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目前,中國的移動通信行業(yè)目前已形成中國電信、中國移動、中國聯(lián)通三足鼎立的競爭格局。激烈的市場競爭,必將促進各通信運營商在資產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)、人才、市場渠道、品牌等各方面展開激烈的角逐,其中,各通信運營商的巨額投資強烈吸引了業(yè)界的眼球。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示:2012年,中國移動全年業(yè)績營收5604億元,同比增長6.1%;凈利潤達到1293億元,同比增長2.7%;中國聯(lián)通收入2489.3億元,同比增長13%,凈利潤71億元,同比增長68.5%;而中國電信2012年經(jīng)營收入為2830.73億元,比去年增長15.5%。同時,隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展,消費者對移動運營增值服務(wù)的消費需求穩(wěn)步提升,而三大運營商的主業(yè)務(wù)將全面由3G往4G發(fā)展。從移動通話業(yè)務(wù)以及移動增值服務(wù)的增長趨勢來看,中國移動運營市場蛋糕將會越做越大,中國移動、中國聯(lián)通、中國電信三大運營商的競爭將更加精彩。如此宏大的投入,必將推動通信業(yè)新一輪建設(shè)高潮的到來。而隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大和用戶數(shù)量的增加,移動通信基站的數(shù)量不斷增加,我們也不能回避一個客觀事實的存在:公眾在充分享受現(xiàn)代通信設(shè)備為生活帶來的方便之時,通信運營商遍布各地的移動通信基站所產(chǎn)生的電磁輻射是否對人體健康構(gòu)成威脅,也逐漸成為各個運營商和民眾爭論的焦點,由此引發(fā)的運營商與民眾之間的沖突也頻繁見諸于各類媒體。對通信運營商而言,由公眾信賴的機構(gòu)針對移動通信基站開展的電磁輻射監(jiān)測等工作已迫在眉睫。
由于擔(dān)心基站的電磁輻射安全,居民抵制基站進小區(qū)的行為已屢見不鮮
盡管現(xiàn)在大部分研究都認為,大多數(shù)的基站是安全的。但另一方面,盡管理論證明基站所產(chǎn)生的電磁輻射對人體是安全的,但是隨著社會科技的進步及人類生活水平的提高,電磁輻射已經(jīng)逐步成為廣大人民群眾關(guān)注的焦點,而且,每一個移動通信基站由于建設(shè)方位、設(shè)備安裝調(diào)試等各種復(fù)雜原因,也可能出現(xiàn)輻射強度各不相同,因此,最終鑒定其是否對人體產(chǎn)生有害輻射還將通過國家環(huán)保部門認證的專業(yè)監(jiān)測和環(huán)境影響評價機構(gòu),根據(jù)實際測驗的數(shù)據(jù),經(jīng)過專業(yè)人員綜合分析評估而定。
那么,對移動通信基站產(chǎn)生的射頻電磁輻射如何檢驗和測定并予以防護呢?廣州科技有限公司是一家的綜合性檢測設(shè)備供應(yīng)商,公司可為不同類型的客戶提供多種、全面、專業(yè)的電磁輻射監(jiān)測設(shè)備以及提供全面的監(jiān)測方案,目前,公司已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的中、商端電磁輻射監(jiān)測設(shè)備供應(yīng)商,業(yè)務(wù)遍及各大移動運營商、環(huán)保機構(gòu)及第三方檢測機構(gòu),為社會公眾營造安全、綠色的通信環(huán)境貢獻了自身力量。現(xiàn)結(jié)合廣州科技有限公司多年的工作實踐,就如何對移動通信基站電磁輻射進行準確、全面的監(jiān)測提供一些理論方面的資料,供客戶參考。
l 基礎(chǔ)知識
一、 電磁波及電磁輻射認識
電磁波是什么呢?從科學(xué)的角度來說,電磁波是能量的一種,凡是高于零度的物體,都會釋出電磁波。且溫度越高,放出的電磁波波長就越短。當(dāng)帶電系統(tǒng)的電荷或電流隨時間變化,系統(tǒng)所產(chǎn)生的電場和磁場也會隨時間變化。變化的電場在其周圍激起磁場,變化的磁場也在其周圍激起電場,這種變化的電場和磁場會向系統(tǒng)周圍的空間傳播,這種運動著的電磁場就是電磁波。在地球任何地方,無論白天還是黑夜,都存在著各種頻率、強度不一、看不見、摸不到又聞不著的電磁波。電閃雷擊、太陽黑子活動、大氣、宇宙等都會產(chǎn)生電磁波,這是自然的電磁波。人為的電磁波主要來源于無線電發(fā)射設(shè)備、工業(yè)設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備,如無線電臺、手持、氦弧焊機、交流高壓輸電線、汽車點火器、微波爐、電視機、計算機等等都會產(chǎn)生電磁波。總而言之,電磁波與我們的生活息息相關(guān),只不過,有的是我們需要的,有的則是不需要的。
電磁波已廣泛存在于我們的生活中
電場和磁場的交互變化產(chǎn)生的電磁波,電磁波向空中發(fā)射或泄露的現(xiàn)象就叫電磁輻射,電磁輻射是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動,其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面,有效的傳遞能量和動量。
過量的電磁輻射會造成電磁污染。移動通信基站作為常見的信號發(fā)射設(shè)備,更是目前電磁輻射的主要污染源之一。
二、 電磁輻射對公眾健康可能產(chǎn)生的危害
高強度的電磁輻射以熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)兩種方式作用于人體,可導(dǎo)致機體發(fā)生機能障礙和功能紊亂。電磁輻射對公眾健康的危害主要是健康效應(yīng)。健康效應(yīng)又分為軀體效應(yīng)和種群效應(yīng)。
種群效應(yīng)不是短時間可以觀察到的,它能使人類變得更加聰明,也能使人類的發(fā)展受到影響。軀體效應(yīng)又分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。熱效應(yīng)的機理,人類已經(jīng)了解得比較清楚,人體接受電磁輻射以后,而使機體升溫。如果吸收的輻射能很多,靠人體的溫度調(diào)節(jié)功能來不及把吸收的熱量散發(fā)出去,則會引起體溫升高,進而引發(fā)各種癥狀。對于非熱效應(yīng)的機理,人類目前了解得還不十分充分,但確實存在這種效應(yīng):即吸收的輻射能還不足以引起體溫升高,但會出現(xiàn)生物學(xué)變化,導(dǎo)致神經(jīng)衰弱。另外,據(jù)有關(guān)資料報到,電磁輻射也會引起癌癥。
三、 電磁輻射的強度表示單位
電磁輻射是一種能量,它對環(huán)境的影響程度主要取決于能量的強弱,用來表量其強度大小的單位主要有:
1) 功率(輻射功率越大,輻射出來的電、磁場強度越高,反之則小,功率強度單位是瓦(W));
2) 功率密度(指單位時間、單位面積內(nèi)所接收或發(fā)射的高頻電磁能量,功率密度單位是瓦/平方米(W/m2)或者毫瓦/平方厘米(W/cm2),在高頻、射頻(移動通信基站)電磁輻射環(huán)境評估時功率密度常用毫瓦/平方厘米(W/cm2)
3) 電場強度(用來表示空間各處電場的強弱和方向的物理量,距離帶電體近的地方電場強,遠的地方電場弱。電場強度的單位是伏/米(V/m),在輸電線和高壓電器設(shè)備附近的工頻電場強度通常用kV/m 表示);
4) 磁場強度(用來表示空間各處磁場的強弱與方向的物理量,磁場強度單位是安/米(A/m));
5) 磁感應(yīng)強度(表示單位體積、面積里的磁通量,用于描述磁場的能量的強度,磁感應(yīng)強度單位是特斯拉或高斯(T 或Gs))。
另外,對于手機、基站等對人體健康的影響還是一個單位:“SAR”, SAR 的中文意思是“比吸收率”,它是指以任意6分鐘記時平均,每公斤人體組織吸收的電磁輻射能量(瓦)。以手機輻射為例,SAR指的是輻射被頭部的軟組織吸收的比率,SAR值越低,輻射被腦部吸收的量越少。SAR的單位是W/kg。
比吸收率通俗地講,就是測量手機輻射對人體的影響大小。目前國際通用的標準有兩個,一個是歐洲標準2w/kg,一個是美國標準1.6w/kg,其具體含義是指,以6分鐘為計時,每公斤人體組織吸收的電磁輻射能量不得超過2瓦。
SAR 的測定:SAR 值測量系統(tǒng)由人體模型、測量儀表、探針、機械臂等組成。測量時,在人體模型內(nèi)部倒入專用測試液體,液體的電磁性與人體的一致;將發(fā)射源緊貼模型放置,設(shè)置好發(fā)射源的發(fā)射功率,由機械臂帶動探針在液體內(nèi)運動,自動測量場強E,由以下公式可計算出SAR 的值:
SAR=E2(δ/p)
其中,E 為場強,δ為介電常數(shù),p 為液體密度。
四、 中國相關(guān)的的電磁輻射安全限值國家標準
中國政府對于包括工頻、射頻等在內(nèi)的多種電磁輻射進行了嚴格的限值標準,這些標準主要有:
l GB 8702-88:電磁輻射防護規(guī)定
l GB 9175-88:環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準
l GBZ/T 189.1-2007:工作場所物理因素測量(第1部分:超高頻電磁場)
l GBZ/T 189.2-2007:工作場所物理因素測量(第2部分:高頻電磁場)
l GBZ/T 189.5-2007:工作場所物理因素測量(第5部分:微波輻射)
l GB/T 6113.1:無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范
l HJ/T 10.2-1996:輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則、電磁輻射檢測儀器和方法
l HJ/T 10.3-1996:輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則、電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準
具體到電磁輻射對人體作用的衡量技術(shù)標準,目前通用標準有兩個:一個是歐洲使用的2W/kg,另一個是美國使用的1.6W/kg。歐洲采用的測試標準測量單位是10 克,美國采用的測試標準測量單位為1克。我國現(xiàn)使用的標準是國家頒布的GB8702-88“電磁輻射防護規(guī)定”。規(guī)定給出了職業(yè)照射和公眾照射兩種SAR 限值。
1) 職業(yè)照射:在每天8 小時工作期間內(nèi),任意連續(xù)6 分鐘按全身平均的比吸收率(SAR)應(yīng)小于0.1W/kg。
2) 公眾照射:在1 天24 小時內(nèi),任意連續(xù)6 分鐘按全身平均的比吸收率(SAR)應(yīng)小于0.02W/kg。
SAR 的測量是在屏蔽室中進行的,而生活空間無線電波復(fù)雜程度遠超于此,這使人們比較難以接受SAR 的概念。我國為了控制電磁波對環(huán)境的污染、保護人民健康、促進電磁技術(shù)發(fā)展,制訂了《中華人民共和國國家標準環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》《GB9175-88》。該標準沒有沿用國際流行的SAR 標準,而是采用電場強度V/m 和功率密度μW/cm2作單位,適用于一切人群經(jīng)常居住和活動場所的環(huán)境電磁輻射,不包括職業(yè)輻射和射頻、需要的輻射。在這個國標中,對微波電磁輻射,以功率密度微瓦/平方厘米(μw/cm2)作為計量單位。將環(huán)境電磁波容許輻射強度標準分為二級:
1) 一級標準:安全區(qū),指在該環(huán)境電磁波強度下長期居住、工作、生活的一切人群(包括嬰兒、孕婦和老弱病殘者),均不會受到任何有害影響的區(qū)域。
2) 二級標準:中間區(qū),指在該環(huán)境電磁波強度下長期居住、工作和生活的一切人群(包括嬰兒、孕婦和老弱病殘者),可能引起潛在不良反應(yīng)的區(qū)域,在此區(qū)域內(nèi),可建造工廠和機關(guān),但不許建造居民住宅、學(xué)校、醫(yī)院和療養(yǎng)院等。
和其他國家的標準相比,我國的標準是比較嚴格的,歐洲大部分國家現(xiàn)在都是200μw/ cm2,美國1982 年頒布的標準是3000μw/ cm2,比我國要寬松75 倍,足已證明我國政府在有關(guān)電磁輻射環(huán)境保護方面是極其負責(zé)的,而且移動通信運營商的整套設(shè)備以及技術(shù)參數(shù)也是按照國家標準嚴格控制的。
環(huán)境電磁波允許輻射強度分析標準
五、 移動通信基站電磁輻射環(huán)境強度的理論計算
從以上國家標準可知,只要電磁輻射強度在10μw/ cm2以下,對所有人群(包括嬰兒、孕婦和老弱病殘者)都是安全的。電磁輻射強度的理論計算公式S=P/4πr2,其中,S 為功率密度,P為發(fā)射功率,r為發(fā)射點與測量點間的距離。根據(jù)此公式,某一地點的電磁輻射強度(用功率密度表示)與發(fā)射功率成正比,與該點到發(fā)射點的距離的平方成反比。
根據(jù)相關(guān)設(shè)備的技術(shù)參數(shù),移動通信2G 基站天線向一個扇區(qū)實際輻射功率為14.26W,3G 基站為2.38W。將基站功率代入上式估算,在距離2G 基站10 米處的功率密度為:S=P/4πr=14.26/(4π*100)=0.0113W/㎡=1.13μw/ cm2,這遠遠小于的10μw/ cm2的一級標準,而未來的3G 基站就只有0.19μw/ cm2。
射頻信號的功率常用dBm、dBW 表示,它與mW、W 的換算關(guān)系如下:例如信號功率xW,利用dBm 表示為:p(dBm)=10log((x*1000(mW)).1(mW)),1W 等于30dBm,等于0dBW。
射頻信號的相對功率常用dB 和dBc 兩種形式表示,區(qū)別在于:dB 是任意兩個功率比值的對數(shù)表示形式,而dBc 是某一個頻率點輸出功率和載頻輸出功率比值的對數(shù)表示形式。一般GSM 通信基站天線高度均在35 至55 米,電磁波在空中傳播衰減很快,而且當(dāng)電磁波穿過一般磚墻時要衰減6dB 左右(折合4 倍),穿過帶鋼筋的墻要衰減20dB 左右。因此,將GSM 基站天線建在一般住宅樓頂,對宅內(nèi)居民是安全的。
六、 移動通信基站電磁輻射環(huán)境強度的現(xiàn)場測定
根據(jù)《電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》(HJ/T10.2-1996)和《電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準》(HJ/T10.3-1996)中的有關(guān)規(guī)定,對于移動通信基站電磁輻射的監(jiān)測需根據(jù)移動通信基站的發(fā)射頻率,對所有場所檢測其功率密度或電場強度進行現(xiàn)場測定。
正確的測定需要滿足以下要求:
1. 環(huán)境條件
檢測時的環(huán)境條件應(yīng)符合行業(yè)標準和儀器的使用環(huán)境條件,建議在無雨、無雪的天氣條件下檢測。
2. 測量儀器
2.1 基本要求
測量儀器根據(jù)檢測目的分為非選頻式寬帶輻射測量儀和選頻式輻射測量儀。進行移動通信基站電磁輻射環(huán)境檢測時,采用非選頻式寬帶輻射測量儀;需要了解多個電磁波發(fā)射源中各個發(fā)射源的電磁輻射貢獻量時,則采用選頻式輻射測量儀。
測量儀器工作性能應(yīng)滿足待測場要求,儀器應(yīng)定期檢定或校準。
檢測應(yīng)盡量選用具有全向性探頭(天線)的測量儀器。使用非全向性探頭(天線)時,檢測期間必須調(diào)節(jié)探測方向,直至測到場強值。
使用非選頻式寬帶輻射測量儀器檢測時,若檢測結(jié)果超出管理限值,還應(yīng)使用選頻式輻射測量儀對該點位進行選頻測試,測定該點位在移動通信基站發(fā)射頻段范圍內(nèi)的電磁輻射功率密度(電場強度)值,判斷主要輻射源的貢獻量。
選用具有全向性探頭(天線)測量儀器的測量結(jié)果作為與標準對比的依據(jù)。
2.1.1 非選頻式寬帶輻射測量儀
非選頻式寬帶輻射測量儀是指具有各向同性響應(yīng)或有方向性探頭(天線)的寬帶輻射測量儀。儀器檢測值為儀器頻率范圍內(nèi)所有頻率點上場強的綜合值,應(yīng)用于寬頻段電磁輻射的檢測。測量設(shè)備的頻率范圍和量程應(yīng)滿足檢測需要,使用非選頻式寬帶輻射測量儀實施環(huán)境檢測時,為了確保環(huán)境檢測的質(zhì)量,應(yīng)對這類儀器電性能提出基本要求,見下圖。
非選頻式寬帶輻射測量儀電性能基本要求
常見的用于通信基站電磁輻射監(jiān)測的非選頻式寬帶輻射測量儀
(德國納達Narda NBM-550寬頻場強儀)
2.1.2 選頻式輻射測量儀
選頻式輻射測量儀主要是指能夠?qū)拑?nèi)某一特定發(fā)射的部分頻譜分量進行接收和處理的場強測量設(shè)備。
根據(jù)具體檢測需要,可選擇不同量程、不同頻率范圍的選頻式輻射測量儀,儀器選擇的基本要求是能夠覆蓋所檢測的頻率,量程、分辨率能夠滿足檢測要求,電性能基本要求見下表。
選頻式輻射測量儀電性能基本要求
常見的用于通信基站電磁輻射監(jiān)測的非選頻式寬帶輻射測量儀
(德國安諾尼/AARONIA AG HF-60105 選頻式電磁輻射分析儀)
3. 檢測點的選擇
根據(jù)《電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》(HJ/T10.2-1996)和《電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準》(HJ/T10.3-1996)中的有關(guān)規(guī)定,對于發(fā)射機功率P≤100KW的陸地發(fā)射設(shè)備,監(jiān)測范圍應(yīng)以基站天線為中心半徑500m范圍。理想監(jiān)測點位布設(shè)采用梅花瓣法,即以基站發(fā)射天線為相對水平零點,間隔45°角,分八個方向做測量線,每條測量線上選取距離30m、50m、100m、150m......500m等處布設(shè)測量點。
由上面可知,電磁輻射強度與發(fā)射功率成正比,而與距離的平方成反比。由于移動通信基站由于功率小,離人體距離遠,所帶來的輻射強度是較小的,因此對人體而言,大多數(shù)的基站是安全的。另外,實際監(jiān)測過程中,考慮到位于市區(qū)的基站由于建筑物相對密度,站距較近(部分站距僅為200~300m左右)基站發(fā)射功率較小(機頂輸出功率Pout≤40W),故監(jiān)測范圍取以基站天線為中心半徑50m范圍;位于市郊和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的基站由于建筑物相對較小,地面比較空曠,站距較遠(幾公里),故監(jiān)測范圍取以基站天線為中心半徑100m范圍。
梅花瓣法布點原則
測量時,探頭(天線)與操作人員之間距離不少于0.5m。另外,如果是在室內(nèi)檢測,一般選取房間位置,點位與家用電器等設(shè)備之間距離不少于1m。在窗口(陽臺)位置檢測,探頭(天線)應(yīng)在窗框(陽臺)界面以內(nèi)。而對于發(fā)射天線架設(shè)在樓頂?shù)幕荆跇琼敼娍苫顒臃秶鷥?nèi)布設(shè)檢測點位。
同時要注意的是,進行檢測時,應(yīng)設(shè)法避免或盡量減少周邊偶發(fā)的其他輻射源的干擾。
4. 檢測設(shè)備讀數(shù)原則
測量時間選擇在城市環(huán)境電磁輻射的高峰期,一般為上午8:00~12:00;下午13:00~18:00。測量儀器探頭(天線)距地面(或立足點)1.7m(根據(jù)不同檢測目的,可調(diào)整測量高度)。
在移動通信基站正常工作時間內(nèi)進行檢測。每個測點連續(xù)測5次,每次檢測時間不小于15s,并讀取值和平均值作為監(jiān)測值。若檢測讀數(shù)起伏較大時,適當(dāng)延長檢測時間。測量儀器為自動測試系統(tǒng)時,可設(shè)置于平均方式,每次測試時間不少于6min,連續(xù)取樣數(shù)據(jù)采集取樣率為2 次/s。
5. 數(shù)據(jù)處理
5.1 如果測量儀器讀出的場強測量值的單位為dBμV/m,則先按下列公式換算成以 V/m 為單位的場強測量值:
E = 10-6×10(X/20) ……………………(1)
上面公式中:
X:測量儀器的讀數(shù)(dBμV/m);
E:以伏每米(V/m)為單位的場強測量值。
5.2 測量數(shù)據(jù)參照下列公式處理:
E i =
E G =
上面公式中:
E i j:測量點位某頻段中頻率i 點的第j 次場強測量值 ;
E i :測量點位某頻段中頻率i 點的場強測量值的平均值 ;
N:測量點位某頻段中頻率i 點的場強測量次數(shù);
E s:測量點位某頻段中的綜合場強值 ;
M:測量點位某頻段中被測頻率點的個數(shù);
E G:測量點位24h(或一定時間內(nèi))內(nèi)測量的某頻段的綜合場強的平均值;
K:24 小時(或一定時間內(nèi))內(nèi)測量某頻段電磁輻射的測量頻次。
如果測量設(shè)備是非選頻式寬帶輻射測量儀,可由公式(2)和(4)直接計算,公式中的帶入量作相應(yīng)的變動即可。
同時,根據(jù)需要可分別統(tǒng)計每次測量中的值Emax、最小值Emin,50%、80%和95%時間內(nèi)不超過的場強值E(50%)、E(80%)和E(95%)。
特殊情況下,根據(jù)委托檢測方需要可繪制電磁輻射場分布圖,如時間—場強、距離—場強、頻率—場強等對應(yīng)曲線。
6. 有關(guān)計算和單位的換算
6.1 復(fù)合場強
復(fù)合場強為兩個或兩個以上頻率的電磁波復(fù)合在一起的場強,其值為各單個頻率場強平的根值,可以用下式表示:
上面公式中:E表示復(fù)合場強,V/m;
E1、E2......En表示各單個頻率所測得的場強,V/m
6.2 計量單位的換算
電場強度與功率密度在遠區(qū)場中的換算公式為:
S=E2/377
上面公式中:S表示功率密度(W/m2);
E表示電場強度(V/m)。
磁場強度與功率密度在遠區(qū)場中的換算公式為:
S=H2×377
上面式中:S表示功率密度(W/m2);
H表示磁場強度(A/m)。
6.3 三方向測量取和公式
上面公式中: E表示場強值;
EX表示X 方向的場強值;
EY表示Y 方向的場強值;
EZ表示Z 方向的場強值。
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