电磁辐射及其安全标准

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一、电磁辐射及其安全标准
电磁辐射对人体的不利影响有二：一是由于电磁波的热效应，当人体吸收电磁波能量达到一定强度时会发热（像家用微波炉、高频煤缸炉）而出现高温生理反应，人体将出现如神经衰弱、白细胞减少等病变；二是由于电磁波的非热效应，当超过一定强度的电磁波长时间的作用在人体时，虽然人体的温度没有明显升高，但出现如心率、血压的改变、失眠、健忘等生理反应。
电磁辐射对人体的影响程度与辐射强度、频率、作用时间、环境等因素有关系。
我国制定的相关安全标准先后有：
1、1979 年我国制定的微波辐射暂行标准；
2、卫生部起草的“环境电磁波卫生标准”国标GB175-88；
3、国家环保局起草的“电磁辐射防护规定”国标GB8702-88；
4、信息产业部起草的“微波和超短波通信设备辐射安全要求” 国标GB12638-90；5、国防科工委起草的“超短波辐射生活区安全限值及测量方法”GJB2420-95 等。
由于卫生部标准要求最严格、可操作性强。所以建议无线电设备的电磁辐射执行卫生部标准。其一级标准划定的安全区要求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、孕妇和老幼病残者），均不会受到任何影响；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，即容许场强E ＜10 μ w/c ㎡。
二、安全标准的估算
在实际安装蜂窝基站的工程以及在无线电台（站）的规划、审批中，通常须对安全限值进行预先估算，根据估算值有针对地采取必要的预防措施，避免建好的无线电台（站）辐射的电磁波影响周围安全。
1、估算公式的导出
设发射机输出功率为P T ，馈线损耗为A=0，其天线的辐射方向增益为GT，电波传输损耗为LP，则在距离发射机天线为D 处的功率电平P 为，则P=PT+GT － LP （dB）
由于电磁波在实际环境中的传播受频率、地形、地貌、地物、空气湿度等许多因素的影响，在许多情况下，由于多径效应、空气对电磁波的吸收、反射，其损耗要比电磁波在等距离的理想自由空间中的传播要大的多，相应实际环境的功率密度（或场强）要比自由空间中传播时小，即：由于Lp（理） ＜ Lp（实）则P（实） ＜ P（理）
而功率密度ρ =PTG T/4 π D 2
故：ρ（实） ＜ρ（理）
显然：发射功率PT 越小，ρ越小。
由以上公式可知，如果知道某个电磁波辐射强源的辐射功率、天线最大方向辐射增益、接收点距辐射源的距离，进行该辐射源对选定点的辐射强度是否在限值之内进行估算时，可以先把它当作在自由空间中传播的同等距离进行计算，如果该计算值远小于国家规定的辐射限值，那么该点的电磁辐射强度在国标之内。由于各类标准大多采用功率密度值的大小来衡量电磁辐射强度，故而可把ρ（理）=PTGT/4 π D2 作为安全限值的估算公式。对于将建、改建、扩建的无线电台（站），在安全限值的估算实质是对安全距离、安全区域的估算，即
D=（P TG T/4 πρ（标））1/2
如果以场强E 给出，则ρ =E2/120 π ≌ E2/377，w/ ㎡
E 的单位为V / m
2、蜂窝基站的电磁辐射安全估算实例
常见的基站上有着3 个不同方向的9 个相似的天线，其实对外辐射功率的只有3 个天线（当然在比较空旷、偏远的地方，这种蜂窝基站也采用全向天线对较大区域进行信号覆盖）。以深圳某居民区楼顶设置的蜂窝基站发射天线为例。采用一般的模拟T A C S（或C D P D）基站，使用板形定向天线（它的增益比较高，典型值高达30db）。天线方向图示意如下：
垂直面方向图 水平面方向图根据话务量需求，设一个扇区下行物理信道数为4（一般的基站一个扇区的下行信道数小于4 ），每个信道的发射功率为5 瓦，天线增益为12db，（不考虑馈线损耗），则估算安全距离如下： 采用标准的限值：10uw/c ㎡ =0.1 w/ ㎡
总功率P=4 × 5=20W
由于=12dB,故GT=15.85，
则安全距离D=（P TG T/4 πρ（标））1/2
=（4 × 5 × 12db）/（4 × 3.142 × 10uw/
c ㎡）1/2=16 米
这表明，在天线辐射最大方向上距离远于模拟蜂窝基站16 米外的电磁辐射强度在安全限值内，而在其它的方向，一般在约2 米（比最大方向增益小18db 计算）。
根据上述估算及天线方向图，可以看出：对于须设置在居民的蜂窝基站（包括GSM、TACS基站、寻呼发射基站），根据周围的情况，尽可能的架设铁塔或调整发射天线的照射角。同时，当电磁辐射较高时，可适当的减少发射功率。这些措施都可以降低安全距离D，也就是减少了电磁辐射的范围。
三、安全限值的测量
电磁辐射的实际情况与估算值有一定的差异，如果估算值与国家标准接近或超过国家标准，就应该对实际的环境进行必要的电磁辐射安全测量。
电磁辐射的测量按测量场所分为作业环境、特定公众暴露环境、一般公众暴露环境测量。按测量参数分为电场强度、磁场强度和电磁场功率通量密度等的测量。对于不同的测量应选用不同类型的仪器，以期获取最佳的测量结果。测量仪器根据测量目的分为非选频式宽带辐射测
量仪和选频式辐射测量仪。
A ：非选频式场强测量仪
通常是具有各向同性响应或有方向性探头的宽频带辐射测量仪。测量仪器探头的各向相同性响应不均匀度不大于± 1db，频率响应不大于± 3db，采用有方向性的探头时，应在测量点调整探头方向以测量出最大电平。
测量点总场强值根据下式计算：
式中：E 为测量点总场强值（v/m）；
Ei 为每次场强读数值（v/m）。
B：选频式场强测量仪
具有准峰值检波功能的各类干扰场强仪以及由频谱仪、超短波接收机组成的测量系统，经标准场、标准天线法或标准场强仪比对校准后可用于此目的。仪器测量误差应不大于± 3db，频率误差应不大于被测频率乘10-3 数量级。
1、测量每个辐射体的平均场强值如下：
式中：Ai 为每次场强读数值（dBuV/m）,B 为占空比，连续波B=1,E 为测量点每个辐射体的平均场强值（v /m ）。
2、测量点各连续波或脉冲波辐射体总场强
按下式计算：
式中：Ei 为测量点每个连续波或泳冲波辐射体平均场强值（V / m）
E 为测量点连续波或脉冲波辐射体总场强值（V / m ）
无论是非选频式场强测量仪还是选频式场强测量仪，都应选取多个时间段、多个测量点，然后将各次测量的Ei 按相应的公式求出总场强
E，评定是否满足卫生部“环境电磁波卫生标准”中的一级标准，即E ＜ 10 μ w/c ㎡。
结束语
当今蜂窝基站的电磁辐射应以卫生部“环境电磁波卫生标准”中的一级标准作为评测标准。
1、蜂窝式基站对周边住宅的电磁辐射范围可按公式D=（P TG T/4 πρ（标））1/2 来估算。
2、发射站运行后，应定期进行电磁辐射测量，测量仪器根据测量目的分为非选频式宽带
辐射测量仪和选频式辐射测量仪。
3 、对于须设置在居民的蜂窝基站（包括GSM、TACS 基站、寻呼发射基站），根据周围的情况，尽可能的架设铁塔或调整发射天线的照射角。
4、当电磁辐射较高时，可适当的减少发射功率。

参考文献：
1、 环境电磁波卫生标准，GB9175-88。
2 、电磁兼容性原理及应用，国防工业出版社，1996 年。
3 、陆地移动业务场强预测模式检验与分析。