肖慶超 易海濤 康征

移動通信基站電磁輻射環(huán)境影響研究
——以北京市為例

肖慶超 易海濤 康征

近來移動通信基站帶來的電磁輻射安全問題成為普遍關注的熱點，以北京市的移動通信基站為研究對象，對其產(chǎn)生的電磁輻射以及其對地面環(huán)境的電磁輻射進行大量監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果與8 μW/cm2的基站電磁輻射環(huán)境管理目標值進行比較研究，結(jié)果表明：基站的電磁輻射水平符合標準并且測值整體較低，從區(qū)縣分布上看，北京市中心城區(qū)基站電磁輻射均值相對較高；基站電磁輻射對地面環(huán)境的影響非常小，基站的電磁輻射水平控制在較低水平。環(huán)評部門在進行基站環(huán)評時應關注基站建設與城市規(guī)劃的相符性，確保基站電磁輻射安全防護距離得到落實。

通信基站；電磁輻射；環(huán)境影響；監(jiān)測；研究

在移動通信業(yè)務飛速發(fā)展的大背景下，移動通信基站作為整個通信業(yè)務的基石，正越來越多地被通信運營商建設起來。人們一方面希望信號越來越好，另一方面又擔心電磁輻射污染而排斥基站建設。北京市居民投訴要求拆除移動通信基站的案例時有發(fā)生。 隨著4G時代的到來，作為開通4G服務的第一批城市之一，北京市的基站建設力度也將繼續(xù)加大。為此，開展對北京市移動通信基站電磁輻射環(huán)境的研究將有助于提高民眾對基站輻射的正確認識，同時也有助于環(huán)境管理部門更合理的管理基站。

目前針對移動通信基站的電磁輻射研究主要集中于對典型基站環(huán)境保護目標處以及地面電磁輻射強度的監(jiān)測、電磁輻射強度的影響因素、電磁輻射的防護等幾個方面。對特定城市整體的移動通信基站的電磁輻射環(huán)境影響的研究仍不多見。

本文在北京市全市范圍內(nèi)選取了大量的基站，以其周圍50 m范圍內(nèi)人類可達的最不利區(qū)域測點監(jiān)測最大值代表該基站的電磁輻射強度，同時對周圍50 m范圍內(nèi)存在基站的地面環(huán)境電磁輻射強度進行監(jiān)測，從而對基站以及地面環(huán)境的電磁輻射水平進行分析與研究。

1 移動通信基站電磁輻射

1.1 無線電波

無線電波是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的電磁波，表1給出了部分波段的無線電波譜表。不同的波段有不同的用途，長波主要用在越洋通信、導航；中波用于廣播、海上導航；短波用于電話電報通信、廣播以及業(yè)余電臺；移動通信系統(tǒng)采用的是微波波段中的分米波[1]，波長范圍為10～102 cm，頻率范圍為300 MHz～3 GHz。

表1 部分波段無線電波波譜表

1.2 移動通信基站

基站主設備主要由基站控制管理器、基站收發(fā)信機、電源和天線設備等四部分組成?？臻g無線信號的發(fā)射與接收都是依靠移動天線設備來實現(xiàn)的，因此天線對于移動通信網(wǎng)絡來說，有著舉足輕重的作用，移動通信基站電磁輻射的最主要來源就是基站天線。

表征天線性能的主要參數(shù)有輸入阻抗、駐波比、極化方式、波瓣寬度、增益以及前后比等[2]。天線的增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，這是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一，該參數(shù)能定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度，增益越高，電波的傳播距離越遠。

1.3 電磁輻射對人體的危害

電磁輻射通過熱效應、非熱效應以及累計效應對人體產(chǎn)生危害[3]。電磁輻射是否對人體產(chǎn)生危害取決于兩個因素：一是看電磁輻射頻率的高低，二是看電磁輻射功率的大小。只有超過一定允許值而造成輻射污染時，才有可能會對人體帶來負面影響。

1.4 輻射的相關標準

電磁輻射的國家標準有2個，一個是《電磁輻射防護規(guī)定》（GB 8702 1988），適用于中華人民共和國境內(nèi)產(chǎn)生電磁輻射污染的一切單位或個人、一切設施或設備；另一個是《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》（GB 9175 88），適用于一切人群經(jīng)常居住或活動場所的環(huán)境電磁輻射。

《電磁輻射防護規(guī)定》（GB 8702 1988）適用的頻率范圍為100 kHz～300 GHz，其電磁輻射防護限值分為基本限值和導出限值。基本限值指的是直接根據(jù)已確定的健康效應而指定的暴露在時變電場、磁場和電磁場下的限值；導出限值是通過基本限值推導計算出來的用來評估實際暴露以確定基本限值是否可能被超過的值。一般來說，基本限值為制定標準時所采用，在實際監(jiān)測中難以進行，而導出限值方便用來進行監(jiān)測活動。表2為包含移動通信基站頻段的導出限值電場強度、磁場強度、功率密度的標準值，三者存在如下轉(zhuǎn)換關系：

（1）、（2）式中S為功率密度，W/m2；E為電場強度，V/m；H為磁場強度，A/m。通常僅使用功率密度對電磁輻射強度進行度量，其限值為0.4 W/m2，即40 μW/cm2。

表2 《電磁輻射防護規(guī)定》（GB 8702 1988）中對應移動通信頻段的公眾照射導出限值

《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》（GB 9175 88）對移動通信基站電磁輻射的規(guī)定如表3所示。

表3 《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》（GB 9175 88）中對應移動通信頻段的輻射強度分級標準

表3中安全區(qū)指的是在該環(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），均在會受到任何有害影響的區(qū)域；中間區(qū)指的是該環(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）可能引起潛在性不良反應的區(qū)域。

根據(jù)《輻射環(huán)境保護管理導則 電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準》（HJ/T 10.3 1996）的規(guī)定，單個項目影響必須限制以《電磁輻射防護規(guī)定》（GB 8702 1988）規(guī)定的功率密度的1/5作為評價標準，對于WCDMA移動通信基站來說，取標準規(guī)定的功率密度40 μW/cm2的1/5即8 μW/cm2。

1.5 移動通信基站的電磁輻射

1.5.1 移動通信基站的電磁輻射理論分布

根據(jù) 《輻射環(huán)境保護管理導則 電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》HJ/T 10.2 1996規(guī)定，遠場軸向功率密度Pd計算公式如下：

P為發(fā)射機平均功率μW；G為天線增益dB；r為天線與被測點距離cm。公式（3）顯示，電磁輻射（功率密度）與測點距離的平方成反比。

1.5.2 移動通信基站電磁輻射的影響因素

影響移動通信基站電磁輻射的因素有[4]：

（1）天線架設方式。基站天線的俯仰角、天線掛高以及方位角等決定了基站的主要輻射平面位置，進而決定了哪些位置可能受到最嚴重的輻射影響。

（2）地形地物。電磁波遇到不同的地形地貌、植被與建筑都可能產(chǎn)生吸收、反射、折射與繞射，從而造成一定程度上的信號衰減。

（3）話務量。張邦俊等[5]通過研究發(fā)現(xiàn)一個正常工作日內(nèi)各時段平均話務量隨時間變化在13:00和19:30出現(xiàn)兩個峰值。

（4）其他因素。

2 北京市移動通信基站電磁輻射環(huán)境的監(jiān)測

2.1 監(jiān)測方案

在選定的基站周圍50 m范圍內(nèi)天線的主瓣方向上人類可達的最不利區(qū)域布點，這里的最不利區(qū)域指的是受到天線影響最大的屋頂、陽臺、窗口等區(qū)域，每個基站設10～18個監(jiān)測點監(jiān)測電磁輻射強度，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果判斷基站電磁輻射是否符合國家標準規(guī)定的8 μW/cm2基站電磁輻射環(huán)境管理目標值，并根據(jù)其大小評估基站的電磁輻射水平。在全市范圍內(nèi)選取了2 381個基站共34 440個點位進行基站監(jiān)測，各區(qū)縣選取的基站數(shù)如表4所示。

表4 北京市各區(qū)縣選取的基站數(shù)

2.2 監(jiān)測規(guī)范

移動通信基站的監(jiān)測參照《移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法》（試行）進行，監(jiān)測結(jié)果的評價參照《電磁輻射防護規(guī)定》（GB 8702 88）。

監(jiān)測采用的儀器經(jīng)過計量部門檢定與校準，相關參數(shù)如表5所示。

表5 輻射測量儀的基本參數(shù)

測量儀器監(jiān)測值為儀器頻率范圍內(nèi)所有頻率點上場強的綜合值。監(jiān)測進行的是非選頻測量，監(jiān)測時間盡量在話務量最大的13:00進行。監(jiān)測氣象條件為無雨雪；風力小于3級；相對濕度小于80%；環(huán)境溫度為0～50℃。

3 移動通信基站電磁輻射監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 北京市的總體情況

本文以移動通信基站周圍50 m范圍內(nèi)最不利區(qū)域測點監(jiān)測的最大值代表該基站的電磁輻射水平。由表6可見，北京市移動通信基站電磁輻射監(jiān)測的最大值是7.56 μW/ cm2，均值是1.41 μW/cm2，均低于8 μW/cm2的環(huán)境管理目標值。圖1是對移動通信基站電磁輻射監(jiān)測結(jié)果的分段統(tǒng)計，可見有59%的監(jiān)測值位于1.00 μW/cm2以下，而小于4.00 μW/cm2監(jiān)測值就占到了90%，僅有10%的基站輻射值大于4.00 μW/cm2。綜合上面數(shù)據(jù)分析，可以看出整體上北京市移動通信基站的電磁輻射均符合8 μW/cm2的環(huán)境管理目標值，且控制在一個較低的水平。

表6 北京市移動通信基站監(jiān)測以及環(huán)境中移動通信基站電磁輻射監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計

3.2 區(qū)縣分布情況

將各區(qū)縣移動通信基站電磁輻射監(jiān)測值均值對比分析，見圖2。

圖1 北京市移動通信基站測值分段統(tǒng)計

圖2 北京市各區(qū)縣移動通信基站監(jiān)測均值的分布圖

如圖2所示，各區(qū)縣移動通信基站監(jiān)測均值在分布上呈現(xiàn)出明顯的特點：基站電磁輻射監(jiān)測值均值最高的是中心城區(qū)東城區(qū)、西城區(qū)、海淀區(qū)和朝陽區(qū)，而在比較偏遠的遠郊區(qū)縣，基站輻射水平較低。

結(jié)合1.5.2介紹的移動通信基站電磁輻射的影響因素，分析原因有如下幾點：其一，城區(qū)基站周邊環(huán)境更為復雜，監(jiān)測值更多地包含了其他源產(chǎn)生的電磁輻射的影響；其二，城區(qū)基站一般建設在人口較為密集的居民區(qū)或者商業(yè)區(qū)，因此城區(qū)基站話務量相對較多，工作負荷相對較大，相應的基站發(fā)射功率也就較大，故整體上，電磁輻射的監(jiān)測值也就相應變大；其三，由于城區(qū)基站建設較密集，一個站址可能存在多家運營商的天線或是一家運營商的多組天線，在這些天線產(chǎn)生的電磁輻射會相互疊加，從而使得監(jiān)測值增大。郊區(qū)由于空曠地域較多， 基站密度很低， 天線的相互影響變小，監(jiān)測值相對變低。

4 移動通信基站電磁輻射對地面環(huán)境的影響

由于廣場、步行街、菜市場、集貿(mào)市場等區(qū)域人口密度會非常高，人們也較為擔心在這些區(qū)域進行活動可能受到來自移動通信基站的電磁輻射對健康產(chǎn)生的危害。因此，有必要對移動通信基站對地面環(huán)境產(chǎn)生的影響進行研究。本文在北京全市范圍內(nèi)選取周圍50 m范圍內(nèi)存在基站的小區(qū)綠地、廣場、集貿(mào)市場等地布設測點，要求測點在基站天線的主瓣方向上，且測點與天線之間無遮擋，測點周圍無輸變電設備等對測點測值可能產(chǎn)生影響的因素?？傆嬙诒本┦羞x取了1 757個測點，各區(qū)縣布設的測點數(shù)如表7所示。

監(jiān)測結(jié)果分段統(tǒng)計如圖3所示，統(tǒng)計值如表8所示，綜合分析可以看出，地面環(huán)境電磁輻射監(jiān)測最大值是3.18 μW/cm2，均值是0.12 μW/cm2，均符合8 μW/cm2的環(huán)境管理目標值。從圖3還可以看出，雖然最大值達到了3.18 μW/cm2，可是監(jiān)測值大于1 μW/cm2的測點數(shù)僅僅只占了測點總數(shù)的0.97%，由此可見地面環(huán)境受到基站產(chǎn)生的電磁輻射水平控制在了一個非常低的水平。分析原因主要是測點位于地面，由于與天線存在高差，所以受到基站天線水平輻射的影響有限，因此監(jiān)測值普遍較低。

表7 北京市各區(qū)縣地面環(huán)境電磁輻射監(jiān)測布設測點數(shù)

圖3 北京市移動通信基站地面測點電磁輻射監(jiān)測值分段統(tǒng)計

表8 北京市移動通信基站地面測點電磁輻射監(jiān)測值統(tǒng)計量

結(jié)語

本文以北京市為例研究了移動通信基站的電磁輻射環(huán)境影響，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)北京市移動通信基站產(chǎn)生的電磁輻射總體上控制較好，整體上看，北京市中心城區(qū)移動通信基站電磁輻射的監(jiān)測均值相對郊區(qū)較高。通過對地面環(huán)境的基站電磁輻射進行監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)，基站電磁輻射對地面環(huán)境的影響更加小。由于監(jiān)測使用的儀器還可以測到一些非基站產(chǎn)生的電磁輻射，因此，基站的電磁輻射對周圍環(huán)境的影響更小。通過對基站周圍人類可達區(qū)域的監(jiān)測以及基站對地面環(huán)境的影響監(jiān)測兩方面的結(jié)果與分析，可以看出，基站的電磁輻射水平控制是較好的，沒有必要對基站的電磁輻射產(chǎn)生過分的焦慮與恐懼。而對于移動通信基站建設項目的環(huán)境影響評價來說，評價人員應該十分注意基站的選址與城市規(guī)劃的相符性，以確保基站電磁輻射的安全防護距離。

[1] 李東偉, 李東興, 陳潛. 移動通信基站電磁輻射的危害[J]. 移動通信, 2012(9): 35-36.

[2] 劉英, 龔書喜. 移動通信系統(tǒng)中的天線[M]. 第1版. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2011: 8-17.

[3] 羅穆夏, 張普選, 馬曉薇. 電磁輻射與電磁防護[J]. 中國個體防護裝備, 2009(5): 27.

[4] 張海鷗, 潘超, 夏遠芬, 等. 移動通信基站電磁輻射時空分布及衰減特征[J]. 電力環(huán)境保護, 2009, 25(4): 57.

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2095-6444(2014)05-0051-04

2014-06-27

肖慶超、易海濤、康征，云南鑫田環(huán)境分析測試有限公司。