劉　楊，李　凱，譚康伯

(1.榆林電視臺, 陜西 榆林 719000; 2.西安電子科技大學 電子工程學院, 陜西 西安 710071)

超過一定閾值的電磁輻射會對公眾環(huán)境和生物體健康造成潛在的不良影響，是公眾最關(guān)注的問題之一。隨著社會的發(fā)展，公眾對環(huán)境質(zhì)量的要求逐步提高。面對新的發(fā)展需求，需要不斷深入研究建筑設(shè)施中典型的輻射系統(tǒng)，如大功率通信設(shè)備、移動通信基站等對于公眾健康的電磁生物影響[1]。本文將結(jié)合國家規(guī)定標準，預(yù)評估分析移動通信天線輻射強度以及輻射強度低于國家標準限定閾值的相對天線空間距離[2]。

1　電磁輻射標準及限值

環(huán)境中的電磁輻射照射為空間中所有電磁輻射的總和，包括環(huán)境背景的電磁輻射、已建電磁設(shè)施的輻射和擬建設(shè)施可能產(chǎn)生的電磁輻射等。根據(jù)環(huán)境輻射的評價標準[3]《電磁輻射防護規(guī)定》(GB8702-88)，對于公眾照射，其導(dǎo)出限值標準見表1。

表1　公眾照射導(dǎo)出限值

表中“*”是平面波等效值，供參考對照，“**”供對照參考，不作為限值；f為頻率，單位MHz；其中數(shù)據(jù)做了取整處理。

按照《輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則一電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準》(HJ/T10.3-1996)，對單個項目的電磁輻射影響的管理目標值的確定應(yīng)遵循下列原則[4]：

(1)為使公眾受到總照射劑量小于GB8702-88的規(guī)定值，對單個項目的影響必須限制在GB8702-88限值的若干分之一；

2　建筑環(huán)境電磁輻射特征分析

本文將一種代表性移動通信天線分別置于空曠空間和建筑物室內(nèi)，并對其周圍以及室內(nèi)的功率密度進行評估對比。該評估方法基于多層快速多極子法 (Multilevel Fast Multipole Algorithm，MLFMM)[6]。

混凝土墻對房間內(nèi)的電場波具有屏蔽減弱作用。混凝土等非磁性介質(zhì)其相對磁導(dǎo)率為1，其相對介電常數(shù)計算式可由下式計算得到[10-11]

(1)

其實部ε′和虛部ε″分別為

(2)

(3)

其中，j為虛數(shù)單位；ε∞為介質(zhì)的高頻介電常數(shù)；w為電磁波的角頻率；松弛時間分散程度的參數(shù)為 。

建筑物內(nèi)房間模型如圖1所示，圖2為樓層結(jié)構(gòu)，墻體厚度為24 cm[7-9]。

圖1　建筑物內(nèi)房間示意圖

圖2　樓層結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)式(1)可以得到工作頻率為900 MHz時的混凝土相對介電常數(shù)為10。輻射功率設(shè)定為20 W，空間輻射方向圖如圖3所示[11-13]。

圖3　空間輻射方向圖

下面對空曠空間和建筑物室內(nèi)兩種情況進行分析。第一種情況將輻射源置于無障礙物的空間；第二種情況將該天線放置在屋頂上面。在此基礎(chǔ)上分別分析輻射源下方各平面的平均功率密度，各平面形狀為房間相應(yīng)位置處剖面，分析結(jié)果如圖4所示。

圖4　距離輻射源不同位置處的功率密度對比

窗戶是房間內(nèi)常見的建筑結(jié)構(gòu)，其位置的設(shè)置將影響電磁環(huán)境，因此需要在電磁防護控制分析、設(shè)計中加以深入研究。以陽臺處的窗戶為代表性研究對象，將其從陽臺的中心位置處由左向右移動，每次調(diào)整一米，分析窗的位置對房間內(nèi)平均功率密度的影響，所得到的房間內(nèi)平均功率密度如圖5所示。將窗戶一邊固定在陽臺中心，在寬度變化的情況下，分析窗戶大小對房間內(nèi)平均功率密度的影響，相應(yīng)分析得到的房間內(nèi)平均功率密度如圖6所示。

圖5　窗戶位置變化情況下的功率密度

圖6　窗戶大小變化情況下的功率密度

通過前面的分析結(jié)果可以看到，在第一種情況下，隨著輻射源距離變大，電場強度下降明顯，且當距離<3 m時，其量值大于前面所給出的限值(8 μW·cm-2)，即在空曠的地帶，距離>3 m即滿足國家標準規(guī)定，對生物體的潛在危害影響可忽略不計。在第二種情況下，由于混凝土的衰減作用，建筑物房間內(nèi)功率密度相對較低，沒有超過國家規(guī)定的限值，不對人體健康構(gòu)成明顯潛在影響。在對窗戶位置設(shè)置的分析中可以看到，輻射能量最大的地方主要是客廳和陽臺，其他地方相對較小。總體來說，輻射削弱的主要影響因素是墻體，與輻射源之間隔著墻體越多，監(jiān)測位置處的電磁能量越弱。對于門和窗戶的大小、位置而言，位置越靠近輻射源或監(jiān)測點的連線、尺寸越大，則受輻射強度越大。綜上所述，電磁輻射能量符合國家標準，而室內(nèi)受輻射強度則與輻射源相對位置和室內(nèi)布局直接相關(guān)。

3　結(jié)束語

通過對前面典型設(shè)施的相關(guān)輻射特性分析可知，基于《電磁輻射防護規(guī)定》(GB8702-88)，在空間沒有阻礙物且距離輻射源>3 m或有混凝土隔離且但距離輻射源>1 m的情況下，電磁環(huán)境輻射水平符合規(guī)定。因此，若合理規(guī)劃設(shè)計，在滿足上面分析結(jié)論的情況下，基于最大余量原則，盡量減少在輻射設(shè)備<3 m之內(nèi)設(shè)置工作、生活區(qū)域，以減少電磁輻射對人體健康的潛在影響。

對于室內(nèi)的輻射強度而言，室內(nèi)電磁布局設(shè)計是有效的整體控制因素。由于混凝土墻壁對電磁波傳播有較大的阻礙作用，因此門窗、陽臺的空間布置及大小對室內(nèi)電磁輻射強弱調(diào)節(jié)有著更為直接的影響。窗戶越大或窗戶的中心位置越靠近輻射源與室內(nèi)之間的連線上，則室內(nèi)的電磁輻射強度越強。本文研究對于促進科學論證電磁輻射對室內(nèi)生物體的潛在危害具有一定的參考意義。對于更大規(guī)模設(shè)施的綜合電磁環(huán)境特征評估，本文研究工作具有積極的技術(shù)價值，并為進一步分析相關(guān)生物受電磁環(huán)境影響提供了基礎(chǔ)支撐。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB8702-1988電磁輻射防護規(guī)定[S].北京:中國標準出版社,1988.

[2]中華人民共和國國防部.HJ/T103-1996,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[S].北京:中華人民共和國國防部,1996.

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