移动通信系统电磁辐射对人体影响的分析

1、移动通信系统电磁辐射对人体影响的分析李鲁湘 中国普天信息产业股份公司1901年12月12日正午时分，英国的古列尔莫马可尼和他的朋友约翰安 布罗斯佛莱明一起完成了历史上第一次跨越大西洋的无线电波发射，无线电通 信时代开始了，这时人类真正开始认识和自觉地应用电磁波。而到上世纪20年 代随着现代通信时代的到来，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，目 前各中国各大通信运营商建设了 GSM蜂窝网基站超过50万个、CDMA的蜂窝 网基站超过5万个。随着3G时

2、代的到来，由于3G系统的覆盖半径小于2G系 统，其基站数量还会大量增加。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， 本文根据将对移动通信系统的电磁场辐射对人体组织的影响和安全问题进行分 析。一、无线电电磁波辐射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，

3、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。目前人们尤为关注的就是离我们生活 最近，最直观看的到的移动蜂窝网基站，TD-SCDMA商用试验网一期工程大城 市基站选址困难的重要因素之一就是人们不愿意在自己生活区附近建设基站系 统。2、人体组织暴

4、露量指标（1）比吸收率（SAR）该位置的比吸收率SAR比吸收率（SAR： Specific Absorption Rate）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该位置的比吸收率SARSAR主要用来评估人体组织某部位处的比吸收率，与电场强度E的关系可用式（1）表示：P （J E1SAR 二一二（1）P P（1）其中：P为吸收功率密度，单位为W/m2；p为组织密度，单位为kg/m3；单位为V/m。单位为V/m。E为测量组织中总的均方根RMS电场强度，（2）功率密度（P）功率密度指在空间

5、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。3、电磁辐射污染有以下几个特点（1）是由于相应设备的使用而产生的，只要这种产生电磁辐射设备在使用， 电磁辐射污染就存在，从这种意义讲，设备与污染同步，伴随终身；（2）我们在使用电磁辐射能传输有用信号的同时，电磁辐射污染与之共存， 电磁辐射污染的强度和范围是可预见的；（3）电磁辐射污染是物理因素，是个能量流，在传播过程中衰减，是局部 的、小范围的；（4）电磁辐射是公众敏感的，看不见、摸不着，必须用相关仪器测量才能 感知。二、电磁辐射相关标准在进行问题研究分析中的主要依据与评价标准如下：1、主要依据有：（1）中华人民共和国环境保护法

6、（1989）（2）中华人民共和国环境污染防治法（1996）（3）电磁辐射环境保护管理办法（1997）（4）辐射环境保护管理导则一电磁辐射环境影响评估方法与标准（HJ/T10.3-1996）（5）电磁辐射防护规定（1988）（6）环境电磁波卫生标准（1988）2、评价标准有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）限值组织标准暴落特 性顿率范围全身照射

7、SAR0g局部暴露 SM（头和躯 干）（w/E）局SAR四胰】CB8702-88霸IQOKIIx-SODGIIk0. L露LQOKFlE-WGIkGBXXXX-KX职业糜露IGOKHz-lOGHz0. 1510公众蛤lOOKNz-lOGHz0. 0232ICNIRP职业鼻 露IDOKHz-IOGHs0.1ID20舞lOOKHz-lOGNz21从表1中可以看出，我国所制订SAR值远远低于NIRP（国际非电离辐射防护委员会）所提出的标准。通过收集了其他国际相关组织对于公众暴露在100KHz 10GHz的范围内全身照射SAR要求除TTC/MPT （日本电信技术委员会）提出 0.04W/Kg外，其他均

8、为0.08W/Kg，远远高于我国的标准要求，表明我国十分重 视电磁辐射对人体健康的影响。我国对于局部暴露（头部和躯干）SAR标准过去没有定义，目前的欧洲标 准为2W/Kg，美国的标准为1.6W/Kg，我国初步考虑的标准为1W/Kg。但是， 因此标准过于严格（如此标准出台，在我国销售的很多手机都不满足此标准的要 求。因此，也有报道称我国可能出台的手机辐射标准可能为2W/Kg的欧洲标准）， 现在还迟迟未通过。表2 射频微波辐射暴露限值组织标准舞露特 性堀率苑围电场强度E（V/m）磁场强度功率密度p W）（；I3S7O2-S8职业暴0. 0752公众暴WWk-KHa120.0320. 1GEXXXX

9、-XX职业暴ITU时2 5GHz21.20. 062I. 523KHM 5aiz140. 9360. 3职业握 渥400MKz-2GHz0. oos C1f/40公众暴400MHZ-2G&I. 375 f讥ao御 f1*f/203、国际相关标准要求（1）比吸收率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

10、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。（2）功率密度对移动通讯的辐射强度标准，在国际上最权威的是ICNIRP （国际非电离辐 射防护委员会），其它有IEEE （电子电气工程师协会）、，ANSI （美国国家标准 研究所）、NCRP （美国辐射保护委员会）等机构制定的标准和有关技术导则。 ICNIRP在1998年公布的导则中，对900MHz移动通讯系统的功率密度规定为 0.45mW/cm2，其它机构（包括美国联邦通信委员会FCC）的标准基本上较一致， 为0.57mW/cm2，英国的也为0.

11、57mW/cm2；澳大利亚过去的规定较低，为 0.2mW/cm2但在新的修订版中，将改为0.45 mW/cm2。从上面的分析来看，折算 后的结果，我国提出射频辐射强度标准远远低于国际标准。但是，同许多国家相比，虽然中国对电磁辐射规定的环保标准并不宽松，可 是在中国，由于人口稠密，房屋狭窄，家家都有电子和电器设备，人们所受的电 磁辐射一般要比欧美多。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

12、，则会认为其比基站的电磁辐射强度 要小。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在本文中我们 将回答这个问题。三、移动基站电磁辐射对环境的影响1、移动基站的物理构成移动基站的运行实现了通信终端（手机等）与通信网之间的连接，起到了二 者之间的桥梁与纽带的作用。通常移动基站由室内和室外两大部分组成。室内部 分有基站控制器、信号接收发射机、功率放大器、合路器、藕合器、双工器及部 分馈线等设备。室外部分有馈线和天线，基站运行时，通过天线发射和接收电磁 波，从而使周围环境的电磁辐射场强增加。移动电话发射的高频电信号在空间传 播时，被基站接收天线接收，通过交换设备后传输到公话网，完成一次电话通

13、信。移动基站电磁辐射主要来自三个方面：一是发射机的电磁泄漏，二是发射天 线的信号发射，三是高频电缆及其接头处。一般情况下，上述所说的一和三类的 电磁泄漏辐射，属于设备本身和工程方面的问题，可以通过技术和工程的手段加 以解决。而第二类情况，则是人们必须面对的问题，这也是人们最关心的问题。在3G网络的情况下，大量采用分布式基站系统，射频部分离天线很近（甚 至融为一体），基站机房与天线的距离可以很远并且主要处理基带部分的信号。因此，基站的电磁辐射将会很小，今后的电磁辐射主要来源于天线。2、基站辐射电磁波的属性要弄清基站辐射对环境的影响，首先必须了解基站电磁辐射的基本属性。一 般人或许很快会联想到核辐

14、射。所谓电磁辐射，仅是指电磁波发生源向周围空间 发射电磁波的一种形式，它与核辐射无任何关系。基站辐射的电磁波，一般频率 为90OMHz和1800MHz，在3G条件下可以达到2100HMz。通常将广播电台天 线、电视台发射天线、以及无线通讯系统天线所发出的电磁辐射称为射频辐射。电磁辐射可分为两类即电离辐射和非电离辐射。电离辐射是指辐射电磁波的 能量足以破坏分子的化学结构，形成带电粒子，如：X射线和Y射线，就属于电 离辐射。电离辐射能影响人体健康，这己经是众所周知的事实。而非电离辐射， 是指辐射电磁波的能量较低，不足以破坏被照射物的分子结构，辐射的能量通常 以热能的形式被吸收。基站辐射的电磁波，就

15、属于非电离辐射。从电磁波频谱表 上看，在可见光以下的区域，基本上都属于非电离辐射的范畴。有一点必须提及的是，人类自在地球上诞生以来，就一直处于各种形式的电 磁辐射之中，例如太阳光，来自宇宙空间的各种电波、地磁场、雷暴形成的电磁 场等。如果不计现代社会中各种电磁发生源形成的电磁波，天然环境下地表面的 电场场强在120V/m150V/m，在靠近雷暴区域，可高达20KV/m。静态地磁场的 磁通密度为0.03mT0.07mT（毫特斯拉）。人类就是在这样的电磁环境下生存和 发展的。3、移动基站的电磁辐射的强度基站的通讯信号通过基站天线向外辐射。一个典型的GSM为例，移动基站 由三组天线组成，每一组有三根

16、，一根用于发射电磁信号，另两根用于接收信号。 GSM基站天线的发射功率一般为20W，用美国国家环境健康和安全研究所 （NEHS）答公众提问的话来说，这样的功率就相当于一个家用照明灯的功率。手机通讯系统主要，是以增加基站的方式来扩容，而不是用增大功率的方法。由 于基站的发射功率小，因此辐射强度也很小，在电磁辐射研究中属低强度辐射类。 根据国外一些机构和电磁学专家的大量测量，在基站天线辐射近区内，无任何障 碍物的情况下，其功率密度值（mW/cm2）如表3所示。表3理想情况下距天线距离与功率密度的关系距犬线距离（m）功率密度（mW/cm2）20.640.380.12120.06300.01上述值是以

17、天线为中心，在水平方向距离测得的值。如以天线为中心，在垂 直方向测量时，在距天线10m，功率密度为0.001mW/cm2。而一般基站天线的高 度多在20m-60m的范围。以上测定值,是在天线四周无任何障碍物的理想情况下测得的。如有障碍物 遮挡，强度将迅速衰减。例如：在一般情况下，建筑物内的强度仅为大街上的 5%-40%。最常出现的问题是，在顶楼生活或工作的人，是否会受楼顶天线辐射 的影响。从国外测量结果看，在最坏情况下，即楼顶天线以最大功率辐射，而屋 顶顶层的衰减系数极小时，在顶层楼内的功率密度低于0.lmW/cm2。在一般正常 情况下，顶层楼内的功率密度低于0.005mW/cm2。对比以上的

18、测定值和前面提到的标准限值，可以看出，基站天线的电磁辐射 强度是在安全范围内的，对居住或工作在天线下顶层楼内的人，对天线周围楼内 的人，这种低强度的辐射也是比较安全的。4、安全防护距离的分析基站发射天线高度和发射功率是影响电磁波辐射的重要因素，其中天线高度 用于服务区覆盖范围。在室内还应考虑建筑物的穿透损耗，现假设天线处于发射 最大功率状态，同时为我们正对天线、无阻挡，根据有关资料给出的在不同情况 下的室内、室外符合HJ/T10.3-1996标准的最小距离（即安全防护距离）见表4 表6 表4 GSM基站电磁辐射安全防护距离的理论值（米）室外载波数GSM-900MHzGSM-1800MHz符合一

19、级标准符合二级标准符合一级标准符合二级标准113.56.713.36.7219.09.518.89.4323.311.723.111.5427.013.526.613.3530.215.129.814.9633.016.532.616.3735.717.835.217.6838.219.137.718.9940.520.239.920.01042.621.342.121.01144.722.444.222.01246.723.446.123.1表5 GSM基站电磁辐射安全防护距离的理论值（米）一 般 住 宅 室 内载波数GSM-900MHzGSM-1800MHz符合一级标准符合二级标准符合一级

20、标准符合二级标准16.83.44.22.129.54.86.03.0311.75.97.33.6413.56.68.44.2515.17.69.44.7616.68.310.35.2717.98.911.15.6819.19.611.96.0920.310.112.66.31021.310.713.36.71122.411.214.07.01223.411.714.67.3表6 GSM基站电磁辐射安全防护距离的理论值（米）大 型 建 筑 室 内载波数GSM-900MHzGSM-1800MHz符合一级标准符合二级标准符合一级标准符合二级标准11.30.70.70.421.91.01.10.532

21、.31.21.30.642.71.31.50.753.01.51.70.863.31.71.80.973.61.82.01.083.81.92.11.194.02.02.21.1104.32.12.41.2114.52.22.51.2124.72.32.61.3从计算结果可以看出，GSM基站电磁辐射的安全防护距离与频率、载波数 和有无障碍物有很大关系。在其它条件相同的条件下，载波数越多，相应地符合 一级和二级标准要求的最小防护距离越大。而在载波数和其它条件都相同的条件 下，GSM-900MHz比GSM-1800MHz要求的最小防护距离要大。由于现在的 GSM-900MHz基站的载波数大多在8-

22、12个之间，GSM-1800MHz基站的载波数 大多在5-12个之间，因此假设各基站的载波数都取最大数12,则它要求的符合 一级标准安全防护距离不会超过47米，因此在城市中距离GSM基站47米是很 安全的。上述计算的安全距离是在理想状态下得到的。实际的情况是，居民或居民及 其楼房一般都不会正对天线，更不会近距离接近天线，路经损耗还应考虑水平和 垂直偏离天线发射主瓣的损耗，偏离越明显，损耗越大，同时也存在树叶等植被 的损耗，地面、地物对电磁波的反射、绕射和折射，特别是大气层中的水气凝结 物和悬浮物对电磁波的吸收和散射，也会引起传播损耗。另外，天线的发射功率 与话务量有关，一般情况下，天线处于最大

23、发射功率状态的情况极少见，即使出 现了，维持时间也不会很长。因此，实际的安全距离应比上述理论推算的小，所 以在居民、办公楼上及附近加装基站天线对人体的影响是很小的。应该看到，目前使用的CDMA系统和今后大力发展的3G系统基本采用 CDMA编码模式，其移动基站发射功率远远小于GSM系统，其基站系统对人们 身体的影响会更小。四、手机与移动基站的辐射分析1、手机电磁辐射测试结果依照电磁辐射防护规定(GB8702-88)等国家标准要求的实测方法，有关 部门采用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

24、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5cm8cm、12cm14cm、20cm处进行了多次测试。 其中1214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58厘米距离的情况，在上述实验条件下， 距离手机天线5厘米处的辐射强度几乎在50mW/cm2以上。而在距离移动电话 基站天线10米之外，辐射强度是比较小的，均在10pW/cm2以下。这说明手机 的近距离通话对人们的辐射危害是远远大于基站所产生的辐射。应该看到，目前有些手机厂家为了减少手机辐射对人体的伤害，在手机结构 设计中采用下置天线的

25、模式，使得手机天线能有效的远离人的头部。2、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25cm，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。

26、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10pW/cm2以下，而在距离手机天线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

27、、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。3、电磁辐射对人体伤害与其工作状况的关系目前，我国销售的移动电话虽品牌繁多，但基本上都是GSM和CDMA两 大类型，今后会陆续发展3G手机。GSM

28、移动电话还有单频（900MHz）和双频 （900/1800MHz）之分。以单频GSM为例，其工作频率范围是890-915MHz及 935-960MHz，其工作频率是在特高频段，发射的电磁波属微波，因此所产生的 电磁辐射对人体的伤害往往会造成器质性的损坏。众所周知，移动电话是通过向 空间发射电波进行通讯联系的。一旦接通，移动电话就将与蜂窝基站之间处于双 向“通话”的状态。当持机者发话时，其高频信号经过移动电话转换为高频的电 信号，并通过无线电以电磁波的形式发射出去。此时在移动电话的发射天线附近 就会产生较强烈的微波辐射。本来移动电话的工作功率仅几瓦（3.2mW-2W）， 辐射强度在一定范围内也比较小，例如距发射天线半米之外，辐射强度均在 50mW/cm2之内。但实际上通话时，持机者的头部必须靠近天线和受话器，使头 部处于辐射的近区场范围，因而容易受到超量的电磁