无线充电设备的辐射有多大？

在我们身边的无线充电设备越来越多了，小到手机、手环、牙刷，大到充电汽车等等。

以下是我国《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定》所规定的不同类型的无线充电设备可以使用的频率以及对应的额定传输功率。

注意图中的80W、22KW和120KW指的是额定传输功率，是充电器端或能量发射端的额定最大输出功率。但今天我们要讨论的是辐射能量，也就是无线充电设备在工作时，通过磁耦合（磁感应、磁共振）以及电容耦合等机理实现电源到负荷的非波束式近场电力传输的过程中，所产生的辐射能量是一个什么量级？以及对公众暴露所带来的影响有多大？

01、为什么使用磁场强度

在《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定》中的要求如下表，可以看到无线充电设备的工作频率较低，从十几kHz到十几MHz，波长的范围则是从十几米到十几公里。那么下面的表格里面规定的磁场强度的发射限值，是在距设备10米处的，并使用准峰值检波方式。

工作频率范围	限值	测量带宽
19≤f＜21 kHz	72 dBμA/m	200 Hz
79≤f＜90 kHz	79kHz为67.8 dBμA/m（每十倍频程下降10 dB）
100≤f＜119 kHz	42 dBμA/m
119≤f＜135 kHz	119kHz为66 dBμA/m（每倍频程下降3dB，其中129.1kHz ± 500Hz频段内限值为42 dBμA/m)	200 Hz
135≤f＜140 kHz	42 dBμA/m
140≤f＜148.5 kHz	37.7 dBμA/m
6765≤f＜6795 kHz	42 dBμA/m	9 kHz
13553≤f＜13567kHz

这里使用的磁场强度限值的单位是dBμA/m，可以由A/m（安培每米）首先进行小单位转化变成μA/m，再进行dB转化而来，类似于功率单位W与dBm的转化，作用也是类似的，数值表示上较为方便。因为测量低频磁场辐射发射（如30Hz - 30MHz）时，常见的干扰水平在µA/m量级。它们的关系是：

H (dBµA/m) = 20*log₁₀(H(A/m)/10⁻⁶) = 20*log₁₀(H(µA/m))120 dBµA/m = 1,000,000 µA/m = 1 A/m

为什么要用磁场强度呢？我们说低频讲“磁”。前面说了无线充电使用30MHz以下的较低频率，当源（如线圈、导线）的尺寸和工作距离d远小于电磁波的波长λ时，系统处于近场区。例如充电汽车的工作频率为20kHz，λ=15公里，d=10米（d << λ）就处于近场区，电场（E）和磁场（H）没有紧密耦合形成传播的电磁波。它们的行为相对独立，能量主要在源和负载之间振荡，而不是辐射出去。对于主要由电流而不是电压驱动的元件（如电感、变压器、电机绕组、磁耦合线圈），磁场H是能量存储和传递的主导物理量。

并且，用于测量低频磁场的设备通常是下图所示的环天线（Loop Antenna）或类似探头。这些设备的输出电压或读数通常经过校准，可以直接以dBµA/m为单位显示或输出结果，简化了测量过程。

02、磁场强度的换算

所以说，使用磁场强度来表示无线充电设备的辐射限值是科学的，可测的。但很多人习惯了使用功率dBm的单位，对这个dBuA/m的磁场强度单位没有概念，到底是大是小呢？对人体的辐射到底有多大呢？所以我们来看一下他们的换算关系。

1. 首先磁场强度与电场强度的转化公式如下：

dBuV/m = dBuA /m + 51.5

这个是怎么来的呢？电压和电流之间差了一个阻抗=电压V/电流A，因为是空中的电磁波，所以是空气阻抗=377Ω，因此20log（377）=51.5。

2. 再通过下式得到V/m：

V /m =10^(((dBuV /m) -120) / 20)

3. 在距离d米处的发射端的EIRP(dBm)功率由下式得出：

dBm=10*log(1000*(V/m * d)^2/30)

所以，按照上表，10米处允许的最大的磁场强度为 72dBuA/m，则对应的磁场强度约为0.003981 A/m；电场强度约为1.5V/m；发射功率约为7.46W，38.7dBm。这看起来是一个不小的功率，差不多一个中等覆盖范围的基站功率。但我们不能这样来比，因为无线充电的频率较低，根据《中华人民共和国电磁环境控制限值》，低频的安全限值，远大于高频，如下表。