無線網(wǎng)絡(luò)電磁輻射環(huán)境的定量分析和測試

1、無線網(wǎng)絡(luò)電磁輻射環(huán)境的定量分析和測試隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，人們對通信的需求日益增強(qiáng)，無線通信網(wǎng)絡(luò)無疑是通信事業(yè)中發(fā)展最快的，但是也引來一個有爭議的問題，無線網(wǎng)絡(luò)的電磁輻射有多大，是否對人有傷害?本文旨在從專業(yè)角度客觀地對無線網(wǎng)絡(luò)的電磁輻射進(jìn)行分析和研究。 無線通信網(wǎng)絡(luò)輻射源及特點 一般來說，在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，基站發(fā)射系統(tǒng)、衛(wèi)星地球通信站、移動臺（手機(jī)，小靈通等）、無線路由器、無線AP，都是可以產(chǎn)生各種形式、不同頻率、不同強(qiáng)度的電磁輻射源。 電磁輻射場區(qū)可分為近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場。通常，對于電壓高電流小的場源（如發(fā)射天線、饋線等），電場要比磁場強(qiáng)得多；對于電壓低電流大的場源（如某些感應(yīng)加熱設(shè)備的模具

2、），磁場要比電場大得多。遠(yuǎn)區(qū)場為弱場，其電磁場強(qiáng)度均較小。所以，對于一個固定的可以產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁輻射源來說，應(yīng)注意電磁輻射近區(qū)場的防護(hù)，包括對作業(yè)人員及處在近區(qū)場環(huán)境內(nèi)人員的防護(hù)，和對位于近區(qū)場內(nèi)的各種電子、電氣設(shè)備的防護(hù)。而在遠(yuǎn)區(qū)場，通常對人的危害較小，這時應(yīng)該考慮的主要因素就是對信號的保護(hù)。 無線通信網(wǎng)絡(luò)電磁輻射傷害定量分析 輻射傷害分為游離輻射傷害和非游離輻射傷害。當(dāng)高能量電磁波把能量傳給其他物質(zhì)時，有可能撞出該物質(zhì)內(nèi)原子、分子的電子，使物質(zhì)內(nèi)充滿帶電離子，這種效應(yīng)稱為“游離化”，游離化電磁波產(chǎn)生的傷害就稱為游離輻射傷害，游離輻射傷害會與身體內(nèi)的物質(zhì)搶奪電荷，產(chǎn)生離子破壞生理組織。非

3、游離輻射傷害分為熱效應(yīng)的非游離輻射傷害和無熱效應(yīng)的非游離輻射傷害，非游離傷害為一中低能輻射，產(chǎn)生的能量不打斷分子鍵或使原子游離。其特點如表1所示。 表1游離輻射和非游離輻射傷害特性由表1看出，產(chǎn)生游離輻射傷害的電磁波頻段是10121024Hz，而無線通信網(wǎng)絡(luò)中使用的頻段為150MHz、450MHz、800MHz、1.9GHz、2.4GHz、3.5GHz及5GHz或更高頻段，所使用的頻段全落在了非游離傷害所屬的頻率范圍內(nèi)，遠(yuǎn)低于1012Hz，所以無線通信網(wǎng)絡(luò)中的電磁輻射不會對人體產(chǎn)生游離輻射傷害，僅對人體產(chǎn)生非游離輻射傷害。 熱效應(yīng)定量分析 人體是一個有機(jī)的生物體，時刻都在進(jìn)行著新陳代謝，新陳代

4、謝產(chǎn)生熱量可以使人體體溫維持在正常的溫度范圍內(nèi)，以保證人體生理系統(tǒng)的正常生理機(jī)能。生理學(xué)研究表明，人體新陳代謝產(chǎn)生熱量約為100W，人身體表面積約為2m2，若人體要保持溫度平衡，則人體要向外輻射能量的功率大小也應(yīng)該為100W，即人體平均散熱功率為： 而人體對微波的吸收約為50%，所以，當(dāng)輻射場強(qiáng)功率大于10mW/cm2時，人體吸收輻射平均功率也大于5mW/cm2，這時人體平均散熱功率小于人體吸收輻射平均功率，多余的能量回存在體內(nèi)，造成對人體的傷害。故輻射功率密度傷害規(guī)格為810mW/cm2。 單一輻射場強(qiáng)密度與安全滯留時間 由于無線通信網(wǎng)絡(luò)的射頻輻射傷害具有累積效應(yīng)，所以當(dāng)處于射頻輻射下時，人

5、體是不會立即受到傷害的，只有隨時間推移，累積到一定程度時才會對人體造成傷害。這個累積過程為安全滯留時間。按ANSI（American National Security Institute）規(guī)定，輻射場強(qiáng)密度（mW/cm2）與安全滯留時間T的關(guān)系為 ： 其中，K1為頻段內(nèi)場強(qiáng)密度規(guī)格值，與頻率關(guān)系如圖1所示，對某頻率是一定值。K2為該頻段場強(qiáng)密度現(xiàn)場測量值，場強(qiáng)密度的現(xiàn)場測量值越大，安全滯留時間T越短；反之測量值越小，安全滯留時間T越長。 圖1場強(qiáng)密度規(guī)格值與頻率曲線圖多個不同頻段輻射源安全滯留時間 多個頻段輻射源下，安全滯留時間為單一輻射源安全滯留時間和。測量場強(qiáng)密度及測量頻率如表2所示。

6、表2多個頻段的測量場強(qiáng)密度及測量頻率則安全滯留時間如下式。 手機(jī)射頻輻射的定量分析 在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，手機(jī)、小靈通、筆記本電腦移動臺是離使用者最近的輻射體，本文以手機(jī)為例定量分析手機(jī)對人體的輻射。 手機(jī)輻射傷害的電性參數(shù) 設(shè)手機(jī)輻射場強(qiáng)密度為E（V/m），手機(jī)輻射功率為P（W），輻射天線增益比值為G，手機(jī)距頭部的距離為R（m）。則E可表示為： 手機(jī)天線為單棒狀無方向性天線，故其增益為0dB，增益比值為1；R一般為3cm。 手機(jī)輻射傷害大小是通過手機(jī)輻射功率密度K大小來度量的：，Z=377 ，為空間阻抗歐姆，故P越大，E也越大，傷害也越大。 同時，在定量分析手機(jī)輻射傷害情況要判定輻射傷害是屬于遠(yuǎn)

7、場輻射還是近場輻射傷害，判斷的臨界標(biāo)準(zhǔn)為。 當(dāng)時，為遠(yuǎn)場輻射傷害；當(dāng)時，為近場輻射傷害。計算近場輻射傷害時，輻射場強(qiáng)密度要考慮靜電場和感應(yīng)場。 1800 MHz/900MHz手機(jī)的輻射情況分析 使用1 800MHz手機(jī)，若手機(jī)發(fā)射功率為0.55W，增益比值為1，手機(jī)距頭部的距離為3cm，為遠(yuǎn)場輻射，在定量分析輻射傷害情況時不需要考慮靜電場和感應(yīng)場，則手機(jī)輻射場強(qiáng)密度為，手機(jī)輻射功率密度， 從圖1查出對應(yīng)的單一輻射場強(qiáng)密度規(guī)格值為10mW/cm2，安全滯留時間如下式。 使用900 MHz手機(jī)，與1 800 MHz手機(jī)同樣條件下，則為近場輻射，在定量分析時要考慮靜電場和感應(yīng)場，實際的手機(jī)輻射場強(qiáng)密

8、度E2E1，相應(yīng)的手機(jī)輻射功率密度K2也大，從圖1查出對應(yīng)的單一輻射場強(qiáng)密度規(guī)格值為3mW/cm2，安全滯留時間如下式。 如果手機(jī)在鄰近墻角或有反射體的環(huán)境中使用，因反射增強(qiáng)，輻射強(qiáng)度也增強(qiáng)一倍，安全時間還會減少一半。 基站輻射的定量分析 與手機(jī)一樣，基站的輻射強(qiáng)度也與發(fā)射機(jī)器輸出平均功率PAV、基站天線增益比值和人與基站的距離R相關(guān)，表示為：。在分析基站輻射傷害特性時，用安全滯留距離R來衡量。若GSM900發(fā)射機(jī)輸出平均功率200W，基站天線增益比值為13.7，安全輻射密度為4.5 W/m2，基站的輻射強(qiáng)度如下式。 已知GSM1 800發(fā)射機(jī)器輸出的平均功率為200W，基站天線增益比值為13

9、.7，安全輻射密度為9W/m2，則基站的輻射強(qiáng)度如下式。 從上面分析結(jié)果看，無論是手機(jī)還是基站，GSM900系統(tǒng)的傷害都大于GSM1 800系統(tǒng)的傷害。 無線通信網(wǎng)絡(luò)電磁輻射的測試 以廣西壯族自治區(qū)輻射環(huán)境監(jiān)督管理站對某通信有限責(zé)任公司基站測試過程和數(shù)據(jù)為例，測試方法如下。 測試點選擇 沿天線的主向按一定的間距由里向外布設(shè)，其余的則以天線為中心呈放射狀向外布設(shè)。在人群出現(xiàn)較多的地方適當(dāng)增加監(jiān)測點數(shù)。監(jiān)測項目及監(jiān)測方法 根據(jù)HJ/T10.2-1996輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射，對環(huán)境電磁輻射功率密度監(jiān)測。 監(jiān)測條件和監(jiān)測儀器 在無雨的天氣條件下，選擇移動通信高峰時段，移動通信基站正常運(yùn)行狀態(tài)下

10、監(jiān)測。測量儀器采用意大利PMM公司生產(chǎn)的電磁輻射分析儀。 評價標(biāo)準(zhǔn) （1）電磁輻射防護(hù)規(guī)定（GB8702-88）：在一天24h內(nèi)，環(huán)境電磁輻射場的場量參數(shù)在人員連續(xù)6min內(nèi)的平均值應(yīng)滿足表3的要求。 表3公眾照射導(dǎo)出限值（2）電磁輻射環(huán)境影響評價方法和標(biāo)準(zhǔn)（HJ/T10.3-1996）：公眾總的受照射劑量包括各種電磁輻射對其影響的總和，即包括擬建設(shè)施可能或已造成的影響，還包括已有背景電磁輻射的影響。總的受照射劑量限值不應(yīng)大于國家標(biāo)準(zhǔn)電磁輻射防護(hù)規(guī)定（GB8702-88）的要求。 監(jiān)測結(jié)果及分析 移動通信機(jī)站及其周圍環(huán)境電磁輻射監(jiān)測結(jié)果如表4所示。 表4環(huán)境電磁輻射監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計表（節(jié)選） 可以看出，各監(jiān)測點的環(huán)境電磁輻射功率密度均低于國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限量。 應(yīng)對無線通信網(wǎng)絡(luò)電磁輻射的措施 監(jiān)測報告表明，無線通信網(wǎng)絡(luò)中的電磁輻射比國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限量低很多，大可放心使用，從防護(hù)角度出發(fā)，可以通過一些方法有效地減少無線通信網(wǎng)絡(luò)輻射的傷害。 嚴(yán)格頻率管理，規(guī)范電磁輻射設(shè)備設(shè)置 各類無線電發(fā)射設(shè)備和電磁輻射裝置必須符合國家相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，還必須符合電磁輻射防護(hù)規(guī)定的國家標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到公眾和職業(yè)照射標(biāo)準(zhǔn)的要求，使電磁輻射對人體的影響減到最小。 嚴(yán)格大功率短波長無線電臺站審批 電磁輻射的波長越短、人體吸收的電磁波功率越大和被電磁波照射的時間越長，電磁波對人體的影響就越大。所以應(yīng)從根本上關(guān)