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无线通信的电磁辐射与人体健康

浏览:11040  来源:通信人在线  日期:2023-03-14

随着无线电通信技术的迅速发展,无线通信设备的安全性,尤其是其电磁辐射与人体组织交互作用的潜在危害性引起了人们的高度关注。其实,现代人们都生活在无处不在的电磁波环境之中。如电闪雷击、太阳黑子活动、大气、宇宙等都产生电磁波,这是来自自然的电磁波现象;而人为的电磁波主要来源于无线电发射设备、工业设备和医疗设备,如广播电台、无线通信电台、手持移动电话、氦弧焊机、交流高压输电线、汽车点火器、荧光灯、微波炉、电动机、电视机、计算机等等都会产生电磁波。实际上,在地球上的任何地方,无论白天还是黑夜都存在着各种频率、强度不一、看不见、摸不着又闻不到的电磁波。因此,我们需要仔细、深入地研究这个问题,精确量化这些电磁辐射对人的交互作用,确定他们是否遵循相关的安全标准。

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一、电磁辐射及对人体健康的影响

1无线电波与电磁辐射

电磁波向空中发射或泄漏的现象叫电磁辐射,过量的电磁辐射就造成了电磁污染。目前电磁辐射的来源主要来自高频感应加热方面、高频介质加热方面、微波方面、生活方面和信号发射设备等几个方面,具体详见表1-1

1-1:电磁辐射的主要来源

而对于无线电通信而言,根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》,广播使用的主要是中波和短波,而毫米波、厘米波和分米波又统称微波,如卫星通信、微波中继通信、移动通信等则使用的是微波频段。目前与人们形影不离的移动通信GSM/CDMA使用的是890~954MHz3G使用的是1920~2170MHz4G使用到2700MHz,都属于微波频段中的分米波;5G可使用到毫米波段。通常,在考虑到电磁辐射的危害时,往往是指定在100kHz~300GHz范围内。

2电磁辐射对人体健康的影响

由上介绍可知,电磁辐射无处不在,人们已生活在电磁辐射环境之中。通过研究,电磁辐射可以对人体产生作用,其机理是一种将辐射能转化为热能的过程。在能量转换过程中,对人体生物组织导致健康的危害,以至于发生病变。当然这种危害取决于辐射频段、辐射能量、暴露的时长、暴露的生物组织部位等等种种因素。但只要对这些因素进行控制,限制人体吸收的剂量,对人们健康的影响就可以忽略不计。在这里关键是控制电磁辐射的各种场量。

关于电磁辐射对人体健康的影响机理,在国际非电离性照射保护委员会(ICNIRP)的《限制暴露于电磁场的导则》中有专门的分析介绍。

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二、电磁辐射的量

关于电磁辐射对环境或对人体的影响,相对于电磁辐射的量有下述两种表示方式:

1、电磁辐射强度

我们知道电磁辐射其实是一种能量,它对环境的影响大小主要取决于能量的强弱。用来表示其强度大小的场量及单位主要有:功率(W)、功率密度(W/m2μW/cm2)、电场强度(V/m)、磁场强度(A/m)、磁感应强度(TGs)等。当然,这些场量相对于天线的输出功率时正比的,相对于传播距离是成反比的。

注意,这些场量不可避免的分布在自然环境中的,当然其不可避免的会否人体机体产生影响,影响到人类的健康。其影响程度关键在于在一定时间下,被人体吸收的场量剂量大小,当人体生物组织吸收的场量剂量不超过规定的限值时,其认为电磁辐射时安全的。衡量被人体生物组织吸收的场量剂量大小即比吸收率(SAR)的概念。

2、比吸收率SAR

比吸收率(SARSpecific Absorption Rate)是用来衡量电磁辐射对人体作用的大小。比吸收率(SAR)被国际非电离性照射保护委员会(ICNIRP)定义为:为因热产生的增量能量(δW),被增量质量(δm)消散或者吸收的时间导数,增量质量又可以表示为增加体积(δV)乘以密度(ρkg/m3)。比吸收率(SAR)被我国国家标准GB 21288定义为:生物组织单位时间(dt)单位质量(dmρdV)所吸收的电磁波能量(dW)。

因此,SAR即吸收计量率,其单位为每千克瓦特(W/kg)。它是以热效应和热交换原则为依据的。显然它与地磁辐射场量的能量是成正比的。SAR值测量系统由人体模型、测量仪表、探针、机械臂等组成。计量是在人体模型内倒入专用测试液体,液体的电磁性与人体的电磁性一致;将发射源紧贴模型放置,设置好发射源的发射功率,由机械臂带动探针在液体内运动,自动测量场强E,由下式就可以计算出SAR的值,式中E为场强;δ为介电常数;ρ为液体密度。

SAR = E2δ/ρ

上式中,是将生物组织或器官的介电性能通常被认为是介电损耗材料和磁透明材料,因为其相对磁导率(μr)为1。总体来说,总能量吸收和身体核心温度的关系与频率无关。然而,在高于几个GHz的频段,由于空气对流、表面辐射和血液中的热量传递,在相同的全身平均SAR下,身体核心温度不会像低频下那样升高那么多。下表2-2给出了在6~300GHz频段时人类皮肤组织的穿透深度与频率的关系。

2-2:人类皮肤组织的穿透深度与频率的关系(6~300GHz

三、电磁辐射限值规定

1、国际上SAR值的规定

在国际上,国际非电离性照射保护委员会(ICNIRP)、美国联邦通信委员会(FCC)、美国电气与电子工程师协会(IEEE)等机构先后制定了电磁辐射对人体作用的衡量技术标准。下表3-1给出了ICNIRP、欧洲和美国的相关电磁辐射SAR的限值标准要求(公众暴露)。

3-1:国际上SAR限值的规定

2、我国SAR值的规定

我国经过大量的调查和动物实验,以在可能对人的各种器官产生危害之前就加以防止,即对任何人“无作用”的原则出发,早期使用的SAR值标准是国家环境保护局制定的国家标准GB 8702-1988《电磁辐射防护规定》的规定。规定中给出了职业照射和公众照射两种SAR限值,详见下表3-2-1。但GB 87022014年进行了修订,修订后取消了职业照射限值的要求,也没有再给出SAR限值要求,只是给出了公众照射的各种场量参数的方均根值限制要求。

3-2-1:我国SAR值的规定(仅供了解)

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3-2的限值要求比较严苛,在GB 8702-2014没有给出SAR限值要求,但在GB 21288标准中给出了移动通信终端电磁辐射暴露限值要求时,规定公众暴露的SAR限值为不超过2W/kg(头部和躯干)。

欲详细了解GB 21288标准具体规定要求的请进入

对于移动通信终端,GB 21288标准是给出了SAR限值要求。而对于移动通信基站,我国通信行业标准YD/T 5202《移动通信基站安全防护技术暂行规定》给出的是各种场量(电场强度、磁场强度、功率密度等)的限值要求。

欲详细了解YD/T 52028标准具体规定要求的请进入

另外,SAR的测量是在屏蔽室中进行的,而我们生活的空间无线电波复杂程度远远超过屏蔽室,这使人们比较难以接受SAR的概念。在早期,我国卫生部为了控制电磁波对环境的污染、保护人民健康、促进电磁技术发展,而制订了国家标准GB 9175-1988《环境电磁波卫生标准》。但是GB 9175-1988已被GB 8702-2014所代替了。

已废止的GB 9175-1988没有沿用国际流行的SAR标准,而是采用功率密度μW/cm2(对微波频段)和电场强度V/m(其它波段)作参数。适用于一切人群经常居住和活动场所的环境电磁辐射,不包括职业辐射和射频、微波治疗需要的辐射。将环境电磁波容许辐射强度标准分为两级(安全区和中间区),具体参见下表3-2-2,仅供参考。

3-2-2:我国环境电磁波许可辐射强度分级标准(仅供了解)

我国制订的这个国家标准相对其他国家标准是比较严格的。欧洲大部分国家现在都是200μW/cm2,美国1982年颁布的标准是3000μW/cm2,比我国要宽松75倍,足已证明我国政府在有关电磁辐射环境保护方面是极其负责的。

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附录
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