手机和基站的电磁辐射研究.docx

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手机和基站的电磁辐射研究

手机和基站的电磁辐射研究

《中国无线电》2007年第9期  作者：

游柳锋、包鸣

   目前，手机逐渐成为现代生活的必需品，而关于公众移动电话基站和手机电磁辐射问题的报道也逐渐增多，越来越多的人开始关注电磁辐射对健康的影响。

   一般人们会认为公众移动电话基站的电磁辐射较大，担心其会影响身体健康，而对于体积小、功率小且没有明显天线的手机，则会认为其比基站的电磁辐射强度要小。

那么，手机与公众移动电话蜂窝基站的电磁辐射强度哪个危害较大？

本文通过介绍国家和国际有关手机与基站电磁辐射标准，以及具体测试数据，来分析它们的电磁辐射情况。

   1“电磁辐射”的定义

   一般地，电磁辐射（electromagneticradiation）定义为能量以电磁波的形式通过空间传播的现象。

   电磁辐射发生在无线电的各个频段：

有甚低频到甚高频的无线电波，还有频率更高的红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线及宇宙射线等等。

电磁辐射衍生的能量大小，取决于无线电频率的高低，频率越高，能量越大。

一般来说，电磁辐射可以分为“电离辐射”和“非电离辐射”两类。

   例如X射线、γ射线和宇宙射线产生的能量，足以破坏人体组织结构的分子，甚至可以使原子和分子电离化。

这种辐射也称为“电离辐射”。

   而我们常见的电磁辐射，大部分是频率为9kHz～300GHz的无线电发射设备或工、科、医电子产品所产生的，其发射频率较低，能量也较弱，远没达到将分子分解的能量。

所以这类辐射也称为“非电离辐射”。

   2电磁辐射限值

   2.1SAR值

   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影响的衡量技术标准，通常用SAR（SpecificAbsorptionRate，比吸收率）表示单位时间内单位质量的物质吸收的电磁辐射能量。

目前通用的标准有两个，一个是欧洲标准2W/kg，一个是美国标准1.6W/kg。

根据国际电信联盟和国际卫生组织推荐的衡量手机辐射的技术标准SAR值的要求，GSM和窄带CDMA手机的电磁辐射必须在国际权威卫生组织认证的许可范围以内。

   我国实施的《电磁辐射与防护》（GB8702-88）标准中，公众照射标准为：

在1天24小时内，任意连续6分钟按全身平均的比吸收率应小于0.02W/kg；职业照射标准为：

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0.1W/kg。

对比表1可以看出，我国目前实行的标准远比其他国家严格。

   2.2电场强度和功率密度

   手机辐射的基本限值是以SAR值来衡量的，其SAR值的测量是在屏蔽室中进行的。

而我们生活的空间无线电波复杂程度远远超过屏蔽室，这使人们比较难以接受SAR值的概念。

   我国的《环境电磁波卫生标准》（GB9175-88）定义了微波频段电磁波卫生标准。

   一级安全区：

指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切人群，均不会受到任何有害影响的区域，要求电磁辐射强度<10μＷ/cm2。

二级中间区：

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可能引起潜在性不良反应的区域，容许电磁辐射强度<40μＷ/cm2。

   3手机与基站电磁辐射测试

   依照《电磁辐射防护规定》（GB8702-88）等国家标准要求的实测方法，我们采用EMR-300辐射测量仪、在相对屏蔽的屏蔽室（绝对屏蔽室内，移动电话没有下行信号）等条件下尽可能地让移动电话工作在最大输出功率状态，使用模拟对比法与仿真法对不同厂家生产的、不同类型的多款GSM、CDMA、PHS移动电话机，分别在距手机5cm～8cm、12cm～14cm、20cm处进行了多次测试。

其中12～14厘米和20厘米处的测量数值都比较小，满足有关限值要求。

而我们更关心的是符合人们使用手机习惯的5～8厘米距离的情况，测量结果（MAX值）如表1所示。

表1移动电话机微波辐射场强测量结果

   这次的实测结果表明：

在此实验条件下，不同厂家生产的不同类型的移动电话，其辐射场强虽有一定差别，但电磁辐射强度都远远超过国家标准。

   我们对某移动基站进行了相关测量，测量结果如表2所示。

   表2某移动基站电磁辐射测量结果

   由表2我们可以看出，离基站发射天线半径5米内的测试点功率密度基本都超过10μW/cm2（超过国家标准）；而10米外的测量值都比较小。

   4手机与基站的电磁辐射分析

   当人们使用手机时，手机会向发射基站传送无线电波，基站也会向手机发射无线电波。

手机天线与受话器等紧贴着耳朵，天线距离头部只有2～5cm，头部处于手机的近场辐射区，其受到的电磁辐射是比较大的；而一般公众移动电话基站距离市民活动区域大概有15米到50米，就处于其辐射场中的人而言，属于远场辐射范围，并且电磁辐射对人体作用是整体或全方位分散的。

   离天线越远，电磁辐射强度越小，在理想的情况下，某一点的电磁辐射强度（用功率密度表示）与该点到天线的距离的平方成反比，即：

在距离天线1厘米处的电磁辐射强度要比在10厘米处的强度大100倍。

假设普通手机的功率为1瓦，距离头部10厘米进行通话，在理论上来说，这时所接受的电磁辐射强度等同于在功率高达10，000瓦基站的10米之外的电磁辐射强度。

事实上，公众移动电话基站的辐射功率多数都在20瓦以下。

这种情况下，公众移动电话基站的电磁辐射强度不及手机的五百分之一，即可以忽略不计了。

   移动电话机和公众移动电话基站的电磁辐射强度实测的结果也与以上的理论分析较为吻合。

在距离移动电话基站天线10米之外，辐射强度是比较小的，均在10μW/cm2以下,而在本文所述实验条件下、距离手机天线5厘米处的辐射强度几乎在50mW/cm2以上。

   实际上，基站的发射功率取决于手机与基站的通信距离以及用户数量，现有的GSM、CDMA系统都采用微蜂窝覆盖，设置了成千上万的小功率基站，基站的发射功率减小使电磁辐射强度也相应减弱。

目前公众移动通信网是非常成熟的，有些小区基站的覆盖半径只有几十米；同时，这种微蜂窝基站覆盖系统减少了手机的电磁辐射强度，因为如今的GSM、CDMA、PHS等手机，都有功率调节功能，手机搜索到的信号越好、距离基站越近，其发射功率就越小。

本文所做的测试是在手机最大输出功率条件下进行的，所以，在实际使用手机的过程中，其辐射强度远比测量值要小。

   5结论

   通过上面的实地测试与分析，我们可以得出以下结论：

（1）任何无线电发射装置，都会产生电磁辐射。

从这个角度上看，绝对的“绿色手机”是不存在的。

（2）目前标准规定的手机辐射限值，一般比可能引起危险的辐射剂量要小50倍，所以，使用手机时应尽量选用符合标准的。

   （3）各款手机SAR值的大小主要取决于其天线、外观设计、工艺等因素，不同品牌、同一品牌不同型号的手机，其电磁辐射差别很大。

 （4）使用手机时，应尽量让天线远离自己的脑部，最好使用耳机。

   （5）基站的电磁辐射值远比手机的电磁辐射值小得多。

                                                                                                         （文章来源：

CCTIME飞象网）

蜂窝移动通信基站电磁辐射对人体影响的探讨

作者：

王孟均　沈丰年　秦芳等

   到目前为止，人类真正开始认识和自觉地应用电磁波只有100年左右的历史。

而现代移动通信技术也从上世纪20年代才开始发展起来，无线电新技术的不断出现，大大促进了各类无线电发射设备的增加，其中GSM数字蜂窝移动通信系统以其频谱利用率高和系统容量大而得到广泛应用。

为了能更好地服务并满足日益增加的移动手机用户数量需求，各大通信运营商建设了大量的蜂窝网基站。

从城市的高楼建筑屋顶到居民小区，从农村的高山到丘陵，蜂窝基站的建设数量及其覆盖的密度均在不断增加，人们也逐步开始关注电磁污染的话题。

   基于人体安全考虑，世界卫生组织（WHO）、国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）、美国国家标准机构（ANSI/IEEE）等组织提出了电磁辐射对人体影响的安全标准。

我国也颁布了相应的标准，对电磁辐射程度制定了严格的法规。

本文根据个人在蜂窝基站电磁场辐射的监测工作中积累的实际经验，对电磁场辐射对人体组织的影响和安全问题进行探讨。

   1 无线电电磁波辐射

   1.1电磁波辐射

   电磁波辐射是指能量以电磁波的形式由辐射源发射到空间的现象，简称电磁辐射。

当电磁辐射穿过人体时，其能量会被人体吸收，如果这种能量过大，将会对人体健康构成危害，人体暴露在这样的电磁辐射环境中，会产生一定的影响。

   目前，电磁辐射源的来源通常有以下几种：

雷达系统、电视和广播发射系统、射频感应及介质加热设备、射频及微波医疗设备、各种电加工设备、通信发射台站、卫星地球通信站、大型电力发电站、输变电设备、高压及超高压输电线、地铁列车及电气火车以及大多数家用电器等。

   1.2人体组织暴露量指标

   1.2.1比吸收率

   比吸收率（SAR）作为人体组织对热量吸收的度量单位，反映了电磁辐射对人体的影响程度。

SAR定义为生物体每单位质量所吸收的电磁辐射功率，也即吸收计量率，单位为W/kg。

在本文中，SAR主要用来评估人体组织某部位处的比吸收率，该位置的比吸收率SAR与电场强度E的关系可用式

（1）表示：

（1）。

   其中：

P为吸收功率密度，单位为W/m2；

   ρ为组织密度，单位为kg/m3；

   σ为组织传导率；

   E为测量组织中总的均方根RMS电场强度，

   单位为V/m。

   1.2.2功率密度（P）

   功率密度指在空间某点上电磁波的量值，用单位面积上的功率表示，单位用W/m2表示。

   2 现行电磁辐射执行标准

   目前，国际组织IEEE、FCC、SafetyCode6、ICNIRP都对公众和职业暴露给出了最高频率到300GHz的暴露限值。

   我国现行的电磁辐射执行标准，主要沿用的是《电磁辐射防护规定》（GB8702-88）、《环境电磁波卫生标准》（GB9175-88）及《电磁辐射暴露限值和测量方法》等，由于所针对的测量要求不同，在实践中选择的标准也不尽相同。

根据实践测量的需要，部分内容如表1和表2所示。

   表1 人体组织比吸收率（SAR）限值

   表2 射频微波辐射暴露限值

   3 测量系统的选取

   3.1测量系统的选取

   我们使用罗德与施瓦茨（R&S）公司生产的便携式场强测量系统TS-EMF对蜂窝基站的场强和功率密度进行测量，该系统由全向球形探头天线（30MHz～3GHz）、R&SFSH3（100kHz～3GHz）频谱分析仪和控制软件R&SRFEX（安装在笔记本电脑）三部分组成，如图1所示。

三轴探头天线具有等方向的特性，因此我们不需要考虑发射系统的极化和方向，也就不必过多地在测量中转动天线进行测量。

   图1 系统连接图

   3.2测量系统工作要求

   测量系统的工作条件必须严格按照测试系统所要求的工作条件进行，便携式场强测量系统TS-EMF要求：

（1）频率范围为30MHz～3GHz；

（2）测量范围为1mV/m～100V/m；

   （3）工作温度为0℃～50℃（电池供电情况下）；

   （4）相对湿度为95%。

   3.3测试系统的校准与测量包设置

   为了达到比较好的测试准确性，需要对TS-EMF测试系统进行单独校准，通过校准，对天线因子和连接电缆损耗等的相关数据校准值将被存储在RFEX软件数据的校准包中，当仪器在进行测量时，校准值将自动计算到测量结果中，这样可以充分保证测量值的准确性。

   我们以设置GSM900参数包为例，对测量系统的主要参数进行合理设置。

对GSM900的蜂窝系统，测量的分辨率带宽RBW＝200kHz，轨迹模式为maxhold，驻留时间DT=5000ms，测量周期6分钟，参考电平值91dBμV。

进行合理的设置和校准后，通过RFEX软件，可以自动测试出需要的结果数据。

   测量控制RFEX软件提供了三种不同的测量模式：

（a）单次测量，（b）均值和峰值测量（6分钟为周期），（c）长期测量。

单次测量：

通常用来得到一个快速的、大体的认识或是现场显示一个实际值来作为讨论的基础，选择单次测量模式，所有被选中的测量包都会被测量一次，并且测量结果将显示在EXCEL报表中；均值和峰值测量：

该测量模式主要是搜寻某一特定区域的最大场强值，由于电磁波传播在非理想环境条件下存在反射等因素的影响，会导致场强的空间分布不均，要在户外或者室内测量最大场强值，该方法将是首选的方法。

4 系统测试方法及数据分析

   4.1测量位置选取要求

   由于测量环境往往达不到理想状态，辐射电磁波传播存在阴影效应和快速衰落，以及大量散射波和吸收体在周围的存在，会导致场强的不均匀性分布，因此，测量位置的选取对于我们所要进行的测量来说至关重要。

   应以基站为中心200m范围内选择测量位置，在测量蜂窝基站电磁辐射环境时要求：

（1）测量环境气候条件应尽量避开大风、雨、雪、冰雹天气；

（2）测试点应尽量避开高大建筑物、树木、高压电线及交通干线；

   （3）进行地面测量时，测量高度取1.7m，测量高层建筑时，应在阳台或室内选点；

   （4）测量时间应选择在用户使用手机高峰期；

   （5）读数为每个测量点连续读5次，每次测量时间不小于15s，并读取稳定状态的最大值。

但测量起伏过大时，应适当延长测量时间。

   4.2辐射测量

   经过以上步骤的连接和设置之后，并结合测量位置的选取要求，本文选择安顺市委大院金钟社区辐射测试作为探讨实例。

金钟社区人口比较密集，政府机关办公以及群众日常生活均在此区，目前，有中国联通公司和中国移动公司的GSM900MHz频段的网络覆盖整个社区，人们大部分时间都暴露在这样的环境中。

并且我们时常接到该社区群众对基站电磁辐射对其身体影响的投诉。

于是，根据情况，我们在人口密集区域选择8个不同的位置，运用便携式场强测量系统TS-EMF对蜂窝基站的场强和功率密度进行测量。

   通过对GSM900频段信号的多次测量，最大值场强在距离基站50m的办公楼内测到。

在办公楼内，采用均值和峰值测量模式得到的测量图如图2所示。

图（a）表示该位置GSM900频段被测信号的的场强峰值频谱，图2（b）表示该位置GSM900频段被测信号的场强峰值分布情况。

   图2 （a）场强峰值频谱图（b）场强峰值分布（GSM900MHz频段）

   4.3测量结果分析

   除了通过对电场强度、功率密度的测量外，我们增加了对SAR的计算来评估辐射对人体暴露量的影响，本文重点探讨SAR对人体大脑的影响。

由

（1）式可知，测量人体组织中电场强度E可通过测量得到，其他关于人体脑组织的组织密度ρ和组织传导率σ可在FCC数据库中查询得到，如表3所示。

   表3 人体脑组织电离属性

   目前，一般用场强暴露指数IE、功率密度暴露指数IP、SAR暴露指数ISAR三个指标来衡量电磁辐射对人体暴露的影响。

IE=E/E0，IP=P/P0，ISAR=SAR/SAR0。

其中，E0、P0、SAR0为表2中国标规定的限值。

我们分别对在社区8个位置测得的数据进行了整理，结果如表4所示。

   表4 最大峰值相对限值千分比

   我们发现场强、功率密度最大值均出现在办公楼位置，电场强度为0.42V/m，这是限制值的35‰；功率密度为14.8×10-5W/m2，这是限制值的0.37‰；SAR为1.31×10-4W/kg，这是限制值的0.131‰。

而最小电场强度在居民2号楼处测到，电场强度为0.13V/m，这是限制值的10.9‰；功率密度为3.18×10-5W/m2，这是限制值的0.08‰；SAR为1.28×10-5W/kg，这是限制值的0.013‰。

   本次试验数据表明，市委大院的金钟社区各位置的电场强度、功率密度和比吸收率SAR都远远低于GB8702-88及《电磁辐射暴露限值和测量方法》标准。

因此，该社区的电磁辐射不会对人体造成伤害。

由于该被测量小区是我国较为典型的密集型使用蜂窝基站的社区，我们可以初步断定，目前我国现存的蜂窝基站在符合国家标准的情况下不会因为电磁辐射对人体造成伤害。

   5 结束语

   本文简要地探讨了蜂窝基站电磁辐射对人体暴露的影响，并测量了典型小区各测量位置的电场强度、功率密度及比吸收率SAR，实验结果表明这些参数均符合要求。

从中我们可以分析得出，在严格遵照国家标准的前提下，蜂窝移动通信基站对人体是安全的。

但对于测量位置还存在其他无线通信系统诸如GSM1800、WLAN等的射频场，还需要综合评估其对人体的影响。

   参考文献

   [1]《电磁辐射防护规定》（GB8702-88），中国国家标准，1998

   [2]《电磁辐射暴露限值和测量方法》

   [3]熊皓，《电磁波传播与空间环境》，电子工业出版社

   [4]王一平，郭宏福，《电磁波》，西安电子科技大学出版社

   [5]夏跃兵，“无线电磁环境监测与分析”，《中国无线电》2006年第6期47页－52页

   [6]姜维国，卜立军，王学诚，“GSM移动通信基站电磁辐射污染状况研究”，《环境监测管理与技术》2006年第5期35页—36页

   [7]FederalCommunicationsCommission（FCC）,2006.FCCwebsiteonTissueDielectrics.http:

//www.fcc.gov/fcc-bin/dielec.sh

   [8]Md.RafiqulIslam,OthmanO.Khalifa,etc“RadiationMeasurementfromMobileBaseStationataUniversityCampusinMalaysia”,AmericanJournalofAppliedSciences3（4）1781-1784,2006

   [9]ICNIRP,（1998）:

“Guidelinesforlimitingexposuretotime-varyingelectric,magnetic,andelectromagneticfields（upto300GHz）”,HealthPhysics74（4）,pp.494-522