无线电波与电磁辐射分析

目录

一 概述 2

二 电磁辐射的强度与标准 3

2.1 电磁波定义 3

2.2 电磁辐射强度 4

2.3 比吸收率SAR 4

2.4 电磁辐射伤害定量分析 4

三 我国环境电磁波卫生标准 5

四 电磁辐射的理论计算 6

4.1 手机射频辐射的定量分析 7

4.2 基站辐射的定量分析 8

五、附注：中华人民共和国国家标准《环境电波卫生标准》（GB 9175－88） 9

一 概述

随着现代科技的高速发展，人们对通信的需求日益增强，无线通信网络无疑是通信事业中发展最快的，但是也引来一个有争议的问题，无线网络的电磁辐射有多大，是否对人有伤害?同时由于人们知识和认知水平的提高,电磁辐射问题已然成为无线通信网络建设的一个阻力,尤其是居民区的建设 。

为防止电磁辐射污染、保障公众健康和促进电磁技术的科学运用与发展，国家环保、卫生等部门自上世纪九十年代以来，先后制定颁发了《公众照射导出限值》、《环境电磁波容许辐射强度分级标准》、《电磁辐射防护规定》、《环境电磁波卫生标准》、《电磁辐射环境保护管理办法》等七部法规和技术标准，明确规定，通信基站电磁辐射要小于每平方厘米40微瓦（μw/cm2），这个防护标准比一些发达国家和地区还严格。近年来，国家环保监测机构会同中国预防医院科学院等单位，多次对全国各地通信基站电磁辐射情况进行抽查，结果均低于国家电磁辐射防护标准。

（一）目前基站与日常家电辐射强度对比

根据下述各类家电以及基站辐射情况的测试分析，发现电吹风、微波炉、路由器在正常使用情况下对人体辐射强度无法满足我国的辐射安全标准，详细测试数据如下表所示：

（二）我公司基站与广电发射塔对比

我公司基站严格按照国家标准，采用20W发射功率，一般覆盖范围在300米左右，对人体辐射影响远低于国家标准。根据行内标准，广电发射塔的发射功率目前有以下四类：10KW，30KW，60KW，90KW，为我公司基站发射功率数百倍以上。

（三）手机工作原理补充说明

手机为了保持双向的信号沟通需要，同时为了减低人体的辐射，手机设计了功率自动调整的功能，在信号强的时候，手机就认为它距离的基站的位置近，这时，手机就会降低发射功率，在信号弱的时候，手机就认为它距离基站的信号远，为了保证良好的通话，它就会发射出最大的发射功率，也就是接收的信号越弱，手机的发射功率越强。

二 电磁辐射的强度与标准

2.1 电磁波定义

电磁波向空中发射或泄漏的现象叫电磁辐射，过量的电磁辐射就造成了电磁污染。目前电磁辐射的来源主要来自以下几个方面：

 高频感应加热方面：使用频率多为300kHz～3MHz。

 高频介质加热方面：使用频率为10～30MHz。

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

 生活方面：如各种家用电器：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。

　　信息产业部无线电管理局根据无线电业务划分规定，对不同频段的无线电频率波道配置进行了相应的规划，以便对各种无线电台（站）设置请求进行频率指配。各类无线电发射设备和电磁辐射装置必须符合国家相关技术指标要求。任何电磁辐射设备的设置使用，同时还必须符合电磁辐射防护规定的国家标准，达到公众和职业照射标准的要求，使电磁辐射对人体的影响减到最小。

根椐《中华人民共和国无线电频率划分规定》，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，GSM使用的是890～954MHz，3G使用的是1920～2170MHz，都属于微波中的分米波。我们日常使用的微波炉一般是2450MHz，也属于微波中的分米波。 　　

2.2 电磁辐射强度

　　由于GSM移动通信采用的是微蜂窝技术，手机和基站通过电磁波双向联系，每个基站都有一定的作用范围。所以提高信号的有效办法就是增加通信基站，使通话服务区覆盖每个地方,减少盲区。然而，随着通信基站越建越多，人们开始疑虑通信基站所发射的电磁波是否对人体有伤害。

我们知道电磁辐射其实是一种能量，它对环境的影响大小主要取决于能量的强弱，用来表示其强度大小的单位主要有：功率（W）、功率密度（W/m^2或MW/cm^2）、电场强度（V/m）、磁场强度（A/m）、磁感应强度（T或Gs）。

2.3 比吸收率SAR

　　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就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。那么，如何测定SAR的值呢？

　　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电磁性一致；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，由以下公式就可以计算出SAR的值：

　　SAR=E2（δ/p）

　　式中：E为场强；δ为介电常数；p为液体密度。

2.4 电磁辐射伤害定量分析

辐射伤害分为游离辐射伤害和非游离辐射伤害。当高能量电磁波把能量传给其他物质时，有可能撞出该物质内原子、分子的电子，使物质内充满带电离子，这种效应称为“游离化”，游离化电磁波产生的伤害就称为游离辐射伤害，游离辐射伤害会与身体内的物质抢夺电荷，产生离子破坏生理组织。非游离辐射伤害分为热效应的非游离辐射伤害和无热效应的非游离辐射伤害，非游离伤害为一中低能辐射，产生的能量不打断分子键或使原子游离。其特点如表1所示。

表1　游离辐射和非游离辐射伤害特性

　　 由表1看出，产生游离辐射伤害的电磁波频段是1012～1024Hz，而无线通信网络中使用的频段为150MHz、450MHz、800MHz、1.9GHz、2.4GHz、3.5GHz及5GHz或更高频段，所使用的频段全落在了非游离伤害所属的频率范围内，远低于1012Hz，所以无线通信网络中的电磁辐射不会对人体产生游离辐射伤害，仅对人体产生非游离辐射伤害。

三 我国环境电磁波卫生标准

辐射的大小主要取决于发射功率的大小，我国无线电管理委员会的规定：无线局域网产品的发射功率不能大于10mW，而其他国家的标准相对宽松，比如：日本的无线局域网产品的发射功率的上限是100mW，欧美一些国家是50mW左右。目前市面上所销售的产品一般都符合欧美国家的标准。手机在功率大的时候可以到1W多，绝大多数无线路由器的发射功率也就在50mW ~100 mW之间，而无线网卡的功率一般在10mW以下。

我国卫生部为了控制电磁波对环境的污染、保护人民健康、促进电磁技术发展而制订了《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MW/cm^2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（MW/cm^2）来做为计量单位。将环境电磁波容许辐射强度标准分为两级（见表1）：

表1　环境电磁波许可辐射强度分级标准

按主要波段场强；若各波段场分散，则按复合场强加权确定。

　　一级标准，为安全区，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，为中间区，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），可能引起潜在性不良反应的区域，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。

我国制订的这个国家标准相对其他国家标准是比较严格的，欧洲大部分国家现在都是200MW/cm^2，美国1982年颁布的标准是MW/cm^2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。

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。目前通用的标准有两个：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，而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GB 8702-88“电磁辐射防护规定”，规定中给出了职业照射和公众照射两种SAR限值。

　　（1）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。

　　（2）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。

四 电磁辐射的理论计算

从以上国家标准，我们知道只要电磁辐射强度在10 MW/cm^2以下，对所有人群（包括婴儿、孕妇和老弱病残者）都是绝对有安全保证的。

4.1 手机射频辐射的定量分析

　 手机辐射伤害的电性参数:

　　设手机辐射场强密度为E（V/m），手机辐射功率为P（W），辐射天线增益比值为G，手机距头部的距离为R（m）。则E可表示为：

手机天线为单棒状无方向性天线，故其增益为0dB，增益比值为1；R一般为3cm。

手机辐射伤害大小是通过手机辐射功率密度K大小来度量的： ，Z=377 Ω，为空间阻抗欧姆，故P越大，E也越大，伤害也越大。

　　同时，在定量分析手机辐射伤害情况要判定辐射伤害是属于远场辐射还是近场辐射伤害，判断的临界标准为:

当 时，为远场辐射伤害；当 时，为近场辐射伤害。计算近场辐射伤害时，辐射场强密度要考虑静电场和感应场。

1800 MHz/900MHz手机的辐射情况分析

使用1 800MHz手机，若手机发射功率为0.55W，增益比值为1，手机距头部的距离为3cm，因：

故为远场辐射，在定量分析辐射伤害情况时不需要考虑静电场和感应场，则手机辐射场强密度为:

　　使用900 MHz手机，与1 800 MHz手机同样条件下，则

则

　　故为近场辐射，在定量分析时要考虑静电场和感应场，实际的手机辐射场强密度E2＞E1。

　　如果手机在邻近墙角或有反射体的环境中使用，因反射增强，辐射强度也增强一倍。

4.2 基站辐射的定量分析

通信基站是指与用户手机进行通信的低功率无线天线，根据其服务范围大小及用户多少，发射功率从几瓦到上百瓦不等，其功率密度一般在每平方厘米0.6-2.0微瓦（μw/cm2）属于低频辐射。

与手机一样，基站的辐射强度也与发射机器输出平均功率PAV、基站天线增益比值和人与基站的距离R相关，表示为：

在分析基站辐射伤害特性时，用安全滞留距离R来衡量。

　　若GSM900发射机输出平均功率200W，基站天线增益比值为13.7，安全辐射密度为4.5 W/m2，基站的辐射强度如下式。

已知GSM1 800发射机器输出的平均功率为200W，基站天线增益比值为13.7，安全辐射密度为9W/m2，则基站的辐射强度如下式。

从上面分析结果看，无论是手机还是基站，GSM900系统的伤害都大于GSM1 800系统的伤害。

　 一般情况下，基站天线安装在离地面15-50米的建筑物或发射塔上，天线发射出的射频主要向水平方向扩展，很少朝垂直方向传输，距基站水平方向10至20米处辐射最强，人只有长时间在此范围内才可能受到辐射影响。中国电信、移动、联通等基站天线，一般都高于附近住宅。其电磁波频率为900-1800兆赫(MHz)，在空中传播衰减很快，3G网络使用的频段更高，传播衰减更快。天线前10至20米处的功率密度为每平方厘米0.6微瓦（μw/cm2），远低于每平方厘米40微瓦（μw/cm2）的国家标准，并且电磁波在空中传播衰减很快，，电磁波穿过居民砖墙后要衰减4倍(6dB)，穿过带钢筋的墙要衰减20dB左右。因此，居住在基站天线附近的居民是安全的。

五、附注：中华人民共和国国家标准《环境电波卫生标准》（GB 9175－88）

1．分级标准

以电磁波辐射强度及其频段特性对人体可能引起潜在性不良影响的阈下值为界，将环境电波容许辐射强度标准分为二级。

(1)一级标准

为安全区，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），均在会受到任何有害影响的区域；新建、改建或扩建电台、电视台和雷达站等发射天线，在其居民覆盖区内，必须符合“一级标准”的要求。

(2)二级标准

为中间区，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）可能引起潜在性不良反应的区域；在此区内可建造工厂和机关，但在许建造居民住宅、学较、医院和疗养院等，已建造的必须采取适当的防护措施。

超过二级标准地区，对人体可带来有害影响；在此区内可作绿化或种植农作物，但禁止建造居民住宅及人群经常活动的一切公共设施，如机关、工厂、商店和影剧院等；如在此区内已有这些建筑，则应采取措施，或限制辐射时间。

(3)环境电磁波容许辐射强度分级标准

无线网络辐射分析