深入了解移動通信基站電磁輻射與人體健康之間的關(guān)系

2008年以來，隨著電信運營商重組完成和3G牌照的發(fā)放，我國移動通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化覆蓋市場出現(xiàn)了爆發(fā)性增長，目前，我國的3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)整體上已基本完成，4G產(chǎn)業(yè)則已拉開投資序幕，因此未來與4G有關(guān)的移動通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化覆蓋將迎來新發(fā)展機遇。

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大和用戶數(shù)量的增加，通信基站的數(shù)量不斷增加，加之近年來民眾環(huán)保意識的提高，通信基站輻射也引發(fā)越來越多的關(guān)注。但是，許多人并不一定真正了解基站輻射，對于基站輻射危害的認識也存在大量誤區(qū)。因此文章通過系統(tǒng)的介紹電磁波、無線電波和微波的原理和分類，從理論和實踐兩方面來驗證基站電磁輻射強度的大小，并與相關(guān)標準進行對比，以此來深入探討基站輻射對人體的影響。

1.      引言

無線電技術(shù)是通過無線電波傳播聲音或其他信號的技術(shù)， 1873年麥克斯韋爾建立了電磁場理論。1887年赫茲驗證了電磁波的存在。1895年馬克尼發(fā)明了無線電，開創(chuàng)了無線電波的實際應(yīng)用價值。 

在我們的生活中，收音機發(fā)出悅耳音樂，電視機播放精彩連續(xù)劇和電影，通過手機聽到遠方親人的聲音，雷達顯示出遠地航行的軍艦、高速飛翔的飛機，透過射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)遙遠的星球……所有這些，全都仰賴于神奇的無線電波。

隨著無線電傳播技術(shù)的迅速發(fā)展，這些設(shè)備的安全性以及電磁輻射與人體組織交互作用的潛在危害性引起了普遍關(guān)注，然而，人們卻無法抗拒無線設(shè)備為生活帶來的靈活和方便，因此，我們有必要深入研究這個問題，精確量化這些交互作用，確定它們是否遵循相關(guān)的安全標準。

2.      電磁波及其分類

首先，我們知道手機通信依靠的是無線電波，無線電波是電磁譜的一部分，他像水池中的波紋一樣像各個方向傳播，電場和磁場瞬間變化，以光速進行傳播，它和可見光波、檢查身體的X射線、治療疾病用的γ射線都屬于電磁波，的差別是波長不同。

電磁波譜范圍

那么，電磁波是什么呢？當帶電系統(tǒng)的電荷或電流隨時間變化，系統(tǒng)所產(chǎn)生的電場和磁場也隨時間變化，變化的電場在其周圍激起磁場，變化的磁場也在其周圍激起電場，這種變化的電場和磁場會向系統(tǒng)周圍的空間傳播，這種運動著的電磁場就是電磁波。

現(xiàn)代人生活在電磁波環(huán)境中。電閃雷擊、太陽黑子活動、大氣、宇宙等都會產(chǎn)生電磁波，這是自然的電磁波；人為的電磁波主要來源于無線電發(fā)射設(shè)備、工業(yè)設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備，如無線電臺、手持、氦弧焊機、交流高壓輸電線、汽車點火器、微波爐、電視機、計算機等等都會產(chǎn)生電磁波。實際上，在地球任何地方，無論白天還是黑夜，都存在著各種頻率、強度不一、看不見、摸不到又聞不著的電磁波。只不過，有的是我們需要的，有的是不需要的罷了。

電磁波與我們的生活悠息相關(guān)，如果真的遠離它，會給生活帶來極大不便。然而，生活素質(zhì)的不斷提高，也促使人們對電磁波輻射的關(guān)注程度越來越高。

3.      無線電波與電磁輻射

電磁波向空中發(fā)射或泄漏的現(xiàn)象叫電磁輻射，過量的電磁輻射會造成電磁污染。目前我們生活中的電磁輻射的來源主要來自以下方面：

1)        高頻感應(yīng)加熱方面：高頻熱處理、焊接、冶煉、半導(dǎo)體加工，如區(qū)域熔煉（提純半導(dǎo)體）和外延（使襯底硅片上生成一層單晶硅）等，使用頻率多為300kHz～3MHz。

2)        高頻介質(zhì)加熱方面：加熱對象為不良導(dǎo)體，如塑料制品熱合、木材、棉紗的烘干、橡膠的硫化等，使用頻率為10MHz～30MHz。

3)        微波方面：主要用于雷達導(dǎo)航、探測、通訊、電視及核物理科學(xué)研究等，頻率一般在3GHz～300GHz之間。

4)        生活方面：各種家用電器如：電視機、電冰箱、微波爐、家用電腦、電吹風(fēng)、電熱毯、護眼燈等。

5)        信號發(fā)射設(shè)備：如電視信號塔、移動通信基站、尋呼臺基站和電氣化鐵路、高壓輸電線等。

目前，根椐《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》，我國已對9kHz～1000GHz頻帶內(nèi)的無線電業(yè)務(wù)做出了規(guī)劃：

1)        長波：頻率為100kHz～300kHz，波長處于3km～1km之間。

2)        中波：頻率為300kHz～3MHz，波長處于1km～100km之間。

3)        短波：頻率為3MHz～30MHz，波長處于100m～10m之間。

4)        超短波：頻率為30MHz～300MHz，波長處于10m～1m之間。

5)        微波：頻率為300MHz～300GHz，波長處于1m～1mm。

6)        混合波段：指長、中、短波、超短波和微波中有兩種或兩種以上波段混合在一起的電磁波。

廣播使用的主要是中波和短波，而毫米波、厘米波和分米波又統(tǒng)稱微波，移動通信GSM使用的是890MHz～954MHz，3G使用的是1920MHz～2170MHz，都屬于微波中的分米波。日常使用的微波爐一般是2450MHz，也屬于微波中的分米波。

4.      電磁輻射的強度與國家標準

1)     電磁輻射的強度

通信基站越建越多，手機信號覆蓋加強，人們疑慮通信基站發(fā)射的電磁波對人體有害。由電磁輻射概念可知，電磁輻射其實是一種能量，它對環(huán)境的影響程度主要取決于能量的強弱，用來表量其強度大小的單位主要有：

l  功率：輻射功率越大，輻射出來的電、磁場強度越高，反之則小，單位是瓦（W）。

l  功率密度：指單位時間、單位面積內(nèi)所接收或發(fā)射的高頻電磁輻射總能量，單位是瓦/米²（W/m²），在高頻電磁輻射環(huán)境評估時功率密度常用mW/cm²表示。

l  電場強度：用來表示空間各處電場的強弱和方向的物理量，距離帶電體近的地方電場強，遠的地方電場弱。電場強度的單位是伏/米（V/m），在輸電線和高壓電器設(shè)備附近的工頻電場強度通常用kV/m表示。

l  磁場強度：用來表示空間各處磁場的強弱與方向的物理量，單位是安/米（A/m）。

l  磁感應(yīng)強度：表示單位體積、面積里的磁通量，用于描述磁場的能量的強度，單位是特斯拉或高斯（T或Gs）。

如何衡量電磁輻射對人體作用的大小呢？電磁輻射能量要大到什么程度才會對人體產(chǎn)生傷害呢？我們先來了解一下“SAR”這個名詞，SAR的中文意思是“比吸收率”，SAR定義為生物體每單位質(zhì)量所吸收的電磁輻射功率，即吸收計量率，它的單位是W/kg。

SAR值測量系統(tǒng)

SAR的測定：SAR值測量系統(tǒng)由人體模型、測量儀表、探針、機械臂等組成。測量時，在人體模型內(nèi)部倒入專用測試液體，液體的電磁性與人體的一致；將發(fā)射源緊貼模型放置，設(shè)置好發(fā)射源的發(fā)射功率，由機械臂帶動探針在液體內(nèi)運動，自動測量場強E，由以下公式可計算出SAR的值：

SAR=E?（δ/p）

其中，E為場強，δ為介電常數(shù)，p為液體密度。

2)     電磁輻射的國家標準

國際上，FCC、ICNIRP（國際非電離性照射保護委員會）、IEEE等機構(gòu)先后制定了電磁輻射對人體作用的衡量技術(shù)標準。目前通用標準有兩個：一個是歐洲使用的2W/kg，另一個是美國使用的1.6W/kg。歐洲采用的測試標準測量單位是10克，美國采用的測試標準測量單位為1克。

我國現(xiàn)使用的標準是國家頒布的GB8702-88“電磁輻射防護規(guī)定”。規(guī)定給出了職業(yè)照射和公眾照射兩種SAR限值。

l  職業(yè)照射：在每天8小時工作期間內(nèi)，任意連續(xù)6分鐘按全身平均的比吸收率（SAR）應(yīng)小于0.1W/kg。

l  公眾照射：在1天24小時內(nèi)，任意連續(xù)6分鐘按全身平均的比吸收率（SAR）應(yīng)小于0.02W/kg。

SAR的測量是在屏蔽室中進行的，而生活空間無線電波復(fù)雜程度遠超于此，這使人們比較難以接受SAR的概念。我國衛(wèi)生部為了控制電磁波對環(huán)境的污染、保護人民健康、促進電磁技術(shù)發(fā)展，制訂了《中華人民共和國國家標準環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》《GB9175-88》。該標準沒有沿用國際流行的SAR標準，而是采用射頻電場強度V/m和功率密度μW/cm²作單位，適用于一切人群經(jīng)常居住和活動場所的環(huán)境電磁輻射，不包括職業(yè)輻射和射頻、需要的輻射。在這個國標中，對微波電磁輻射，以功率密度微瓦/平方厘米（μw/cm²）做為計量單位。將環(huán)境電磁波容許輻射強度標準分為二級：

l  一級標準：安全區(qū)，指在該環(huán)境電磁波強度下長期居住、工作、生活的一切人群（包括嬰兒、孕婦和老弱病殘者），均不會受到任何有害影響的區(qū)域。

l  二級標準：中間區(qū)，指在該環(huán)境電磁波強度下長期居住、工作和生活的一切人群（包括嬰兒、孕婦和老弱病殘者），可能引起潛在不良反應(yīng)的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)，可建造工廠和機關(guān)，但不許建造居民住宅、學(xué)校、醫(yī)院和療養(yǎng)院等。

    環(huán)境電磁波允許輻射強度分級標準如表2所示：

環(huán)境電磁波許輻射允許射頻強度分級標準表

和其他國家的標準相比，我國的標準是比較嚴格的，歐洲大部分國家現(xiàn)在都是200μw/cm²，美國1982年頒布的標準是3000μw/cm²，比我國要寬松75倍，足已證明我國政府在有關(guān)電磁輻射環(huán)境保護方面是極其負責(zé)的，而且移動通信運營部門的整套設(shè)備以及技術(shù)參數(shù)也是按照國家標準嚴格控制的。

5.      基站電磁輻射的理論計算

從以上國家標準可知，只要電磁輻射強度在10μw/cm²以下，對所有人群（包括嬰兒、孕婦和老弱病殘者）都是安全的。

電磁輻射強度的理論計算公式S=P/4πr²，其中，S為功率密度，P為發(fā)射功率，r為發(fā)射點與測量點間的距離。根據(jù)此公式，某一地點的電磁輻射強度（用功率密度表示）與發(fā)射功率成正比，與該點到發(fā)射點的距離的平方成反比。

根據(jù)相關(guān)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，移動通信2G基站天線向一個扇區(qū)實際輻射功率為14.26W，3G基站為2.38W。將基站功率代入上式估算，在距離2G基站10米處的功率密度為：S=P/4πr²=14.26/（4π*100）=0.0113W/m²=1.13μw/cm²，這遠遠小于的10μw/cm²的一級標準，而未來的3G基站就只有約0.19μw/cm²。

射頻信號的功率常用dBm、dBW表示，它與mW、W的換算關(guān)系如下：例如信號功率xW，利用dBm表示為：p（dBm）=10log（（x*1000（mW））.1（mW）），1W等于30dBm，等于0dBW。

射頻信號的相對功率常用dB和dBc兩種形式表示，區(qū)別在于：dB是任意兩個功率比值的對數(shù)表示形式，而dBc是某一個頻率點輸出功率和載頻輸出功率比值的對數(shù)表示形式。

一般GSM基站天線高度均在35至55米，電磁波在空中傳播衰減很快，而且當電磁波穿過一般磚墻時要衰減6dB左右（折合4倍），穿過帶鋼筋的墻要衰減20dB左右。因此，將GSM基站天線建在一般住宅樓頂，對宅內(nèi)居民是安全的。

常見基站電磁輻射理論值計算

6.      基站電磁輻射的實際監(jiān)測結(jié)果

盡管理論估算的結(jié)果是如此，還是必須進行實際監(jiān)測，才能最終驗證理論的準確性。對此，國家制定了相關(guān)的標準，要求采用符合國家標準的非選頻式寬帶輻射測量儀或，選頻式輻射測量儀，以移動基站的發(fā)射天線為中心半徑50m 的范圍內(nèi)可能受到影響的的保護目標進行檢測布點，并且要求在移動通信基站正常工作時間內(nèi)進行檢測。每個測點連續(xù)測5次，每次檢測時間不小于15s，并讀取穩(wěn)定狀態(tài)下的值。若檢測讀數(shù)起伏較大時，適當延長檢測時間。測量儀器為自動測試系統(tǒng)時，可設(shè)置于平均方式，每次測試時間不少于6min，連續(xù)取樣數(shù)據(jù)采集取樣率為2 次/s。

實際上，查找相關(guān)資料，我們就會發(fā)現(xiàn)絕大部分基站周圍電磁輻射環(huán)境功率密度均遠低于（安全區(qū)）10μw/cm²的限值。將已建基站和未開通基站周圍環(huán)境測量結(jié)果相比較，無顯著差異，基站輻射對環(huán)境的影響微乎其微，可以忽略不計。

7.      結(jié)束語

綜上所述，移動通信基站由于功率小，離人體距離遠，所帶來的輻射強度遠遠小于手機。實際測量結(jié)果顯示，基站開通和不開通時，整個環(huán)境的電磁強度基本沒有變化，因此對人體是安全的。希望大家都能了解，電磁輻射強度與發(fā)射功率成正比，而與距離的平方成反比，我們平時更應(yīng)注意的是身邊的距離很近的、而功率又很大的電器設(shè)備，比如：電吹風(fēng)、吸塵器、電水壺、電熱毯、大屏幕彩電等等，因為它們的輻射強度有可能是基站對人體影響的成百上千倍。

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