随着无线电传播技术的迅速发展, 广播电视、雷达测控、飞机导航和手机通信等与人们的生活越来越紧密, 这些设备全部依赖于神奇的无线电波。目前全球大约有20亿移动电话用户, 中国移动电话拥有量为全球第一。可以说移动电话已经深入到我们的生活和工作中。正因为移动电话用户数量如此之大, 所以近几年基站的数量在迅速增加, 移动通讯基站电磁辐射对人体是否有影响, 一直是公众关注的热门话题。

1 电磁波、电磁辐射及其危害 1.1 电磁波的定义

电磁波是什么呢?当带电系统的电荷或电流随时间变化, 系统所产生的电场和磁场也随时间变化, 变化的电场在其周围激起磁场, 变化的磁场也在其周围激起电场, 这种变化的电场和磁场会向系统周围的空间传播, 这种运动着的电磁场就是电磁波。现代人生活在电磁波环境中。自然界中的电闪雷击、太阳黑子活动等都会产生电磁波; 人为的电磁波主要来源于无线电发射设备、工业设备和医疗设备, 如无线电台、手持移动电话、氦弧焊机、交流高压输电线、汽车点火器、微波炉、电视机、计算机等都会产生电磁波。

电磁波与我们的生活悠息相关, 人们的生活已经离不开它。然而, 随着生活质量的不断提高, 也促使人们对电磁波辐射的关注程度越来越高。

1.2 电磁辐射 1.2.1 电磁辐射的定义

电磁辐射是能量以电磁波形式由源发射到空间的现象或能量以电磁波形式在空间传播。它是现代社会的新污染源。我们生活中无时无刻不在受到电磁辐射的影响, 只要有电气设备, 就存在电磁辐射, 其区别只是在于辐射的电磁波频率和强度不同罢了, 且频率不同的电磁辐射对人体的影响也有所不同。

1.2.2 电磁辐射的危害

国内外医学专家的研究表明, 长期、过量的电磁辐射会对人体生殖系统、神经系统和免疫系统造成直接伤害, 是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因和造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素, 并可直接影响未成年人的身体组织与骨骼的发育, 引起视力、记忆力下降和肝脏造血功能下降, 严重者可导致视网膜脱落^[1]。

电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等。①热效应:人体70%以上是水, 水分子受到电磁波辐射后相互摩擦, 引起机体升温, 从而影响到体内器官的正常工作。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, 一旦受到外界电磁场的干扰, 处于平衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏, 人体也会遭受损伤。③累积效应:热效应和非热效应作用于人体后, 对人体的伤害尚未来得及自我修复之前(通常所说的人体承受力-内抗力), 再次受到电磁波辐射的话, 其伤害程度就会发生累积, 久之会成为永久性病态, 危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体, 即使功率很小, 频率很低, 也可能会诱发想不到的病变, 应引起警惕。

1.2.3 电磁辐射对人体健康的影响因素

电磁辐射对人体健康的影响, 与多种因素有关系, 主要因素有以下几点:①辐照时间, 辐射的时间越长, 影响越大。②辐射强度, 辐射越强, 影响越大。③一般情况, 电磁辐射强度与距离的平方成反比, 即电磁辐射强度随着距离的增加而迅速降低, 离辐射源越近, 受到的影响越大。④作业人员是否有防护措施, 所受到的电磁辐射影响差异比较大。⑤电磁辐射的影响与辐射波所处频段有关。一般来说, 影响的效果随频率的升高而增加。但近年也有新的发现:低频磁场对人体也有影响。⑥人体各器官对电磁辐射的敏感程度不同, 大脑、眼球是较敏感的器官。⑦辐射敏感性也不尽相同。与年龄、性别、生理状态、遗传特性、营养状态、健康状况等均有关系。

2 基站电磁辐射 2.1 基站电磁辐射的强度

通信基站越建越多, 基站信号无缝隙覆盖, 人们疑虑通信基站发射的电磁波对人体有害。由电磁辐射概念可知, 电磁辐射其实是一种能量, 它对环境的影响程度主要取决于能量的强弱, 用来表示其强度大小的单位主要有电场强度、发射功率、功率密度。

2.1.1 电场强度

用来表示空间各处电场的强弱和方向的物理量, 距离带电体近的地方电场强, 远的地方电场弱。电场强度的单位是伏/米(V/m), 在输电线和高压电器设备附近的工频电场强度通常用kV/m表示。

2.1.2 发射功率

辐射功率越大, 产生的电、磁场强度越高, 反之则小, 单位是瓦(W)。

2.1.3 功率密度

指单位时间、单位面积内所接收或发射的高频电磁能量, 单位是瓦/米²(W/m²), 在高频电磁辐射环境评估时功率密度常用mW/cm²表示。

2.2 基站电磁辐射

基站天线主瓣轴向上的电磁辐射(功率密度)与距天线的距离平方成反比, 即在自由空间中, 单一移动通信基站信号是随距离的平方呈指数曲线衰减。见图 1。

根据电磁辐射衰减趋势; 在水平面上, 天线主瓣轴向上的电磁辐射强度最大, 沿主轴方向, 距天线越远, 所受的电磁辐射强度越小。

现场监测时, 在距离基站较近的范围内, 如在天线正下方, 所测的数据一般较小, 甚至监测设备不能检测到电磁波, 这种情况下该点所能收到的电磁辐射多为多径反射波、绕射波; 随着距离的增大, 所测数值有所增大, 之后电磁辐射强度随距离增大而逐步减小。如图 2中水平面电磁辐射变化曲线。

在垂直面上, 天线主瓣轴向上的电磁辐射强度最大, 随高度的增高或降低, 所受的电磁辐射强度减小。如图 2中垂直面电磁辐射变化曲线。

2.3 基站电磁辐射的理论计算

电磁辐射的理论计算模式参照《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法》(HJ/T 10.2-1996)中关于微波远场轴向功率密度P_d计算公式:

式中:P——发射机平均功率(mW); G——天线增益(倍数); r——测量位置与天线轴向距离(cm)。

根据上述功率密度计算结果, 可以求得相应的电场强度E。

式中:P_d——功率密度(mW/cm²); E——电场强度(V/m)。

根据相关设备的技术参数, 以移动通信2G基站深圳摩比公司天线为例, 见表 1天线达标距离。

天线型号不同, 天线轴向达标距离不同; 相同天线型号, 不同地区天线轴向达标距离也不同。天线轴向达标城市市区基站发射天线轴向达标距离最近为12 m, 城郊基站发射天线轴向达标距离最近为13 m, 普通农村基站发射天线轴向达标距离最近为14 m。

由于理论计算中选取参数都为极端最大值, 理论计算结果均偏保守, 基站运行实际影响情况会略偏低。

基站附近处于发射天线非轴向空间区域的功率密度, 由于受到基站周围建筑物的反射和阻挡影响, 计算结果误差较大, 基站附近环境非轴向空间区域的电磁辐射水平以类比监测结果为准。

2.4 基站电磁辐射的实际监测结果

近年来, 对河北移动通信基站进行抽查监测, 基站的现状类比监测结果表明, 按天线架设方式进行分类汇总后, 各类架设方式基站附近环境的电磁辐射水平差异不明显。见表 2。

监测结果表明:所有基站周围电磁辐射环境功率密度均远低于国家《电磁辐射防护规定》(GB 8702- 88)规定的"公众照射功率密度40μW/cm²"的限值标准^[2]。最高值0.998 μW/cm²是安全标准的百分之一。事实证明不在基站的主射方向并保持一定距离范围辐射对环境的影响微乎其微, 可以忽略不计。在基站发射天线主瓣轴向的监测点位, 电磁辐射较强, 对环境影响较为明显, 最大值在1.082~4.118 μW/cm²。

3 基站辐射对人体健康的影响

由于手机用户越来越多, 其活动范围越来越广, 通信基站随之越建越多, 基站通常出现在城市人口稠密区, 出现在居民的楼顶、小区等。人们关注其对人体健康的影响, 在所难免。

根据国际和国内的研究成果, 电磁辐射对人体健康的影响问题, 大家形成一下几点看法:①电磁辐射的强度达到一定程度, 才能对人体产生有害的影响; ②对人体产生影响的参数主要是电磁辐射能量的比吸收率SAR, 即生物体每单位质量所吸收的电磁辐射功率, 即吸收计量率, 它的单位是W/kg^[3]; ③健康影响与比吸收率(SAR)成正比关系, 当整个身体比吸收率(SAR)低于一定值时, 不会出现明显影响。

高大建筑物对电磁辐射环境的影响:单栋建筑物对电磁波的衰减大约15~20分贝(dB), 一道墙的衰减为5~10分贝(dB), 建筑物前由于反射作用辐射场明显增大, 而且出现明显的波峰和波谷, 建筑物前的辐射场除了受反射的影响外还受绕射波的影响, 离楼越远绕射越强, 因此场强有增大的趋势^[4]。因此, 将基站天线建在一般住宅楼顶, 对室内居民影响较小。

4 结论

综上所述, 移动通信基站由于功率较小, 离人体距离较远, 所带来的辐射强度比较小。由于电磁辐射环境与人体相互关系的复杂性, 目前尚没有得出低强度电磁辐射生物学效应的明确结论, 手机及基站电磁辐射的生物学效应仍是一个争议的热点问题, 因此世界卫生组织鼓励高水平和高质量的相关研究。