和微波设备日益广泛的使用，越来越多的人生活或工作在较强的电磁环境中。由于一定剂量的电
磁波照射会对人的健康造成危害，本文从电磁辐射的原理出发，跟踪和总结了未来高频毫米波通信中测
量电磁辐射的方法，
并对未来相关测试技术的发展给出了结论及展望。
关键词：
毫米波通信；电磁辐射；技术
1
引言
场探头和校准系统，可以对人体组织液吸收的 SAR 值
的电磁暴露限值。
跟据 ICNIRP 导则的介绍，电磁辐射对人体生物
学影响在 100kHz~300GHz 并没有本质的区别。在高
频部分，电磁辐射对人体健康的影响主要为躯体热效
应。但是随着频率的升高，辐射波长变短，人体作为
导体的趋肤深度变潜，这使得电磁波无法在人体内部
进行传输，只在体表或者皮下产生热效应，所以在高
□TELECOMMUNICATIONS NETWORK TECHNOLOGY No.10
CHINATTL TEST
高频毫米波通信的人体电磁辐射
测量技术研究
文俊峰 中国移动通信集团山西有限公司工程师
刘海瑞 中国信息通信研究院泰尔终端实验室工程师
王景尧 中国信息通信研究院泰尔终端实验室高级工程师
摘要：电磁暴露的人体安全性问题一直受到国内外的广泛关注。随着电子技术的发展，尤其是高功
所示，采用聚四氟乙烯制成的培养基器皿承装组织液，
通过标准波导辐射出 58.4GHz 的毫米波信号。为了提
高检测分辨率，本文采用了直径为 25um 的热偶计来测
试液体温度。最后，通过液体温度和介电特性计算出
波导输出功率为 1W 时的 SAR 值，结果如图 5b 所示。
通过以上结果可以看出：SAR 值的峰值出现在模型的
。1980 年，I.Chaterjee 等人基于不均匀
频部分，SAR 值将很难测量。ICNIRP 导则中采用了
的分块模型研究了近场照射下的电磁辐射剂量。在此
自由空间的功率密度衡量电磁暴露强度，并给出了相
基础上，美国国家标准局 ANSI 在 1982 年提出并发布
应的限值。
了人体电磁波辐射安全标准 C95.1—1982，其频率范围
在电磁暴露检测方面，由于电磁辐射的极化和传
为 300kHz~100GHz，共分为 5 个频段。该标准一经出
播方向未知，各向同性与体积小巧是检测探头的关键
台，几乎被所有西方国家使用，同时也引起了多方研究
技术指标。在手机通信频段，主流的探头形式如图 2
机构的争议。美国国家标准局专门成立了一个由 9 名
所示。偶极子天线位于三棱柱的 3 个表面，极化相互
在眼球内部插入温度计测量来测量在 200mW/cm2 的功
米波频段，波长急剧变小，而受到工艺的限制传统探头
T.Schmid、N.Kuster 等人研制了应用于损耗液体内的电
尺寸无法大幅度缩小，导致探头的精度降低，因此该探
·76·
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《电信网技术》2017 年 10 月第 10 期
自 20 世纪 50 年代起，人类就开始对人体的电磁辐
射剂量展开了一系列的研究。早期的理论电磁剂量学
的研究主要采用解析方法求解麦克斯韦方程，计算模
型较为简单，以规则物体、平板及分层结构为主，由于
这些模型与实际人体差别太大，其理论计算结果的价
值相对有限。
1979 年之前，美国和加拿大等国基于当时理论计
测技术已经非常成熟。在毫米波频段，由于受到测试
SAR 值却较低，考虑到人体的热平衡性，这种 SAR 分
仪器的限值，目前对人体辐射的研究主要依赖于理论
布很难评估出毫米波辐射的影响。为此，东京都立大
计算。其中，东京都立大学基于兔子的眼球进行了一
学团队基于兔子眼球进行了一系列的活体试验，通过
系列的研究。J. Chakarothai 等人基于不同的辐射环
教由于探头尺寸远小于工作
标准进行修正。
波长，探头区域的场值均匀，偶极子天线检测到的电场
20 世纪 90 年代，随着损耗液体内电磁剂量测试的
与探头中心处的电场差别很小，探头精度很高。在毫
发展，直接的 SAR 值测量技术发展迅速。K.Pokovic、
量学和试验剂量学的结果提出的人体电磁辐射安全标
准十分粗糙。这一标准规定，在任何使用频率和环境
下人体所受长期电磁波照射的功率密度为
进行直接的测量。1998 年，国际非电离辐射防护委员
会（ICNIRP）向世界各国推荐了电磁场辐射限值导则，
导则规定了以 SAR 值为中心的限值系统（见图 1）。随
后，西方各国以及我国都基于 ICNIRP 导则制定了相应
表面处，并且达到了极高的峰值，约为 40KW/kg，但是
图 2 三轴正交的各向同性探头
随着深度的变化衰减很快，在 1mm 处接近为 0。
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毫米波段人体电磁暴露的理论基础
毫米波段人体电磁测量的研究现状
通过以上的理论计算和模型试验可以看出：由于
目前，在 6GHz 以下的通信频段，人体电磁暴露检
趋肤深度较浅，人体表面产生的 SAR 峰值很高，但整体
泰 尔 检 测
图 1 ICNIRP 导则在 10GHz 以下的辐射限值
头结构不再适用于毫米波频段。目前，毫米波电场检
境，研究了兔子眼球部分的电磁吸收情况。图 3 中分
测多采用波导探头，对于极化单一、分布均匀的电场，
别是在平面波、喇叭天线、介质透镜天线的照射下，兔
波导探头尚可以满足测试需求。对于辐射特性复杂的