摘要：本文针对大众关心的由运营商为解决信号全方位覆盖良好用户信号体验带来的越来越多基站电磁辐射问题，通过理论计算和分析并与国家标准进行对比，阐述了通信基站电磁辐射水平和防护安全知识，满足大众对于基站电磁辐射对人体健康的影响的相关知识的迫切需求问题。
关键词：电磁辐射；基站；功率密度
辐射分为电离辐射和非电离辐射两大类。电离辐射是指受作用物质发生电离现象的辐射总称，比如α粒子、中子、X 射线等。电离辐射又分为天然辐射和人工辐射。其中，人工辐射包括医用 X 射线、核工业排出的放射性废物等。在接触电离辐射中，如防护措施不当、受照射剂量超限，人体器官可能发生病理改变。
手机基站发出来的电磁辐射是属于非电离辐射。非电离辐射是指量子能量极低、不会使物质产生电离的辐射，俗称电磁辐射。电磁辐射与电离辐射两者本质区别在于量子能量差别巨大。如 X 射线量子能量是微波段电磁辐射量子能量的百万倍以上。电离辐射能破坏物质结构，而电磁辐射则不会。简单打个比方，电离辐射如同用子弹射击苹果，子弹的强大动能可以击穿苹果，而电磁辐射如同乒乓球，不会给苹果形成损伤。
然而电磁辐射是如何产生的的呢？根据电磁学基本理论，带电粒子周围会有相应的电场分布，随时间变化的带电粒子会产生变化的电场：由于带电粒子周围电位不同的两点之间存在电位差，因此在两点间形成区电压：当大量的带电粒子定向移动时便形成了电流，电流周围产生磁场，随时间变化的电流则会产生变化的磁场。同样，随时间变化的磁场也能产生电场.这样变化的电场和磁场交替地产生，互相垂直并不断向空间传播，就产生了电磁辐射[1]。
电磁辐射对人体的的作用可分为3种：1、热效应。人体70%以上是水，水分子受到一定强度电磁辐射后互相摩擦，引起机体升温，从而影响体内器官的工作温度。2、非热效应。人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦外界电磁场的干扰强度过大，处于平衡状态的微弱电磁场将有可能受到影响甚至破坏。3、累积效应。热效应和非热效应作用于人体后，当对人体的影响尚未来得及自我恢复之前，若再次受到过量电磁波辐射的长期影响，其影响程度就会发生累积，久而久之会形成永久性累积影响。
为防治电磁辐射污染，各个国家都有辐射量限值标准，我国的限定标准值是目前全世界最严格的。具体到移动通信基站，环保管理要求相当严格。国际非电离辐射保护协会推荐的暴露限值安全准则中，功率强度 900 兆赫 GSM 移动电话频率范围内，每平方厘米 450 微瓦。美国电气和电子工程师协会提出，功率强度 900 兆赫 GSM 移动电话频率范围内，限值为每平方厘米 600 微瓦。而我国 GB8702-2014《电磁环境控制限值》规定，在一天 24 小时内，环境电磁辐射场的场量参数在任意连续 6 分钟内的方均根值应满足：电场强度小于每米 12 伏或功率密度小于每平方厘米 40 微瓦[2]。我国标准仅为美国标准的 6.6%、国际标准的 8.9%。
根据统计，目前全省已建成 7 万座基站。室外建设的基站，均在楼顶和铁塔上，高于人们生活的空间，且它发出的电磁波是一种波束，并不是向四周扩散，不对人体直接照射。省环保厅近期对其中 2 万座进行监测，结果仅有 0.3%超出限值。超标基站中，多数可以通过改变电磁波发射方向达到标准要求。省环保厅近十年来监测发现，90%以上基站周围公众可达地点的电场强度监测数据小于 1 伏每米，远远小于国家规定的 12 伏每米限值[3]。
为定量分析基站周围的电磁辐射强度大小，根据天线增益定义，可建立一种电磁辐射强度预测模型[4]。沿天线的最大辐射方向，功率密度值表示为：
(1）
（1）式中，S 为辐射的功率密度，单位为 uW/cm2；P 为天线的发射功率，单位为 W；G 为天线的增益；r 为测试点到天线口端的轴向距离，单位为 m。
由于习惯将功率、天线增益用分贝来表示，则可将式（1）改写成式：
（2）
（2）式中，P 为天线的发射功率，单位为 dBm；G 为天线增益，单位为dBi。
天线产生的电磁波能量主要集中在主瓣方向（最大辐射方向）上，剩余部分则分布在旁瓣方向上。故将式（1）修正为：
（3）
式 中，G（θ，ϕ）为 天 线 在（θ，ϕ）方向上的增益；f（θ，ϕ）为归一化功率方向函数；F（θ，ϕ）为归一化场强方向函数；θ 为在垂直面上与天线轴向的夹角；ϕ 为在水平面上与天线轴向的夹角。
假定所需建立的 GSM 宏基站A 天线口端辐射功率为 36.5dBm，GSM 宏基站 B 天线口端辐射功率为39.3dBm，GSM 宏基站 C 天线口端辐射功率为 40.5dBm，天线增益均为15.5 ～ 17.5dBi，取最大增益 17.5dBi。利用式（2）对该 A、B、C 三类基站周围的辐射功率密度进行预测，得到天线轴向距离 d 与预测的辐射功率密度之间的关系如表1所示。
表 1 预测辐射功率密度与天线轴向距离的关系
由上述数据可知，在基站 15m 以外时，基站辐射功率符合国家安全标准限 40uW/cm2。辐射功率密度的环境管理目标值为 8uW/cm2，由计算可得 A、B、C 三类基站在轴向距离分别增大到 15.81m、21.82m、25.05m 时，辐射功率谱密度降为 8uW/cm2，即国家规定标准的五分之一。当轴向距离大于12.72m 时，共站系统产生的电磁辐射功率密度小于 40uW/cm2，符合《辐射环境保护管理导则 - 电磁辐射环境影响评价方法与标准》中的电磁辐射的环境管理限值。上述两种情况分析的是天线轴向距离下的基站辐射功率密度，而实际中基站是有一定高度的，那么对于地面的辐射将会更小。由文献 [5] 可知，专业人员在距离基站 20 米处测到的电磁辐射量为 0。在 0.5 米处，电磁辐射量仅为 0.01uT。在相同条件下，测得用于烧水的电磁炉的电磁辐射量为19.84uT，约是基站的 2000 倍。家用电脑的电磁辐射量为 1.13uT，约为基站的 113 倍。常用的充电器，其电磁辐射高达 16.11uT，约为基站的 1611 倍。因此，基站相比常用家电并不是主要的辐射来源。
在移动通信基站电磁辐射防护方面，我国有着比其他国家更为严格的标准。通过利用基站电磁辐射预测模型进行举例计算可知，基站周围的电磁辐射强度在理论上符合国家电磁辐射安全标准。同时，将基站和部分家电的电磁辐射强度进行对比分析。进-步说明基站辐射并不是电磁辐射的主要因素。相关单位在基站建设选址时。应充分考虑电磁辐时防护措施，以减少电磁辐射污染，从而确保基站电磁辐射时安全防护距离。
参考文献：
[1]吕建红，彭继文，方芳，等.移动通信基站天线电磁辐射分布规律及安全防护研究[U].环境科学与技术，2013.36（7）：201-205.
[2]齐宇勃。哈尔滨市城区环境电磁辐射的监测与分析[D].东北林业大学.2007.
[3]谢志勇，全焰，陈瑞庭。移动通信基站电磁辐射对周围环境影响的研究（J）.湖北师范学院学报（自然科学版）.2004.24（3）：53-57.
[4]陈志平.移动通讯基站（CSM900、WCDMA）在环境中电磁辐射分布的研究[D].南昌大学.2013.
[5]佚名.为破除基站辐射谣言，三业市政府带头在大院建 站[J].计量与测试技术，2016（9）：118-118.
论文作者:卢启康,周文平（通讯作者）,陈福聪,阮家仟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/13
标签：电磁辐射论文; 基站论文; 天线论文; 功率论文; 密度论文; 增益论文; 强度论文; 《电力设备》2018年第8期论文;