全面剖析通訊基站的電磁輻射問(wèn)題

前言

隨著移動(dòng)通信的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也加速進(jìn)行。人們身邊的基站數(shù)量也越來(lái)越多，分布越來(lái)越密集。那么基站是否產(chǎn)生輻射，對(duì)我們的身體是否會(huì)有影響呢？帶著這些問(wèn)題，我們對(duì)生活中的電磁環(huán)境做了深入的研究，并完成了本報(bào)告。在報(bào)告里，我們將對(duì)以下幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行討論和講解，并通過(guò)測(cè)試和分析，得出科學(xué)的結(jié)論。

電磁波、電磁輻射是廣泛存在的

我們生活在一個(gè)復(fù)雜的電磁環(huán)境中，不僅有自然界中雷電、天體等帶來(lái)的電磁波，還有大量的人工磁場(chǎng)。隨著科技的發(fā)展，大量的電子電氣設(shè)備走入了我們的生活，在為生活提供便利的同時(shí)，也增加了電磁輻射。

電磁波和電磁輻射的本質(zhì)

電磁波與聲音、光的本質(zhì)類似，都是一種能量的波動(dòng)傳播，不同之處在于聲波的頻率較低，在30Hz到30kHz之間，光波頻率較高，在3.85×10²⁰～7.69×10²⁰Hz之間，而我們用來(lái)進(jìn)行移動(dòng)通信信號(hào)傳遞的電磁波頻率在4×10⁸Hz 到2×10⁹Hz之間。

移動(dòng)通信所發(fā)射電磁波的頻率和強(qiáng)度對(duì)人體的影響

公眾對(duì)自身生活環(huán)境的質(zhì)量要求越來(lái)越高，對(duì)身邊環(huán)境中的種種不利因素，都會(huì)進(jìn)行維權(quán)行動(dòng)。移動(dòng)通信基站的電磁輻射也成為公眾關(guān)心的問(wèn)題，由于專業(yè)知識(shí)的不熟悉以及一些有失偏頗論調(diào)的影響，公眾對(duì)移動(dòng)通信基站容易產(chǎn)生誤解，談“輻射”色變。由此引起的糾紛已成為影響構(gòu)建和諧社會(huì)的重要問(wèn)題之一。

通過(guò)監(jiān)測(cè)研究，我們將得到科學(xué)的結(jié)論

生活中的電磁環(huán)境狀況究竟怎樣？移動(dòng)通信行業(yè)對(duì)人體健康有什么影響？這并不能從“常識(shí)”判斷。國(guó)際上的研究顯示，一定強(qiáng)度的電磁波輻射是可能危害人們健康的。我們依據(jù)科學(xué)原理，由專業(yè)的工程師采用國(guó)際和國(guó)家通用的監(jiān)測(cè)方法、國(guó)際先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備對(duì)廣州市部分地區(qū)的基站周邊電磁環(huán)境進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和研究，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與國(guó)家電磁防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行對(duì)比分析，詳解人們生活環(huán)境周邊基站的電磁輻射問(wèn)題。

第一章 電磁輻射基本原理

一、          電磁輻射概述

1.電磁輻射的概念

1.1輻射

輻射是一種自然現(xiàn)象，自然界中的一切物體，只要溫度在絕對(duì)溫度零度（約為-273.15℃）以上，都以電磁波的形式時(shí)刻不停地向外傳送熱量，這種傳送能量的方式稱為輻射。所以輻射對(duì)我們來(lái)說(shuō)并不陌生，地球上因太陽(yáng)輻射而萬(wàn)物生機(jī)。

1.2電磁波

人們不應(yīng)對(duì)電磁波感到陌生，其實(shí)人類一直生活在電磁環(huán)境里，地球本身就是一個(gè)大磁場(chǎng)（靜場(chǎng)），其表面的熱傳遞和雷電都產(chǎn)生電磁輻射，陽(yáng)光也是一種電磁輻射。此外，其他星球也自外層空間源源不斷地產(chǎn)生電磁輻射。

電磁波在日常生活中無(wú)時(shí)無(wú)刻不在，從物理學(xué)的角度來(lái)看，電磁波是電磁場(chǎng)的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。下圖為實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)仿真軟件(MATLAB)模擬空間電磁場(chǎng)某一時(shí)刻的分布狀態(tài)圖。

圖1-1 空間電磁場(chǎng)某一時(shí)刻分布狀態(tài)模擬圖

電可以生成磁，磁也能帶來(lái)電，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)，而變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播形成了電磁波，所以電磁波也常稱為電波。

1.3電磁波的表示

對(duì)于描述電磁波的特征，頻率或波長(zhǎng)是表達(dá)其內(nèi)在特質(zhì)的重要單位。

頻率：電磁波在一秒鐘內(nèi)電磁波振動(dòng)方向改變的次數(shù)。

波長(zhǎng)：電磁波每個(gè)周期的相對(duì)距離，可以通過(guò)電磁波的傳輸速度除以頻率算出。低頻率的電磁波有著較長(zhǎng)的波長(zhǎng)，高頻率的電磁波有著較短的波長(zhǎng)。如果以頻率來(lái)表達(dá)具體的電磁波，其單位有Hz（赫茲）、kHz（千赫）、MHz（兆赫），它們之間的關(guān)系是1MHz=1,000kHz=1000,000Hz。

1.4無(wú)線電波的劃分

頻率從3kHz到3000GHz左右頻譜范圍內(nèi)的電磁波，稱為無(wú)線電波。其具體波段劃分參見(jiàn)表1-1，各個(gè)波段的相應(yīng)應(yīng)用參見(jiàn)圖1-2所示。

表1-1無(wú)線電波波段劃分

1.5電磁波的傳播

電磁波傳播不依靠電線，也不像聲波那樣，必須依靠空氣媒質(zhì)，有些電磁波能夠在地球表面?zhèn)鞑ィ行┠軌蛟诳臻g直線傳播，也能夠從大氣層上空反射傳播，有些甚至能穿透大氣層，飛向遙遠(yuǎn)的宇宙空間。

任何一種無(wú)線電信號(hào)傳輸系統(tǒng)均由發(fā)信部分、收信部分和傳輸媒質(zhì)三部分組成。傳輸無(wú)線電信號(hào)的媒質(zhì)主要有地表、對(duì)流層和電離層等，這些媒質(zhì)的電特性對(duì)不同波段的無(wú)線電波的傳播有著不同的影響。

2.電磁輻射的普遍性

從前面的分析可知，只要溫度在絕對(duì)零度以上的物體均會(huì)產(chǎn)生輻射，而電磁輻射是普遍存在的，其來(lái)源分為自然來(lái)源和人造來(lái)源兩類。顧名思義，前者是指由大自然自身的力量產(chǎn)生的電磁輻射，如地球南北兩極產(chǎn)生的電磁輻射、雷雨天氣中局部電荷積累產(chǎn)生的電磁輻射等；后者則是指由人類活動(dòng)產(chǎn)生的電磁輻射，如電燈、電腦、彩電、冰箱、電磁爐、微波爐等電器的工作原理都是利用電磁波、電磁能，均為低頻輻射，移動(dòng)電話、無(wú)繩電話、微波爐、廣播電視發(fā)射塔、雷達(dá)和移動(dòng)通訊基站、各類理療儀等產(chǎn)生的微波輻射等等。總之，電磁輻射無(wú)處不在，人類本身就生活在一個(gè)充滿電磁輻射的環(huán)境中。

二、          電磁輻射的分類

從對(duì)人體是否有害的角度看，電磁輻射可分為兩類：一類為電離輻射；另一類則為非電離輻射。

圖1-2 電磁波頻譜

圖1-2是電磁波的頻譜，最右方是“電離輻射”（核爆炸、核電站意外、X射線、伽瑪射線），電離輻射的頻率及光子能量極高（超過(guò)10eV），能將電子擊離分子（電離），使人的DNA突變，誘發(fā)癌癥。它不但能殺死一定范圍內(nèi)的生物，而且其輻射也會(huì)存在很長(zhǎng)一段時(shí)間，這種殘余的輻射對(duì)人體健康是非常有害，并且有累積作用，所以一般人對(duì)這種“電離輻射”都心存恐懼。

低于紫外光線頻率的電磁波（包括可見(jiàn)光）其光子能量不足以產(chǎn)生電離，故稱為“非電離輻射”，這部分的電磁波是安全的，我們平時(shí)生活中的太陽(yáng)光就是在這個(gè)區(qū)間內(nèi)。而太陽(yáng)光對(duì)我們?nèi)祟悂?lái)說(shuō)是不可或缺的，適當(dāng)?shù)恼丈淇梢源龠M(jìn)體內(nèi)鈣質(zhì)的吸收，調(diào)節(jié)日常生活的周期。

移動(dòng)通信所使用的電磁波屬于微波的范疇，比可見(jiàn)光的頻率要低。這頻率內(nèi)的電磁波不會(huì)引起電離輻射。

三、          電磁輻射對(duì)人體的影響

1.電磁輻射對(duì)人體的三種效應(yīng)

一般來(lái)說(shuō)，電磁輻射對(duì)人體的作用主要是熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和累積效應(yīng)等。

l  熱效應(yīng)

人體70%以上是水，水分子受到一定強(qiáng)度電磁波輻射后相互摩擦，引起機(jī)體升溫，從而影響體內(nèi)器官的工作溫度。

l  非熱效應(yīng)

人體的器官和組織都存在微弱的電磁場(chǎng)，它們是穩(wěn)定和有序的，一旦外界電磁場(chǎng)的干擾強(qiáng)度過(guò)大，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場(chǎng)將有可能受到影響甚至破壞。

l  累積效應(yīng)

熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用于人體后，人體尚未來(lái)得及自我恢復(fù)之前（通常所說(shuō)的人體承受力——內(nèi)抗力），若再次受到過(guò)量電磁波輻射的長(zhǎng)期影響，其影響程度就會(huì)發(fā)生累積。

2.電磁波影響人體的過(guò)程

當(dāng)人體處在移動(dòng)電話和基站無(wú)線電波下時(shí)，大部分能量將由人體反射或繞過(guò)人體，但還是會(huì)有部分能量將被人體表皮組織吸收。

電磁場(chǎng)的出現(xiàn)，身體內(nèi)的一些分子（類似水）將開(kāi)始游移或旋轉(zhuǎn)。通過(guò)“摩擦”產(chǎn)生熱量。如果無(wú)線電波密度相當(dāng)高，熱量可能會(huì)相當(dāng)大，從而造成一定危害。但移動(dòng)通信系統(tǒng)所使用的能量非常低，因而無(wú)線電波吸收所引起的表皮組織熱量會(huì)相當(dāng)小，不會(huì)被察覺(jué)。

體內(nèi)所吸收的電磁波射頻能量的數(shù)量用特定吸收率 (SAR) 來(lái)衡量。SAR 的表示單位為瓦特/千克(W/kg)。

3.低功率的輻射對(duì)人體的影響

目前已經(jīng)確認(rèn)，射頻電磁輻射量如果達(dá)到足夠高的水平就可以對(duì)生物組織加熱從而造成潛在的破壞，主要是因?yàn)槿梭w不能承受由此產(chǎn)生的過(guò)多熱量。

但是，研究表明人們?nèi)粘Ｉ钪械纳漕l電磁輻射還遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于那個(gè)能夠產(chǎn)生熱量并能提高人體體溫的數(shù)值。

到目前為止，流行病學(xué)（人口研究學(xué)）方面還沒(méi)有確切的證據(jù)證明低功率射頻電磁輻射值（場(chǎng)強(qiáng)低于能產(chǎn)生不可忽略熱量的場(chǎng)強(qiáng)）能對(duì)生物體產(chǎn)生危害。盡管有些研究表明低功率射頻電磁輻射值會(huì)產(chǎn)生一些生物效應(yīng)，但是沒(méi)有證據(jù)表明這些效應(yīng)可能對(duì)人類健康構(gòu)成威脅，即使是長(zhǎng)時(shí)間輻射。

第二章 移動(dòng)通信系統(tǒng)與電磁輻射

手機(jī)、小靈通、無(wú)線數(shù)據(jù)卡等無(wú)線通信設(shè)備為生活提供了便利，同時(shí)也帶來(lái)了電磁環(huán)境安全的憂慮，要正確認(rèn)識(shí)和分析電磁輻射問(wèn)題，就要先認(rèn)識(shí)和了解移動(dòng)通信的基本原理和電磁波在其中扮演的角色。

1.移動(dòng)通信的原理

移動(dòng)通信工作的原理是：通過(guò)空間電磁波傳輸信號(hào)，移動(dòng)用戶與基站相連接，再經(jīng)過(guò)基站的控制，每個(gè)移動(dòng)用戶之間或者用戶與網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

移動(dòng)通信系統(tǒng)基站的射頻部分主要包括基站設(shè)備和天饋系統(tǒng)。天饋系統(tǒng)包括一些射頻放大器、電纜和天線。它的作用是：一方面將基站發(fā)出的射頻信號(hào)進(jìn)行能量調(diào)整，通過(guò)天線發(fā)射給用戶；另一方面將用戶發(fā)出的載有語(yǔ)音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的信號(hào)接收下來(lái)發(fā)送給基站。基站設(shè)備被放置在移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的機(jī)房中，其運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電磁輻射都被機(jī)房所屏蔽，不會(huì)泄露出去，對(duì)居民的生活沒(méi)有影響。

2.常用通信天線

天線是任何一個(gè)無(wú)線電通信系統(tǒng)都不可缺少的重要組成部分。合理地選擇和正確地使用天線，可以取得較遠(yuǎn)的通信距離和良好的通信效果。

2.1天線的作用

各類無(wú)線電設(shè)備所要執(zhí)行的任務(wù)雖然不同，但天線在設(shè)備中的作用卻是基本相同的。任何無(wú)線電設(shè)備都是通過(guò)無(wú)線電波來(lái)傳遞信息，因此就必須有能輻射或接收電磁波的裝置。而天線的主要作用就是輻射和接收電磁波。

2.2移動(dòng)通信天線的分類

基站天線基本可以分為兩種：定向天線和全向天線，定向天線從外形上看是板狀的，而全向天線從外形上來(lái)看是一個(gè)長(zhǎng)的圓柱形。通過(guò)天線的方向圖可以了解天線的特性。

對(duì)于全向天線，圖2-1為全向天線的外觀和發(fā)射能量的示意圖，它在進(jìn)行信號(hào)發(fā)射的時(shí)候我們測(cè)量了一下周圍的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以看到天線水平面和垂直面的電場(chǎng)強(qiáng)度波形。

        外觀                                          垂直面方向圖                            水平面方向圖

圖2-1全向天線的外觀和發(fā)射能量示意圖

由圖形可以發(fā)現(xiàn)，全向天線在水平面上做360度的覆蓋，在垂直面上的能量主要集中在水平的方向上，上下兩個(gè)方向上面的能量非常小。通過(guò)方向圖可以建立這樣一個(gè)觀念，就是在天線腳下的電磁波強(qiáng)度很小，這就是移動(dòng)通信工作者們常說(shuō)的“塔下黑”。因此，那些“頭頂上”安裝了基站的居民不必為此感到煩惱和緊張。

接下來(lái)介紹定向天線，也從天線方向圖的角度來(lái)了解一下。

從圖2-2所示的定向天線性能示意可以看到，水平面上定向天線有一定的指向性，在垂直面上和全向天線一樣，能量都集中在水平方向上，垂直方向上沒(méi)有能量的發(fā)射。

        外觀                                          垂直面方向圖                            水平面方向圖

圖2-2 定向天線的外觀和發(fā)射能量示意圖

3.基站

基站（Base Station，BS）是移動(dòng)通信中組成蜂窩小區(qū)的基本單元，完成移動(dòng)通信網(wǎng)和移動(dòng)通信用戶之間的通信和管理功能。圖2-3為基站的功能示意圖。

圖2-3 基站功能示意圖

圖2-4 基站樣式示意圖

4.科學(xué)認(rèn)識(shí)通信基站電磁輻射

在移動(dòng)通信的發(fā)展過(guò)程中，針對(duì)移動(dòng)通信基站電磁輻射問(wèn)題的反應(yīng)最為強(qiáng)烈，基站建設(shè)與其監(jiān)測(cè)管理成為社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題。居民通常擔(dān)心大型的天線所發(fā)出的電磁波會(huì)對(duì)身體健康產(chǎn)生影響。由此產(chǎn)生心理上的恐懼，這種心理恐懼造成了對(duì)移動(dòng)通信發(fā)展的誤解甚至阻礙。面對(duì)由此引起的種種猜測(cè)與質(zhì)疑，各省、市輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)管理站會(huì)同移動(dòng)通信工程建設(shè)主管單位按照國(guó)家頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每一個(gè)基站都進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并分析了基站分布密度與其輻射功率之間的關(guān)系。

由于移動(dòng)通信基站目標(biāo)大，往往使人們對(duì)基站電磁輻射對(duì)環(huán)境的影響產(chǎn)生疑問(wèn)。實(shí)踐證明，就全國(guó)而言，城市中的任何一棟大樓頂部或附近都建有移動(dòng)通信鐵塔，而且上面掛滿了各種各樣的天線，對(duì)應(yīng)的機(jī)房?jī)?nèi)充滿了各種現(xiàn)代通信設(shè)備。然而全國(guó)職業(yè)病防治或各種癌癥發(fā)病率的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)卻顯示，此類疾病還沒(méi)有集中于通信工程技術(shù)人員的跡象。因此，公眾沒(méi)有必要擔(dān)心基站的電磁輻射。

此外，我國(guó)政府在有關(guān)電磁輻射環(huán)境保護(hù)方面是有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的，移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)部門的整套設(shè)備以及技術(shù)參數(shù)也是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制的，相應(yīng)的監(jiān)管部門會(huì)定期檢測(cè)。

移動(dòng)通信基站電磁輻射監(jiān)測(cè)需要借助專用的電磁輻射分析儀

(上圖為意大利微納德NHT-310 寬頻場(chǎng)強(qiáng)儀、寬頻電磁輻射分析儀)

對(duì)通信基站的抵制源于對(duì)基站工作原理的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。許多人認(rèn)為，基站越多輻射強(qiáng)度越大。于是，不可避免的出現(xiàn)了一種矛盾局面：一方面眾多的手機(jī)用戶希望移動(dòng)通信信號(hào)覆蓋越緊密越好，以保證自己的通話質(zhì)量；另一方面，又對(duì)基站的電磁輻射過(guò)分敏感，擔(dān)心影響健康，阻止通信部門進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

目前在我國(guó)應(yīng)用的是集當(dāng)今各種現(xiàn)代通信技術(shù)與通信理論為一體的高科技通信技術(shù)。手機(jī)持有者在“移動(dòng)”的過(guò)程中能隨時(shí)接通電話，并保持清晰、穩(wěn)定的通話效果，是因?yàn)槭謾C(jī)與基站及基站控制器之間，借助無(wú)線信道，進(jìn)行著通信信息、控制信號(hào)、測(cè)試信號(hào)等的智能控制。

基站和手機(jī)的輻射功率都并不是固定的，而是自適應(yīng)調(diào)節(jié)的，發(fā)射功率的大小是隨它們之間的距離而變化的。根據(jù)蜂窩式移動(dòng)通信理論，每個(gè)基站負(fù)責(zé)自己小區(qū)內(nèi)的信號(hào)覆蓋，移動(dòng)通信基站密度越高，每個(gè)基站的覆蓋半徑越小，基站發(fā)射較小強(qiáng)度的電磁波就可以完成覆蓋。相應(yīng)每個(gè)基站電磁輻射強(qiáng)度越低；手機(jī)距離移動(dòng)通信基站越近，手機(jī)在使用過(guò)程中對(duì)通話者電磁輻射當(dāng)量就越低、越安全。

這好比老師向同學(xué)們講課一樣，如果在小的教室里，老師不需要很大的聲音就可以讓全班的同學(xué)都可以聽(tīng)到，第一排和最后一排的同學(xué)感覺(jué)差不多，而換了大的教室，老師再用小教室里講課的聲音就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，后面一排的同學(xué)就會(huì)聽(tīng)不清楚，而老師放大了聲音講，第一排的同學(xué)又會(huì)覺(jué)得聲音太大。老師的位置就好比基站，而同學(xué)們就好比基站周圍的手機(jī)，教室好比基站覆蓋的區(qū)域，教室小，代表著基站覆蓋的區(qū)域小，老師講話的聲音可以很溫和，也就是調(diào)低基站的發(fā)射功率，而基站覆蓋區(qū)域大了，就只能提高發(fā)射功率了，這樣不僅會(huì)帶來(lái)大的電磁輻射，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋也不好。

如果你工作或生活的地區(qū)信號(hào)較差，手機(jī)長(zhǎng)期在“一格”信號(hào)中使用時(shí)，你就應(yīng)主動(dòng)與移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商反映了，要求他們?cè)谀愕闹車嘟ㄒ恍┗荆@樣才會(huì)有一個(gè)完整、優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)來(lái)為你服務(wù)。基站密度大些，不僅對(duì)你的手機(jī)的接通率、通話質(zhì)量和手機(jī)電池的壽命有利，更有利于身體健康。

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