移动通信基站的电磁辐射水平及其对人体健康的影响
摘要：目的：结合理论依据和实际应用情况，深入分析基站电磁辐射的水平，同时探讨电磁辐射的水平是否会影响人类的身体健康。方法：以电磁波的产生原理和电磁辐射对人体健康产生危害的机理为参考，在理论层面上对基站的电磁辐射强度进行了探讨，同时结合理论依据对强度值进行了计算，并从实际出发以河北移动通信基站作为研究对象，测量了该基站的空间分布。结果：当距离增大的时候，移动基站周围空间辐射的电场强度有迅速减弱的趋势。结论：测量所得到的不同移动基站的电磁辐射水平均在国家标准所要求的范围之内。
关键词：基站；电磁辐射；电磁波；人体健康
中图分类号：X837 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0240-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.139
Electromagnetic radiation levels of mobile communication base stations and their effects on human health
Xiao Sheng
（Chongqing Environmental Engineering Evaluation Center， Chongqing 401121，China）
Abstract： Objective： Based on the theoretical basis and practical application， the level of electromagnetic radiation in base station is analyzed in depth， and whether the level of electromagnetic radiation affects human health is discussed. Methods： Taking the mechanism of electromagnetic wave generation and the harm of electromagnetic radiation to human health as reference， the intensity of electromagnetic radiation of base station was discussed theoretically. At the same time， the intensity value was calculated based on the theoretical basis， Hebei mobile communication base station as the research object， measured the spatial distribution of the base station. Results： As the distance increases， the intensity of the electric field radiated in the space around the mobile base station tends to weaken rapidly. Conclusion： The measured electromagnetic radiation levels of different mobile base stations are all within the scope of the national standard.
Key words： Base station； Electromagnetic radiation； Electromagnetic wave； Human health
在科技发展日新月异的今天，无线电传播技术也得到了飞速发展，电视、手机以及雷达等已经融入了我们的生活，这些设备发挥自身作用都离不开无线电波的功劳。据统计发现全球的移动电话用户目前已达到了20亿之多，而中国拥有的移动电话数量居全球首位。可以说，移动电话已经越来越普遍充斥着我们的工作和生活。因为越来越多的人开始使用移动电话导致基站的数量在这几年之内也迅猛增加，而随之产生的电磁辐射是否会对人类的身体健康情况产生影响的问题成为热门话题不断被人们提起。
1 电磁波、电磁辐射及其危害
1.1 电磁波的定义
电磁波：在带电系统中，电流或者电荷是一直处于一种动态的变化中，随之产生的磁场和电场也随之不断改变，两者又相互转化，彼此相依相生，电场和磁场的变化可以向所存在的空间周围進行传播，不停运动的电磁场就是电磁波。电磁波在我们工作生活的环境中是无处不在的。不但电闪雷鸣或者太阳黑子等自然行为会有电磁波的产生，人类科技进步的产物包括工业设备、医疗设备以及各种无线电发射设备也会产生电磁波，我们常见的像计算机、微波炉、移动电话以及无线电台等等的设施都会源源不断地有电磁波的产生。
所以说在我们的生活中电磁波与我们息息相关，我们已经不可避免地接触它。所以，由于人们越来越注意生活的质量问题，所以也越来越关注电磁波辐射的影响。
1.2 电磁辐射
1.2.1 电磁辐射的定义
电磁辐射：能量以电磁波形式从源头出发，传入空间内或者在其中进行传播的现象。现代社会中，电磁辐射已经成为新型的污染源。电磁辐射每时每刻都在影响我们的生活，有电气设备的存在就一定会伴随着电磁辐射。不同的电磁辐射之间主要的差异是电磁波的强度和频率，频率的不同甚至会对人体产生不一样的影响。
1.2.2 电磁辐射的危害
国内外的医学专家对这一课题进行了深入的研究，结果显示大量接触以及长时间接触电磁辐射会影响免疫系统，也有发现对神经系统和生殖系统也存在一定危害统，甚至会导致癌突、心血管疾病和糖尿病，甚至能够引起不孕不育、孕妇流产以及胎儿畸形等病变，还有研究发现对于未成年人，对骨骼和组织发育可能产生直接影响，还有可能产生记忆力下降、视力下降和肝脏的造血功能下降等不良反应，严重情况下可以诱发视网膜脱落[1]。
电磁辐射对人体产生危害的机制主要有三种，如下所示。①热效应：水是人体的主要组成成分，占百分之七十以上，人体中的水分子在被电磁波辐射后相互之间就会发生摩擦，摩擦产生的热量会使人体体温升高，从而对体内器官正常发挥功能产生影响。②非热效应：电磁场也存在于人体的器官和组织中，尽管很微弱但是这种电磁场是有序且稳定存在的，当有外界的电磁场出现时，就会产生干扰作用，破坏原来的平衡状态，平衡状态被打断会损伤人体的器官和组织。③累积 效应：当人体电磁辐射的上述两种效应影响的时候，会产生自我修复作用，如果下一次的电磁辐射发生在机体完成自我修复之前（人体对外界刺激的承受能力），这种对器官和组织的损伤作用会产生累加，长此以往，人体就长期处于一种病态，严重时甚至会危及生命安全。目前的社会中存在一些长期在电磁辐射环境中工作的群体，虽然有的环境中的电磁辐射可能频率较低或者功率很小，但是也会对人体产生影响甚至诱发病变，所以这些群体需要引起警惕。
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产生影响的主要因素包括以下七个方面，分别为：①辐照时间；②辐射强度，接触电磁辐射的时间越久，强度越强，产生的影响也越大。③常规状态下，随着距离的增大，电磁辐射场强度有迅速减弱的趋势，距离越近，产生的辐射越强，呈现一种反比的状态。④防护措施对于人体的保护作用是很明显的，会降低电磁辐射的影响。⑤辐射波的频段与电磁辐射的影响程度之间是有关联的。一般情况下，频率升高影响加大。但近年来也有研究发现低频也会对人体产生影响。⑥不同器官中大脑和眼球对电磁辐射是最敏感的。⑦对辐射的敏感程度与人体的生理状态、性别、年龄、健康状态甚至营养状态都是有关系的。
2 基站电磁辐射
2.1 基站电磁辐射水平
为了满足信号全面覆盖的要求，修建了越来越多的通信基站，人们对基站发出的电磁波是否对人体产生危害存在疑虑。根据电磁波的概念得知电磁波是一种能量的存在形式，能量的强弱直接决定对环境的影响，物理学中使用发射功率、功率密度、电场强度和磁场强度衡量辐射水平。
2.1.1 发射功率
辐射功率越小，所产生的电场和磁场强度也越小，反之则大，单位是瓦（W）。
2.1.2 功率密度
标量场量S，为穿过与电磁波的能量传播方向垂直的面元的功率除以该面元的面积的值，单位为瓦特每平方米（W/m2）。
2.1.3 电场强度
矢量场量E，其作用在静止的带电粒子上的力等于E与粒子电荷的乘积，其单位为伏特每米（V/m）。
2.1.4 磁场强度
矢量场量H，在给定点，等于磁感应强度除以磁导率，并减去磁化强度，其单位为安培每米（A/m）。
2.2 基站电磁辐射
在基站天线的主瓣轴上，计算电磁辐射的功率密度值，发现反比与天线距离的平方，换句话说在没有遮挡的空间内，某一单独基站的信号随距离增加，呈现指数衰减的趋势。天线主瓣轴在水平面上越向上电磁辐射的强度越大，在主轴方向上与天线的距离越远电磁辐射的强度越小。
用于现场的实际检测时，在基站附近范围里，当位于天线正下方时，测定的数据较小，有时甚至检测不到电磁波的存在，因为在正下方的点只有一些反射波或者绕射波形式的电磁辐射存在；当距离变远的时候，所得到的测量值出现一定程度增加，继续增大后电磁辐射强度又开始出现减小趋势。而在垂直面上，沿天线主瓣轴方向的电磁辐射最强，当减小或者加大高度的时候，电磁辐射都是减小的趋势。图1表示的就是水平面和垂直面电磁辐射的变化曲线。
2.3 基站电磁辐射的理论计算
以《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测 仪器和方法》（HJ/T 10.2一1996）标准中在微波远场轴向上计算PA（功率密度）的计算公式作为参考来对电磁辐射进行理论计算，公式如下：
其中以P来表示发射机的平均功率；天线增益是用G代表的；而r值则指的是天线轴向与测量位置之间的距离（cm）。从上述公式计算出功率密度的数值后，继而可以得到对应的电场强度值E。
在上述公式中，Pd用于表示功率密度（单位用mW/cm2）；电场强 度用E来代表（V/m）。
2.4 基站电磁辐射的实际监测结果及分析
2015年至2016年，抽查重庆市主城十区总共采集300个基站监测样本，其中移动、联通、电信三大运营商每区每运营商各自选取10个基站，每运营商分别选取100个基站样本，涉及基站有2G、3G、4G。监测结果见表1～表3及图2～图4。
从监测数据可以看出，公众能够到达的楼面（地面）或环境敏感点的电场强度值范围为0.21～9.63V/m范围内，等效平面波功率密度值在0.0002～0.2660W/ m2范围内，磁场强度在0.0004～0.0259A/m。原因在于：由于基站架设位置不同（如冒顶、楼顶、女儿墙、山顶等），使得人员可以活动的区域离天线水平距离远近不同；或者是由于基站架设方式的不同（如美化天线、抱杆、灯杆、铁塔等），使得人员可以活动的区域距离天线的垂直高度不同。这样监测位置与天线面板（特别是主射方向）之间的直线距离不同，监测数据就会出现较大差别。不论监测点与天线距离多少，测得的电场强度、等效平面波功率密度和磁场强度最大值均低于《电磁环境控制限值》（GB8702-2014）公众曝露控制限值[2]。
3 基站辐射对人体健康的影响
随着手机用户的增多以及活动范围的扩大，越来越多的通信基站被建立，且基站的位置一般处于城市内部且人口稠密的地方。所以基站辐射对人体健康是否有影响越来越受到重视。
总结国内外的研究结果，大家对于这一问题存在如下看法：①对人体产生危害的电磁辐射需要达到一定强度；②一般用SAR（比吸收率也叫吸收计量率）作为参数来对电磁辐射的能量大小进行评价（定义是在单位质量的生物体内，吸收的电磁辐射的功率大小），用W/kg[3]表示；③对健康影响正比于SAR值，只有当SAR大于一定值时， 才会出现明显影响。电磁辐射环境受到高大建筑物的影响情况：独栋的建筑物对电磁波约减少15 ～20分贝（dB），—道墙大概可以减少5到10分贝（dB），当基站在建筑物的前方的时候由于反射作用会明显增大，不但会出现波峰也会出现波谷，同时也会有绕射波的出现，距离建筑物越远绕射越强，所以场强呈现增大的趋势[4]。
同时在实际情况中，居民都不是正对天线或者近距离接近天线，而且由于基站周围存在的建筑物或者植被等都可以阻挡一部分辐射，同时大气中水汽、悬浮物以及凝结物等都可以降低辐射强度，使辐射在传播过程中衰耗，所以一般建于住宅楼顶的基站天线对室内的居民影响较小。同时不同国家的最新研究显示目前为止还没有出现任何由于电磁辐射而对人体产生危害的确切案例，所以说我们没有必要谈基站而色变。
4 结论
经过上述的数据以及分析可以得出移动通信基站带来的辐射强度实际上是较小的，因为不但功率不大而且与人体的距离也较远，对附近的居民实际的影响效果是很小的，同时经国内外研究发现并没有确切的证据证明基站辐射会对人体产生危害。同时人体和周围的电磁辐射环境之间关系是很复杂的，还有待更深一步的研究。
参考文献
[1]崔亞松，钟儒刚，曾毅.手机辐射对健康的影响[J].国际生物医学工程杂志，2007，30（1）：42-45.
[2]GB8702-2014.电磁环境控制限值[S].
[3]GB9175-1988.环境电磁波卫生标准[S].
[4]邹澎，侯均衡.高大建筑物对EMR环境的影响[J].电波科学学报，1990，（4）：50-54.
收稿日期：2017-10-27
作者简介：肖声（1965-），女，本科，高级工程师，研究方向为环境保护技术咨询、监测。
关键词：基站；电磁辐射；电磁波；人体健康
中图分类号：X837 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0240-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.139
Electromagnetic radiation levels of mobile communication base stations and their effects on human health
Xiao Sheng
（Chongqing Environmental Engineering Evaluation Center， Chongqing 401121，China）
Abstract： Objective： Based on the theoretical basis and practical application， the level of electromagnetic radiation in base station is analyzed in depth， and whether the level of electromagnetic radiation affects human health is discussed. Methods： Taking the mechanism of electromagnetic wave generation and the harm of electromagnetic radiation to human health as reference， the intensity of electromagnetic radiation of base station was discussed theoretically. At the same time， the intensity value was calculated based on the theoretical basis， Hebei mobile communication base station as the research object， measured the spatial distribution of the base station. Results： As the distance increases， the intensity of the electric field radiated in the space around the mobile base station tends to weaken rapidly. Conclusion： The measured electromagnetic radiation levels of different mobile base stations are all within the scope of the national standard.
Key words： Base station； Electromagnetic radiation； Electromagnetic wave； Human health
在科技发展日新月异的今天，无线电传播技术也得到了飞速发展，电视、手机以及雷达等已经融入了我们的生活，这些设备发挥自身作用都离不开无线电波的功劳。据统计发现全球的移动电话用户目前已达到了20亿之多，而中国拥有的移动电话数量居全球首位。可以说，移动电话已经越来越普遍充斥着我们的工作和生活。因为越来越多的人开始使用移动电话导致基站的数量在这几年之内也迅猛增加，而随之产生的电磁辐射是否会对人类的身体健康情况产生影响的问题成为热门话题不断被人们提起。
1 电磁波、电磁辐射及其危害
1.1 电磁波的定义
电磁波：在带电系统中，电流或者电荷是一直处于一种动态的变化中，随之产生的磁场和电场也随之不断改变，两者又相互转化，彼此相依相生，电场和磁场的变化可以向所存在的空间周围進行传播，不停运动的电磁场就是电磁波。电磁波在我们工作生活的环境中是无处不在的。不但电闪雷鸣或者太阳黑子等自然行为会有电磁波的产生，人类科技进步的产物包括工业设备、医疗设备以及各种无线电发射设备也会产生电磁波，我们常见的像计算机、微波炉、移动电话以及无线电台等等的设施都会源源不断地有电磁波的产生。
所以说在我们的生活中电磁波与我们息息相关，我们已经不可避免地接触它。所以，由于人们越来越注意生活的质量问题，所以也越来越关注电磁波辐射的影响。
1.2 电磁辐射
1.2.1 电磁辐射的定义
电磁辐射：能量以电磁波形式从源头出发，传入空间内或者在其中进行传播的现象。现代社会中，电磁辐射已经成为新型的污染源。电磁辐射每时每刻都在影响我们的生活，有电气设备的存在就一定会伴随着电磁辐射。不同的电磁辐射之间主要的差异是电磁波的强度和频率，频率的不同甚至会对人体产生不一样的影响。
1.2.2 电磁辐射的危害
国内外的医学专家对这一课题进行了深入的研究，结果显示大量接触以及长时间接触电磁辐射会影响免疫系统，也有发现对神经系统和生殖系统也存在一定危害统，甚至会导致癌突、心血管疾病和糖尿病，甚至能够引起不孕不育、孕妇流产以及胎儿畸形等病变，还有研究发现对于未成年人，对骨骼和组织发育可能产生直接影响，还有可能产生记忆力下降、视力下降和肝脏的造血功能下降等不良反应，严重情况下可以诱发视网膜脱落[1]。
电磁辐射对人体产生危害的机制主要有三种，如下所示。①热效应：水是人体的主要组成成分，占百分之七十以上，人体中的水分子在被电磁波辐射后相互之间就会发生摩擦，摩擦产生的热量会使人体体温升高，从而对体内器官正常发挥功能产生影响。②非热效应：电磁场也存在于人体的器官和组织中，尽管很微弱但是这种电磁场是有序且稳定存在的，当有外界的电磁场出现时，就会产生干扰作用，破坏原来的平衡状态，平衡状态被打断会损伤人体的器官和组织。③累积 效应：当人体电磁辐射的上述两种效应影响的时候，会产生自我修复作用，如果下一次的电磁辐射发生在机体完成自我修复之前（人体对外界刺激的承受能力），这种对器官和组织的损伤作用会产生累加，长此以往，人体就长期处于一种病态，严重时甚至会危及生命安全。目前的社会中存在一些长期在电磁辐射环境中工作的群体，虽然有的环境中的电磁辐射可能频率较低或者功率很小，但是也会对人体产生影响甚至诱发病变，所以这些群体需要引起警惕。
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产生影响的主要因素包括以下七个方面，分别为：①辐照时间；②辐射强度，接触电磁辐射的时间越久，强度越强，产生的影响也越大。③常规状态下，随着距离的增大，电磁辐射场强度有迅速减弱的趋势，距离越近，产生的辐射越强，呈现一种反比的状态。④防护措施对于人体的保护作用是很明显的，会降低电磁辐射的影响。⑤辐射波的频段与电磁辐射的影响程度之间是有关联的。一般情况下，频率升高影响加大。但近年来也有研究发现低频也会对人体产生影响。⑥不同器官中大脑和眼球对电磁辐射是最敏感的。⑦对辐射的敏感程度与人体的生理状态、性别、年龄、健康状态甚至营养状态都是有关系的。
2 基站电磁辐射
2.1 基站电磁辐射水平
为了满足信号全面覆盖的要求，修建了越来越多的通信基站，人们对基站发出的电磁波是否对人体产生危害存在疑虑。根据电磁波的概念得知电磁波是一种能量的存在形式，能量的强弱直接决定对环境的影响，物理学中使用发射功率、功率密度、电场强度和磁场强度衡量辐射水平。
2.1.1 发射功率
辐射功率越小，所产生的电场和磁场强度也越小，反之则大，单位是瓦（W）。
2.1.2 功率密度
标量场量S，为穿过与电磁波的能量传播方向垂直的面元的功率除以该面元的面积的值，单位为瓦特每平方米（W/m2）。
2.1.3 电场强度
矢量场量E，其作用在静止的带电粒子上的力等于E与粒子电荷的乘积，其单位为伏特每米（V/m）。
2.1.4 磁场强度
矢量场量H，在给定点，等于磁感应强度除以磁导率，并减去磁化强度，其单位为安培每米（A/m）。
2.2 基站电磁辐射
在基站天线的主瓣轴上，计算电磁辐射的功率密度值，发现反比与天线距离的平方，换句话说在没有遮挡的空间内，某一单独基站的信号随距离增加，呈现指数衰减的趋势。天线主瓣轴在水平面上越向上电磁辐射的强度越大，在主轴方向上与天线的距离越远电磁辐射的强度越小。
用于现场的实际检测时，在基站附近范围里，当位于天线正下方时，测定的数据较小，有时甚至检测不到电磁波的存在，因为在正下方的点只有一些反射波或者绕射波形式的电磁辐射存在；当距离变远的时候，所得到的测量值出现一定程度增加，继续增大后电磁辐射强度又开始出现减小趋势。而在垂直面上，沿天线主瓣轴方向的电磁辐射最强，当减小或者加大高度的时候，电磁辐射都是减小的趋势。图1表示的就是水平面和垂直面电磁辐射的变化曲线。
2.3 基站电磁辐射的理论计算
以《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测 仪器和方法》（HJ/T 10.2一1996）标准中在微波远场轴向上计算PA（功率密度）的计算公式作为参考来对电磁辐射进行理论计算，公式如下：
其中以P来表示发射机的平均功率；天线增益是用G代表的；而r值则指的是天线轴向与测量位置之间的距离（cm）。从上述公式计算出功率密度的数值后，继而可以得到对应的电场强度值E。
在上述公式中，Pd用于表示功率密度（单位用mW/cm2）；电场强 度用E来代表（V/m）。
2.4 基站电磁辐射的实际监测结果及分析
2015年至2016年，抽查重庆市主城十区总共采集300个基站监测样本，其中移动、联通、电信三大运营商每区每运营商各自选取10个基站，每运营商分别选取100个基站样本，涉及基站有2G、3G、4G。监测结果见表1～表3及图2～图4。
从监测数据可以看出，公众能够到达的楼面（地面）或环境敏感点的电场强度值范围为0.21～9.63V/m范围内，等效平面波功率密度值在0.0002～0.2660W/ m2范围内，磁场强度在0.0004～0.0259A/m。原因在于：由于基站架设位置不同（如冒顶、楼顶、女儿墙、山顶等），使得人员可以活动的区域离天线水平距离远近不同；或者是由于基站架设方式的不同（如美化天线、抱杆、灯杆、铁塔等），使得人员可以活动的区域距离天线的垂直高度不同。这样监测位置与天线面板（特别是主射方向）之间的直线距离不同，监测数据就会出现较大差别。不论监测点与天线距离多少，测得的电场强度、等效平面波功率密度和磁场强度最大值均低于《电磁环境控制限值》（GB8702-2014）公众曝露控制限值[2]。
3 基站辐射对人体健康的影响
随着手机用户的增多以及活动范围的扩大，越来越多的通信基站被建立，且基站的位置一般处于城市内部且人口稠密的地方。所以基站辐射对人体健康是否有影响越来越受到重视。
总结国内外的研究结果，大家对于这一问题存在如下看法：①对人体产生危害的电磁辐射需要达到一定强度；②一般用SAR（比吸收率也叫吸收计量率）作为参数来对电磁辐射的能量大小进行评价（定义是在单位质量的生物体内，吸收的电磁辐射的功率大小），用W/kg[3]表示；③对健康影响正比于SAR值，只有当SAR大于一定值时， 才会出现明显影响。电磁辐射环境受到高大建筑物的影响情况：独栋的建筑物对电磁波约减少15 ～20分贝（dB），—道墙大概可以减少5到10分贝（dB），当基站在建筑物的前方的时候由于反射作用会明显增大，不但会出现波峰也会出现波谷，同时也会有绕射波的出现，距离建筑物越远绕射越强，所以场强呈现增大的趋势[4]。
同时在实际情况中，居民都不是正对天线或者近距离接近天线，而且由于基站周围存在的建筑物或者植被等都可以阻挡一部分辐射，同时大气中水汽、悬浮物以及凝结物等都可以降低辐射强度，使辐射在传播过程中衰耗，所以一般建于住宅楼顶的基站天线对室内的居民影响较小。同时不同国家的最新研究显示目前为止还没有出现任何由于电磁辐射而对人体产生危害的确切案例，所以说我们没有必要谈基站而色变。
4 结论
经过上述的数据以及分析可以得出移动通信基站带来的辐射强度实际上是较小的，因为不但功率不大而且与人体的距离也较远，对附近的居民实际的影响效果是很小的，同时经国内外研究发现并没有确切的证据证明基站辐射会对人体产生危害。同时人体和周围的电磁辐射环境之间关系是很复杂的，还有待更深一步的研究。
参考文献
[1]崔亞松，钟儒刚，曾毅.手机辐射对健康的影响[J].国际生物医学工程杂志，2007，30（1）：42-45.
[2]GB8702-2014.电磁环境控制限值[S].
[3]GB9175-1988.环境电磁波卫生标准[S].
[4]邹澎，侯均衡.高大建筑物对EMR环境的影响[J].电波科学学报，1990，（4）：50-54.
收稿日期：2017-10-27
作者简介：肖声（1965-），女，本科，高级工程师，研究方向为环境保护技术咨询、监测。
