人体健康与移动通信基站电磁辐射

coolrainy1981

  摘要随着移动通信网络规模的扩大和用户数量的增加，基站数量不断增加，基站辐射也引发越来越多的关注。文章通过介绍电磁波、无线电波和微波的原理和分类，从理论和实践两方面来验证基站电磁辐射强度的大小，并与相关标准进行对比，以此来深入探讨基站辐射对人体的影响。

    1、引言

    收音机发出悦耳音乐，电视机播放精彩连续剧和电影，通过手机听到远方亲人的声音，雷达显示出远地航行的军舰、高速飞翔的飞机，透过射电望远镜发现遥远的星球……所有这些，全都仰赖于神奇的无线电波。

    随着无线电传播技术的迅速发展，这些设备的安全性以及电磁辐射与人体组织交互作用的潜在危害性引起了普遍关注，然而，人们却无法抗拒无线设备为生活带来的灵活和方便，因此，我们有必要深入研究这个问题，精确量化这些交互作用，确定它们是否遵循相关的安全标准。

    2、电磁波及其分类

    首先，我们知道手机通信依靠的是无线电波，它和可见光波、检查身体的X射线、治疗疾病用的γ射线都属于电磁波，唯一的差别是波长不同。电磁波谱范围具体如表1所示。

    表1  电磁波谱范围

    那么，电磁波是什么呢?当带电系统的电荷或电流随时间变化，系统所产生的电场和磁场也随时间变化，变化的电场在其周围激起磁场，变化的磁场也在其周围激起电场，这种变化的电场和磁场会向系统周围的空间传播，这种运动着的电磁场就是电磁波。

    现代人生活在电磁波环境中。电闪雷击、太阳黑子活动、大气、宇宙等都会产生电磁波，这是自然的电磁波；人为的电磁波主要来源于无线电发射设备、工业设备和医疗设备，如无线电台、手持移动电话、氦弧焊机、交流高压输电线、汽车点火器、微波炉、电视机、计算机等等都会产生电磁波。实际上，在地球任何地方，无论白天还是黑夜，都存在着各种频率、强度不一、看不见、摸不到又闻不着的电磁波。只不过，有的是我们需要的，有的是不需要的罢了。

    电磁波与我们的生活悠息相关，如果真的远离它，会给生活带来极大不便。然而，生活素质的不断提高，也促使人们对电磁波辐射的关注程度越来越高。

    3、无线电波与电磁辐射

    电磁波向空中发射或泄漏的现象叫电磁辐射，过量的电磁辐射会造成电磁污染。目前电磁辐射的来源主要来自以下方面：

    ◆高频感应加热方面：高频热处理、焊接、冶炼、半导体加工，如区域熔炼（提纯半导体）和外延（使衬底硅片上生成一层单晶硅）等，使用频率多为300kHz～3MHz。

    ◆高频介质加热方面：加热对象为不良导体，如塑料制品热合、木材、棉纱的烘干、橡胶的硫化等，使用频率为10MHz～30MHz。

    ◆微波方面：主要用于雷达导航、探测、通讯、电视及核物理科学研究等，频率一般在3GHz～300GHz之间。

    ◆生活方面：各种家用电器如：电视机、电冰箱、微波炉、家用电脑、电吹风、电热毯、护眼灯等。

    ◆信号发射设备：如电视信号塔、移动通信基站、寻呼台基站和电气化铁路、高压输电线等。

    目前，根椐《中华人民共和国无线电频率划分规定》，我国已对9kHz～1000GHz频带内的无线电业务做出了规划：

    ◆长波：频率为100kHz～300kHz，波长处于3km～1km之间。

    ◆中波：频率为300kHz～3MHz，波长处于1km～100km之间。

    ◆短波：频率为3MHz～30MHz，波长处于100m～10m之间。

    ◆超短波：频率为30MHz～300MHz，波长处于10m～1m之间。

    ◆微波：频率为300MHz～300GHz，波长处于1m～1mm。

    ◆混合波段：指长、中、短波、超短波和微波中有两种或两种以上波段混合在一起的电磁波。

    广播使用的主要是中波和短波，而毫米波、厘米波和分米波又统称微波，移动通信GSM使用的是890MHz～954MHz，3G使用的是1920MHz～2170MHz，都属于微波中的分米波。日常使用的微波炉一般是2450MHz，也属于微波中的分米波。

    4、电磁辐射的强度与国家标准

    4.1电磁辐射的强度

    通信基站越建越多，手机信号覆盖加强，人们疑虑通信基站发射的电磁波对人体有害。由电磁辐射概念可知，电磁辐射其实是一种能量，它对环境的影响程度主要取决于能量的强弱，用来表量其强度大小的单位主要有：

    ◆功率：辐射功率越大，辐射出来的电、磁场强度越高，反之则小，单位是瓦（W）。

    ◆功率密度：指单位时间、单位面积内所接收或发射的高频电磁能量，单位是瓦/米?（W/m?），在高频电磁辐射环境评估时功率密度常用MW/cm?表示。

    ◆电场强度：用来表示空间各处电场的强弱和方向的物理量，距离带电体近的地方电场强，远的地方电场弱。电场强度的单位是伏/米（V/m），在输电线和高压电器设备附近的工频电场强度通常用kV/m表示。

    ◆磁场强度：用来表示空间各处磁场的强弱与方向的物理量，单位是安/米（A/m）。

    ◆磁感应强度：表示单位体积、面积里的磁通量，用于描述磁场的能量的强度，单位是特斯拉或高斯（T或Gs）。

    如何衡量电磁辐射对人体作用的大小呢?电磁辐射能量要大到什么程度才会对人体产生伤害呢?我们先来了解一下“SAR”这个名词，SAR的中文意思是“比吸收率”，SAR定义为生物体每单位质量所吸收的电磁辐射功率，即吸收计量率，它的单位是W/kg。

    SAR的测定：SAR值测量系统由人体模型、测量仪表、探针、机械臂等组成。测量时，在人体模型内部倒入专用测试液体，液体的电磁性与人体的一致；将发射源紧贴模型放置，设置好发射源的发射功率，由机械臂带动探针在液体内运动，自动测量场强E，由以下公式可计算出SAR的值：

    SAR=E?（δ/p）

    其中，E为场强，δ为介电常数，p为液体密度。

    4.2电磁辐射的国家标准

    国际上，FCC、ICNIRP（国际非电离性照射保护委员会）、IEEE等机构先后制定了电磁辐射对人体作用的衡量技术标准。目前通用标准有两个：一个是欧洲使用的2W/kg，另一个是美国使用的1.6W/kg。欧洲采用的测试标准测量单位是10克，美国采用的测试标准测量单位为1克。 我国现使用的标准是国家环境保护局颁布的GB8702-88“电磁辐射防护规定”。规定给出了职业照射和公众照射两种SAR限值。

    ◆职业照射：在每天8小时工作期间内，任意连续6分钟按全身平均的比吸收率（SAR）应小于0.1W/kg。

    ◆公众照射：在1天24小时内，任意连续6分钟按全身平均的比吸收率（SAR）应小于0.02W/kg。

    SAR的测量是在屏蔽室中进行的，而生活空间无线电波复杂程度远超于此，这使人们比较难以接受SAR的概念。我国卫生部为了控制电磁波对环境的污染、保护人民健康、促进电磁技术发展，制订了《中华人民共和国国家标准环境电磁波卫生标准》《GB9175-88》。该标准没有沿用国际流行的SAR标准，而是采用电场强度V/m和功率密度μW/cm?作单位，适用于一切人群经常居住和活动场所的环境电磁辐射，不包括职业辐射和射频、微波治疗需要的辐射。

    在这个国标中，对微波电磁辐射，以功率密度微瓦/平方厘米（μw/cm?）做为计量单位。将环境电磁波容许辐射强度标准分为二级：

    一级标准：安全区，指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切人群（包括婴儿、孕妇和老弱病残者），均不会受到任何有害影响的区域。

    二级标准：中间区，指在该环境电磁波强度下长期居住、工作和生活的一切人群（包括婴儿、孕妇和老弱病残者），可能引起潜在不良反应的区域，在此区域内，可建造工厂和机关，但不许建造居民住宅、学校、医院和疗养院等。

    环境电磁波许辐射强度分级标准如表2所示：

    表2  环境电磁波许辐射强度分级标准表

    和其他国家的标准相比，我国的标准是比较严格的，欧洲大部分国家现在都是200μw/cm?，美国1982年颁布的标准是3000μw/cm?，比我国要宽松75倍，足已证明我国政府在有关电磁辐射环境保护方面是极其负责的，而且移动通信运营部门的整套设备以及技术参数也是按照国家标准严格控制的。

    5、基站电磁辐射的理论计算

    从以上国家标准可知，只要电磁辐射强度在10μw/cm?以下，对所有人群（包括婴儿、孕妇和老弱病残者）都是绝对安全的。

    电磁辐射强度的理论计算公式S=P/4πr?，其中，S为功率密度，P为发射功率，r为发射点与测量点间的距离。根据此公式，某一地点的电磁辐射强度（用功率密度表示）与发射功率成正比，与该点到发射点的距离的平方成反比。

    根据相关设备的技术参数，移动通信2G基站天线向一个扇区实际辐射功率为14.26W，3G基站为2.38W。将基站功率代入上式估算，在距离2G基站10米处的功率密度为：S=P/4πr?=14.26/（4π*100）=0.0113W/m?=1.13μw/cm?，这远远小于最安全的10μw/cm?的一级标准，而未来的3G基站就只有约0.19μw/cm?。

    射频信号的绝对功率常用dBm、dBW表示，它与mW、W的换算关系如下：例如信号功率xW，利用dBm表示为：p（dBm）=10log（（x*1000（mW））.1（mW）），1W等于30dBm，等于0dBW。

    射频信号的相对功率常用dB和dBc两种形式表示，区别在于：dB是任意两个功率比值的对数表示形式，而dBc是某一个频率点输出功率和载频输出功率比值的对数表示形式。

    一般GSM基站天线高度均在35至55米，电磁波在空中传播衰减很快，而且当电磁波穿过一般砖墙时要衰减6dB左右（折合4倍），穿过带钢筋的墙要衰减20dB左右。因此，将GSM基站天线建在一般住宅楼顶，对宅内居民是绝对安全的。

    6、基站电磁辐射的实际监测结果

    尽管理论估算的结果是如此，还是必须进行实际监测，才能最终验证理论的准确性。2005年9月，江苏移动通信7期增补、8期、2005年搬迁、网优和3G基站建设项目实际电磁辐射环境调查，共选取全省3个城市13个典型基站进行现场监测，由江苏省具备国家级环评资质单位，使用德国NARDAEMR-300综合场强仪（频带宽度为0.1MHz～3000MHz）进行实测。

    在以基站为中心半径300米范围内，监测点位布设以基站发射天线为相对水平零点，间隔90度，分4个方向做测量线，每条测量线上优选50米、100米、150米……300米等距离面设测量点。测量时间选择在城市环境电磁辐射的高峰期，测量高度取1.7米，每个测量点连续测量5次，每次测量不小于15秒，并读取稳定状态的最大值。测量时避开高层建筑、树木、高压线等影响，测量的气候条件应符合仪器规定的使用条件。实际测量结果如表3所示：

    表3  电磁辐射环境监测结果

    监测结果表明：所有基站周围电磁辐射环境功率密度均远低于国家一级（安全区）10μw/cm?的限值，最高的只有0.32μw/cm?，最低的还小于0.01μw/cm?，是安全标准的百分之一。将已建基站和未开通基站周围环境测量结果相比较，无显著差异，事实证明基站辐射对环境的影响微乎其微，可以忽略不计。

    7、结束语

    综上所述，移动通信基站由于功率小，离人体距离远，所带来的辐射强度远远小于手机。实际测量结果显示，基站开通和不开通时，整个环境的电磁强度基本没有变化，因此对人体是安全的。希望大家都能了解，电磁辐射强度与发射功率成正比，而与距离的平方成反比，我们平时更应注意的是身边的距离很近的、而功率又很大的电器设备，比如：电吹风、吸尘器、电水壶、电热毯、大屏幕彩电等等，因为它们的辐射强度有可能是基站对人体影响的成百上千倍。