移动通信基站电磁辐射环境影响研究——以北京市为例

肖庆超 易海涛 康征

移动通信基站电磁辐射环境影响研究
——以北京市为例

肖庆超 易海涛 康征

近来移动通信基站带来的电磁辐射安全问题成为普遍关注的热点，以北京市的移动通信基站为研究对象，对其产生的电磁辐射以及其对地面环境的电磁辐射进行大量监测，并将监测结果与8 μW/cm2的基站电磁辐射环境管理目标值进行比较研究，结果表明：基站的电磁辐射水平符合标准并且测值整体较低，从区县分布上看，北京市中心城区基站电磁辐射均值相对较高；基站电磁辐射对地面环境的影响非常小，基站的电磁辐射水平控制在较低水平。环评部门在进行基站环评时应关注基站建设与城市规划的相符性，确保基站电磁辐射安全防护距离得到落实。

通信基站；电磁辐射；环境影响；监测；研究

在移动通信业务飞速发展的大背景下，移动通信基站作为整个通信业务的基石，正越来越多地被通信运营商建设起来。人们一方面希望信号越来越好，另一方面又担心电磁辐射污染而排斥基站建设。北京市居民投诉要求拆除移动通信基站的案例时有发生。 随着4G时代的到来，作为开通4G服务的第一批城市之一，北京市的基站建设力度也将继续加大。为此，开展对北京市移动通信基站电磁辐射环境的研究将有助于提高民众对基站辐射的正确认识，同时也有助于环境管理部门更合理的管理基站。

目前针对移动通信基站的电磁辐射研究主要集中于对典型基站环境保护目标处以及地面电磁辐射强度的监测、电磁辐射强度的影响因素、电磁辐射的防护等几个方面。对特定城市整体的移动通信基站的电磁辐射环境影响的研究仍不多见。

本文在北京市全市范围内选取了大量的基站，以其周围50 m范围内人类可达的最不利区域测点监测最大值代表该基站的电磁辐射强度，同时对周围50 m范围内存在基站的地面环境电磁辐射强度进行监测，从而对基站以及地面环境的电磁辐射水平进行分析与研究。

1 移动通信基站电磁辐射

1.1 无线电波

无线电波是指在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，表1给出了部分波段的无线电波谱表。不同的波段有不同的用途，长波主要用在越洋通信、导航；中波用于广播、海上导航；短波用于电话电报通信、广播以及业余电台；移动通信系统采用的是微波波段中的分米波[1]，波长范围为10～102 cm，频率范围为300 MHz～3 GHz。

表1 部分波段无线电波波谱表

1.2 移动通信基站

基站主设备主要由基站控制管理器、基站收发信机、电源和天线设备等四部分组成。空间无线信号的发射与接收都是依靠移动天线设备来实现的，因此天线对于移动通信网络来说，有着举足轻重的作用，移动通信基站电磁辐射的最主要来源就是基站天线。

表征天线性能的主要参数有输入阻抗、驻波比、极化方式、波瓣宽度、增益以及前后比等[2]。天线的增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，这是选择基站天线最重要的参数之一，该参数能定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度，增益越高，电波的传播距离越远。

1.3 电磁辐射对人体的危害

电磁辐射通过热效应、非热效应以及累计效应对人体产生危害[3]。电磁辐射是否对人体产生危害取决于两个因素：一是看电磁辐射频率的高低，二是看电磁辐射功率的大小。只有超过一定允许值而造成辐射污染时，才有可能会对人体带来负面影响。

1.4 辐射的相关标准

电磁辐射的国家标准有2个，一个是《电磁辐射防护规定》（GB 8702 1988），适用于中华人民共和国境内产生电磁辐射污染的一切单位或个人、一切设施或设备；另一个是《环境电磁波卫生标准》（GB 9175 88），适用于一切人群经常居住或活动场所的环境电磁辐射。

《电磁辐射防护规定》（GB 8702 1988）适用的频率范围为100 kHz～300 GHz，其电磁辐射防护限值分为基本限值和导出限值。基本限值指的是直接根据已确定的健康效应而指定的暴露在时变电场、磁场和电磁场下的限值；导出限值是通过基本限值推导计算出来的用来评估实际暴露以确定基本限值是否可能被超过的值。一般来说，基本限值为制定标准时所采用，在实际监测中难以进行，而导出限值方便用来进行监测活动。表2为包含移动通信基站频段的导出限值电场强度、磁场强度、功率密度的标准值，三者存在如下转换关系：

（1）、（2）式中S为功率密度，W/m2；E为电场强度，V/m；H为磁场强度，A/m。通常仅使用功率密度对电磁辐射强度进行度量，其限值为0.4 W/m2，即40 μW/cm2。

表2 《电磁辐射防护规定》（GB 8702 1988）中对应移动通信频段的公众照射导出限值

《环境电磁波卫生标准》（GB 9175 88）对移动通信基站电磁辐射的规定如表3所示。

表3 《环境电磁波卫生标准》（GB 9175 88）中对应移动通信频段的辐射强度分级标准

表3中安全区指的是在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切人群（包括婴儿、孕妇和老弱病残者），均在会受到任何有害影响的区域；中间区指的是该环境电磁波强度下长期居住、工作和生活的一切人群（包括婴儿、孕妇和老弱病残者）可能引起潜在性不良反应的区域。

根据《辐射环境保护管理导则 电磁辐射环境影响评价方法与标准》（HJ/T 10.3 1996）的规定，单个项目影响必须限制以《电磁辐射防护规定》（GB 8702 1988）规定的功率密度的1/5作为评价标准，对于WCDMA移动通信基站来说，取标准规定的功率密度40 μW/cm2的1/5即8 μW/cm2。

1.5 移动通信基站的电磁辐射

1.5.1 移动通信基站的电磁辐射理论分布

根据 《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规定，远场轴向功率密度Pd计算公式如下：

P为发射机平均功率μW；G为天线增益dB；r为天线与被测点距离cm。公式（3）显示，电磁辐射（功率密度）与测点距离的平方成反比。

1.5.2 移动通信基站电磁辐射的影响因素

影响移动通信基站电磁辐射的因素有[4]：

（1）天线架设方式。基站天线的俯仰角、天线挂高以及方位角等决定了基站的主要辐射平面位置，进而决定了哪些位置可能受到最严重的辐射影响。

（2）地形地物。电磁波遇到不同的地形地貌、植被与建筑都可能产生吸收、反射、折射与绕射，从而造成一定程度上的信号衰减。

（3）话务量。张邦俊等[5]通过研究发现一个正常工作日内各时段平均话务量随时间变化在13:00和19:30出现两个峰值。

（4）其他因素。

2 北京市移动通信基站电磁辐射环境的监测

2.1 监测方案

在选定的基站周围50 m范围内天线的主瓣方向上人类可达的最不利区域布点，这里的最不利区域指的是受到天线影响最大的屋顶、阳台、窗口等区域，每个基站设10～18个监测点监测电磁辐射强度，根据监测结果判断基站电磁辐射是否符合国家标准规定的8 μW/cm2基站电磁辐射环境管理目标值，并根据其大小评估基站的电磁辐射水平。在全市范围内选取了2 381个基站共34 440个点位进行基站监测，各区县选取的基站数如表4所示。

表4 北京市各区县选取的基站数

2.2 监测规范

移动通信基站的监测参照《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（试行）进行，监测结果的评价参照《电磁辐射防护规定》（GB 8702 88）。

监测采用的仪器经过计量部门检定与校准，相关参数如表5所示。

表5 辐射测量仪的基本参数

测量仪器监测值为仪器频率范围内所有频率点上场强的综合值。监测进行的是非选频测量，监测时间尽量在话务量最大的13:00进行。监测气象条件为无雨雪；风力小于3级；相对湿度小于80%；环境温度为0～50℃。

3 移动通信基站电磁辐射监测结果分析

3.1 北京市的总体情况

本文以移动通信基站周围50 m范围内最不利区域测点监测的最大值代表该基站的电磁辐射水平。由表6可见，北京市移动通信基站电磁辐射监测的最大值是7.56 μW/ cm2，均值是1.41 μW/cm2，均低于8 μW/cm2的环境管理目标值。图1是对移动通信基站电磁辐射监测结果的分段统计，可见有59%的监测值位于1.00 μW/cm2以下，而小于4.00 μW/cm2监测值就占到了90%，仅有10%的基站辐射值大于4.00 μW/cm2。综合上面数据分析，可以看出整体上北京市移动通信基站的电磁辐射均符合8 μW/cm2的环境管理目标值，且控制在一个较低的水平。

表6 北京市移动通信基站监测以及环境中移动通信基站电磁辐射监测结果统计

3.2 区县分布情况

将各区县移动通信基站电磁辐射监测值均值对比分析，见图2。

图1 北京市移动通信基站测值分段统计

图2 北京市各区县移动通信基站监测均值的分布图

如图2所示，各区县移动通信基站监测均值在分布上呈现出明显的特点：基站电磁辐射监测值均值最高的是中心城区东城区、西城区、海淀区和朝阳区，而在比较偏远的远郊区县，基站辐射水平较低。

结合1.5.2介绍的移动通信基站电磁辐射的影响因素，分析原因有如下几点：其一，城区基站周边环境更为复杂，监测值更多地包含了其他源产生的电磁辐射的影响；其二，城区基站一般建设在人口较为密集的居民区或者商业区，因此城区基站话务量相对较多，工作负荷相对较大，相应的基站发射功率也就较大，故整体上，电磁辐射的监测值也就相应变大；其三，由于城区基站建设较密集，一个站址可能存在多家运营商的天线或是一家运营商的多组天线，在这些天线产生的电磁辐射会相互叠加，从而使得监测值增大。郊区由于空旷地域较多， 基站密度很低， 天线的相互影响变小，监测值相对变低。

4 移动通信基站电磁辐射对地面环境的影响

由于广场、步行街、菜市场、集贸市场等区域人口密度会非常高，人们也较为担心在这些区域进行活动可能受到来自移动通信基站的电磁辐射对健康产生的危害。因此，有必要对移动通信基站对地面环境产生的影响进行研究。本文在北京全市范围内选取周围50 m范围内存在基站的小区绿地、广场、集贸市场等地布设测点，要求测点在基站天线的主瓣方向上，且测点与天线之间无遮挡，测点周围无输变电设备等对测点测值可能产生影响的因素。总计在北京市选取了1 757个测点，各区县布设的测点数如表7所示。

监测结果分段统计如图3所示，统计值如表8所示，综合分析可以看出，地面环境电磁辐射监测最大值是3.18 μW/cm2，均值是0.12 μW/cm2，均符合8 μW/cm2的环境管理目标值。从图3还可以看出，虽然最大值达到了3.18 μW/cm2，可是监测值大于1 μW/cm2的测点数仅仅只占了测点总数的0.97%，由此可见地面环境受到基站产生的电磁辐射水平控制在了一个非常低的水平。分析原因主要是测点位于地面，由于与天线存在高差，所以受到基站天线水平辐射的影响有限，因此监测值普遍较低。

表7 北京市各区县地面环境电磁辐射监测布设测点数

图3 北京市移动通信基站地面测点电磁辐射监测值分段统计

表8 北京市移动通信基站地面测点电磁辐射监测值统计量

结语

本文以北京市为例研究了移动通信基站的电磁辐射环境影响，通过监测发现北京市移动通信基站产生的电磁辐射总体上控制较好，整体上看，北京市中心城区移动通信基站电磁辐射的监测均值相对郊区较高。通过对地面环境的基站电磁辐射进行监测可以发现，基站电磁辐射对地面环境的影响更加小。由于监测使用的仪器还可以测到一些非基站产生的电磁辐射，因此，基站的电磁辐射对周围环境的影响更小。通过对基站周围人类可达区域的监测以及基站对地面环境的影响监测两方面的结果与分析，可以看出，基站的电磁辐射水平控制是较好的，没有必要对基站的电磁辐射产生过分的焦虑与恐惧。而对于移动通信基站建设项目的环境影响评价来说，评价人员应该十分注意基站的选址与城市规划的相符性，以确保基站电磁辐射的安全防护距离。

[1] 李东伟, 李东兴, 陈潜. 移动通信基站电磁辐射的危害[J]. 移动通信, 2012(9): 35-36.

[2] 刘英, 龚书喜. 移动通信系统中的天线[M]. 第1版. 北京: 电子工业出版社, 2011: 8-17.

[3] 罗穆夏, 张普选, 马晓薇. 电磁辐射与电磁防护[J]. 中国个体防护装备, 2009(5): 27.

[4] 张海鸥, 潘超, 夏远芬, 等. 移动通信基站电磁辐射时空分布及衰减特征[J]. 电力环境保护, 2009, 25(4): 57.

[5] 张邦俊, 张莉, 翟国庆, 等. 移动基站近距离区域电磁辐射污染分布特征[J]. 中国环境科学, 2002, 22(6): 565-568.

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2095-6444(2014)05-0051-04

2014-06-27

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