最近總會聽到或看到一些人錯誤的認為電磁波的頻率越高穿透性越弱，並且越來越多的年輕人完全不在意輻射的危害。所以我想從原理上對電磁波的一些特性進行闡明，從而使大家理解一些現象，提高防護意識。
01 電磁波簡介
電磁波通常意義上所指有電磁輻射特性的電磁波是指無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線。而X射線及γ射線通常被認為是放射性的輻射。
微波和可見光一樣都屬於電磁波，所以傳播速度也和光速一樣，即在空氣中的傳播速度約等於3*10^8（m/s）。微波的頻率範圍是從300
MHz至3000 GHz，用速度除以頻率，即相應波長從1 m至0.01 mm。
02 宏觀上電磁波的衍射（繞射）
波的衍射是指在媒質中由於有障礙物或其他的不連續性而引起波改變傳播方向的現象。電磁波與我們能看的見的機械波一樣都屬於波，所以它也具有波的一切性質包括衍射。
根據惠更斯菲涅爾原理，一個光源發出的光波，在其波面上的任何一點，都可以看做是一個新的波源，而其後面的光波的形狀，可以看成是這些無限多的小次波源發出的光波在空間相干疊加的結果。波通過障礙物時一部分分量被阻擋，通過的分量重新疊加形成不同圖樣，即衍射現象。
只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現象。但當孔的尺寸遠小於波長時（小於波長的3/10時），儘管衍射十分突出，由於能量減弱，衍射現象已不容易觀察。
那麼反之，障礙物尺寸固定的情況下，則波長較長的波就更容易產生顯著的衍射了。這就解釋了為什麼波長越長，即頻率越低的信號越容易覆蓋到被遮擋的角落。如果你從牆的一側收到另一側的信號，那不是信號從牆內穿過來，而是一定有縫隙讓它繞進來的。
頻率越低，越容易發生衍射（繞射），所以覆蓋範圍更廣。
03 微觀上 電磁波的粒子性與穿透力
說到電磁波的穿透能力，就不得不提到電磁波的波粒二象性。
波動性與粒子性沒有具體分界線，電磁波的波長越長，波動性越強；波長越短粒子性越強。兩個性質始終存在，不存在消失的時候，只是哪個更顯著而已。
電磁波的粒子性不是說它是像分子原子質子電子一樣的微觀粒子，電磁波體現出的性質是量子性，可以認為這個最小能量單位就是一個光子，所有電磁波的能量都是這個單位的整數倍疊加。光子不是粒子，是一個量子物理的概念，屬於能量範疇。
能量的傳播並不是連續不斷的，能量存在著最小單位，能量是一段、一段進行傳播的，這一段、又一段的能量就是能量子，又稱量子，這就是量子的最早概念，即能量的最小單位。
光子能量E=hv，h為普朗克常數，v是頻率，可見頻率越高光子能量越強。
一般來講，入射光子能量越大，能進入物體的深度越深，即穿透能力越強。
04 物體對電磁波的吸收
原子的激發與電離：
原子中電子的運動狀態也是不連續的，每一個運動狀態有固定的能量，將這些不同的能量狀態劃分為不同的能級，所以基態原子能選擇吸收與其電子能級差相當的輻射光子的能量，電子從最低能級躍遷到更高的能級，原子從基態到激發態。激發態原子不穩定，瞬間回到基態或較低能級，多餘的能量以光子或熱的形式輻射出去。
當能量再增大超過一定閾值時，會發生電離，即電子擺脫原子的束縛成為自由電子。
不同原子在吸收光譜上有自己的特徵頻率譜線，一般在1—10eV。由光子能量E=hv，h=6.626196×10^-34J·s, 1ev=1.6x10^-19j，得到所需頻率範圍為0.24×10^15—0.24*10^16, 包括部分可見光及部分紫外線的範圍。
分子的激發與電離：
分子同樣會吸收光子被激發和電離。由於分子中除了電子的相對原子核的運動狀態，還有分子中各原子的微小震動及整個分子繞質心的轉動，即分子有轉動光譜，振動光譜及電子光譜，而前兩者的能級間隔△E較小。分子的吸收譜範圍在0.05—10eV. 頻率範圍為0.12×10^14-0.24*10^16，包含部分紅外線，可見光，部分紫外線的範圍。
物體中的分子和原子的熱運動：
分子的熱運動，指一切物質的分子都在不停地運動，且是無規則的運動。分子的熱運動跟物體的溫度有關，物體的溫度越高，其分子的運動越快。所以稱為分子熱運動。
分子的熱運動的典型現象是擴散，比如把冷水和熱水放在一起，冷和熱的水分子互相擴散，並且熱分子把能量傳遞給冷分子，很快他們就結合成了溫水。
有些電磁波的頻率，比如紅外線，它還不能穿透原子和分子被其吸收，但可以穿透了原子分子的間隙中，主要引起分子動能增加，即增加熱運動能量，產生熱效應。
05 一些電磁波的應用情況
X射線在醫學中的應用：
短波長的X射線能夠穿透肉體,但是會被骨頭吸收。如果膠捲放在病人身體的另一邊,穿透過來的X光會和膠捲起反應,而那些被骨頭阻隔了光的膠捲的部分則不會起反應。於是人體內骨頭的圖像就可以通過這種方式形成,但是現代的X射線設備通常會使用電子探測器來代替膠捲。人體組織也可以吸收一定程度的X射線，所以除了骨頭以外的圖像也經常用於醫學診斷。
參考數位化醫用X射線攝影系統，最大輸出功率:≥25KW。
紫外線殺菌消毒：
紫外線殺菌消毒原理是利用適當波長的紫外線能夠破壞微生物機體細胞中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結構,造成生長性細胞死亡和(或)再生性細胞死亡,達到殺菌消毒的效果。
參考紫外線消毒燈功率約30W，在電壓為220V、相對濕度為60%、溫度為20℃時,輻射的253.7nm紫外線強度(使用中的強度)應不低於70μW/ cm2。
紅外線治療：
「特定電磁波譜」（TDP）是由特定的加熱器對治療板產生的波長範圍在2-25μm（紅外線），強度範圍（28-35mw/cm2）內分布的特定電磁波，當人體匹配接收後與體內細胞所含相同物質產生諧振，因而可增強微循環作用，促進新陳代謝，產生對人體病變的修復，使病患者能迅速康復，非病患者能提高自身的抵抗能力。
微波爐：
微波爐是利用食物在微波場中吸收微波能量而使自身加熱的烹飪器具。在微波爐微波發生器產生的微波在微波爐腔建立起微波電場，並採取一定的措施使這一微波電場在爐腔中儘量均勻分布，將食物放入該微波電場中，由控制中心控制其烹飪時間和微波電場強度，來進行各種各樣的烹飪過程。
微波爐乃是利用其內部的磁控管，將電能轉變成微波，以2450MHz的振盪頻率穿透食物，當微波被食物吸收時，食物內之極性分子（如水、脂肪、蛋白質、糖等）即被吸引以每秒鐘24億5千萬次的速度快速振盪，這種震盪的宏觀表現就是食物被加熱了。
微波加熱的原理簡單說來是：當微波輻射到食品上時，食品中總是含有一定量的極性分子（如水、脂肪、蛋白質、糖等），極性分子的正負電荷中心，即使在外電場不存在時也是不重合的，這種極性分子的取向將隨微波場而變動。由於食品中極性分子的這種運動，以及相鄰分子間的相互作用，因此，食品的溫度也就上升了。微波爐里的輻射量很大，可以令放在裡面有水分和油脂的物體產生熱量把食物煮熟，它以每秒24.5億次的頻率，深入食物5cm進行加熱，加速分子運轉。
參考微波爐的功率範圍一般為500～1000瓦。
微波通信：
這是我們比較熟悉的領域，也是日常生活中接觸最多的，從電台，電視，到手機等。目前的移動通信頻段也在逐漸提高，2代通信在2GHz以下，3/4代通信FDD 3GHz以下,TDD 4GHz以下,到現在剛建設起來的5代通信頻率已達5GHz。
在5代通信剛起步的階段，各大廠商就開始研究毫米波了。即將出世的下一代WiFi標準802.11ay運行於60GHz頻譜上，即波長5mm。據說蘋果下一代手機將支持該標準。
目前的手機發射信號功率在23/26dBm, 即0.2/0.4瓦。
06 電磁波輻射對人體的影響
以上說了那麼多，都是客觀性的描述，是想讓大家理性客觀的思考，並通過類比，自己得出一些判斷。
好了，電磁波給我們的生活帶來的便利是不可否認的，那麼下面再來說一下電磁波輻射的危害。
廣義的電磁輻射通常是指電磁波頻譜而言。狹義的電磁輻射是指電器設備所產生的輻射波，通常是指紅外線以下部分。而X射線及γ射線等通常被認為是放射性的高能輻射。
低頻的電磁波雖不像X射線、伽馬射線等高能電磁輻射，能夠進入分子結構，包括蛋白質、DNA等的結構，對人體直接造成傷害，引起人體病變，各種癌症，但這絕對不等於低頻輻射對人體就沒有傷害。
電磁輻射危害人體的機理主要是通過熱效應、非熱效應和積累效應等。
熱效應：
電磁波引起的內能增加，溫度升高。如紅外線和可見光可以在人體的表層引起發熱，前面紅外線治療的熱效應及微波率的原理。熱效應主要對應高頻輻射。
非熱效應：
非熱效應是指除熱效應以外的其他效應，如電效應、磁效應及化學效應等。
人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩定和有序的，一旦受到外界某些頻率電磁波的干擾，處於平衡狀態的微弱電磁場可能遭到破壞，從而對人體的機能產生影響。微波干擾生物電(如心電、腦電、肌電、神經傳導電位、細胞活動膜電位等)的節律，會導致心臟活動、腦神經活動及內分泌活動等一系列障礙。在微波電磁場的作用下，生物體內的一些分子將會產生變形和振動，使細胞膜功能受到影響，使細胞膜內外液體的電狀況發生變化，引起生物作用的改變，進而可影響中樞神經系統等。
長時間的低頻輻射對人體的傷害比高頻輻射更強，因為低頻輻射的頻段0-300Hz與人體內部的組織機體之間的傳輸頻率相同，會對內部通訊形成干擾。同時，低頻輻射還會改變人腦中的水分子的晶體結構，這樣對於青少年人腦未發育完全的人來說，長期處於低頻輻射環境中會是一個很嚴重的隱患。
手機等行動裝置也有低頻輻射的。
累積效應：
電磁輻射對人體的傷害尚未來得及自我修復之前再次受到輻射的話，其傷害程度就會發生累積。對於長期接觸高能電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也會誘發想不到的病變，應引起警惕！
電磁波應用的發展非常迅速，而其對人體的影響是慢性的，可能很多危害還沒有明顯暴露出來，但已有很多相關的統計觀察結果。
之前有關專家介紹，我國使用的行動電話的發射頻率均在800～1000兆赫之間，其輻射劑量可達600微瓦，超出國家標準10多倍，而超量的電磁輻射會造成人體神經衰弱、食慾下降、心悸胸悶、頭暈目眩等「電磁波過敏症」，甚至引發腦部腫瘤。
電磁波污染對人體危害的例子多有發現，只不過其影響程度與所受到的輻射強度及積累的時間長短有關，目前尚未較大範圍地反映出來，所以還沒有引起人們的普遍重視。
有關研究表明，電磁波的致病效應隨著磁場振動頻率的增大而增大，頻率超過10萬赫茲以上，可對人體造成潛在威脅。在這種環境下工作生活過久，人體受到電磁波的干擾，使機體組織內分子原有的電場發生變化，導致機體生態平衡紊亂。一些受到較強或較久電磁波輻射的人，已有了病態表現，主要反映在神經系統和心血管系統方面。如乏力、記憶衰退、失眠、容易激動、月經紊亂、胸悶、心悸、白細胞與血小板減少或偏低、免疫功能降低等。
有科學家經過長期研究證明：長期接受電磁輻射會造成人體免疫力下降、新陳代謝紊亂、記憶力減退、提前衰老、心率失常、視力下降、聽力下降、血壓異常、皮膚產生斑痘、粗糙，甚至導致各類癌症等；男女生殖能力下降、婦女易患月經紊亂、流產、畸胎等症。
1998年世界衛生組織調查顯示，電磁輻射對人體有五大危害：
1．電磁輻射是心血管疾病、糖尿病、癌突變的主要誘因；
2．電磁輻射對人體生殖系統，神經系統和免疫系統造成直接傷害；
3．電磁輻射是造成孕婦流產、不育、畸胎等病變的誘發因素；
4．電磁輻射直接影響兒童組織發育、骨骼發育、視力下降；肝臟造血功能下降，嚴重者可導致視網膜脫落。
5．電磁輻射可使男性性功能下降，女性內分泌紊亂，月經失調。
權威統計數字表明，經常在顯示器前工作的人群中，上述疾病的發病率明顯高於普通人群。
另外，每個人的情況也不一樣，可能與生活習慣，狀態及一些其他環境因素有關，有的人沒什麼影響，有的人卻會造成嚴重影響，比如之前我認識的一個人大學畢業不久就得了腦瘤，其他方面因素暫且不論，但醫生認為和手機輻射有關係，他平時習慣將手機放在枕頭下面睡覺。但其實那時候他使用手機也就一兩年的時間而已。
07 電磁波防護
電磁波防護的三大原則：
1.距離防護（與電磁波發射設施設備保持一個相對安全的距離）。2.時間防護（不在電磁波發射設施設備開啟時進入安全的距離內）。3.屏蔽防護（依靠屏蔽設施電磁波的影響）。依靠三大原則可以有效的降低或避免生活中常見的電磁波的影響。
家中常用的電器也有不同的防範辦法。目前主流的電視、電腦顯示器已經全部採用液晶顯示本身產生的電磁波能級很低，在使用時與人體已經保持有一定距離無需另行採取防護措施；而老式的顯像管電視和顯示器應當設置至少1至2米的安全距離。手機是目前我們生活中常用的設備，撥打和接聽手機時，而應該用手持或放置於距離人體五十公分處，儘量採用耳機或免提方式接聽。電磁爐和微波爐在開始使用時應儘量遠離（至少大於1米）。電熱毯在完成加熱後應當關閉後方可上床睡覺，切忌不可長期在通電開啟的電熱毯上逗留。目前常用的WIFI設備開啟時距離人體1米以上即可。對於在寒冷天氣下使用的電加熱的家電（如取暖器）應當設置0.5米以上的安全使用距離，避免燙傷和電磁輻射。
我本人是做射頻通信相關工作的，也就是微波頻段，所以也會對這個頻段的輻射相對敏感一些。在這裡也想給同行朋友們一點個人建議，也是基於以上3點原則的：1.條件允許的話儘量穿屏蔽服。2.接好設備設好參數再發射信號，讀取數據後立刻關掉，方便的話甚至在中間調整參數時也要關掉信號。3. 將被測設備儘量放到離自己遠的位置。4. 將被測設備輻射最小的方向對著自己。5.工作儘量串換開，減少連續處受到大功率輻射的時間。若需連續調試，中間偶爾起來走動一下。
08 最後想說的話
當我聽說WiFi即將做到60GHz的時候,我第一反應是，頻率這麼高了，好恐怖啊,要知道，我們現在WIFI的頻率是2.4GHz和5GHz，而且60GHz的幾次諧波就是紅外線了。但我發現好像只有我一個人有這方面的擔心。大家都在想，它有多厲害，我上網速度能快到什麼程度。技術是也一直對更高頻更高功率，信號強度，速率有著迫切的追求。這令我感到有些擔憂。
有的人將4根8根天線的WiFi路由器放在屋子裡，不間斷的開著，有的人手機一天24小時不離身邊，白天12+小時不離手，一有空就在玩手機等等。
我想說，最好的防範，就是增強防範意識。我們享受科技的同時，要正確使用，不要過分依賴，要養成好的習慣。當然這可能很難，我能感同身受，就像有人明知熬夜不好卻很難戒掉一樣。但是只要有意識的去改，相信總有辦法做好的。
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