公众电磁辐射与防护的研究

手机和基站的电磁辐射会不会危害人体健康？公众对此非常关心，国内媒体充斥着形形色色的专家建议。事实上，国外发达国家和国际组织对此已经有过多年的研究，结论是手机和基站的电磁辐射与脑瘤白血病等疾病无关，日常生活中的电磁辐射对人体健康没有危害，这已是科学界的共识。

为什么公众会恐惧电磁辐射？主要有两个认识误区：一是混淆了电离辐射与电磁辐射的区别，高强度X射线等电离辐射的确会打破人体组织的化学键，从而对人体造成伤害，而电磁辐射的强度很低，并不会造成同样的危害；二是对电磁辐射非热效应的忧虑，电磁辐射的确会有热效应，电磁炉所利用的就是热效应，但严谨的科学实验并不支持电磁辐射的非热效应，科学界也不支持改变人体DNA或杀精等非热效应的说法。

世界卫生组织等国际权威机构只承认电磁辐射热效应的潜在危害，各个国家和国际组织制定了公众电磁辐射的限值标准，虽然具体数值并不相同，但计量方法和数值单位是统一的。有两种世界通用的计量标准，分别是功率密度标准和比吸收率标准。

1、功率密度标准

功率密度指的是单位面积所接收到的辐射功率，它所测量的是信号强度，可以用电场强度和磁场强度来表示，但更普遍采用的是功率密度。下图是我国现行的国家标准《电磁环境控制限值》（GB8702-2014）中对公众照射限值的规定，手机和基站的频率属于30MHz～30000MHz这个范围。

表1 公众曝露控制限值

手机的峰值功率2W，美国电气电子工程师协会IEEE不考虑发射功率7W以下的安全问题，美国联邦通信委员会FCC对手机900MHz频段规定的辐射限值为6W/m²，比我国的0.4W/m²宽松了15倍。

我国现行的电磁辐射限制标准是国际上最严格的标准之一，通信公司建基站和国家环保部的检查，依据的就是这个标准。国家环保部曾监督测试过上千部基站，结果表明：射频功率为20瓦的基站，距天线前10米的功率密度是0.006W/m²，远低于苛刻的中国限值标准。

手机和基站电磁辐射的公众恐慌，究其原因与运营商有关，当初推广CDMA手机时，某运营商打出了“绿色手机”的伪概念，拿低辐射作为卖点，用欺骗公众的手段来提高竞争力。其实CDMA手机的辐射功率并不比GSM小，GSM手机峰值功率2W，实际使用过程中，只在1/8的时间发射，所以最大平均功率为250mW，而CDMA是连续发射的，最大平均功率也约为250mW，两种差别不大。

虽然GSM和CDMA两种手机的最大平均功率均在250mW左右，但实际发射功率会远低于这个水准，这源于基站对手机功率的自动控制机制。由于手机距离基站的远近不同，手机辐射相同的功率，基站接收到近处手机的信号功率就强，接收到远处手机的信号功率就弱。手机自己不知道距离基站的远近，开头会采用最大功率发射，基站收到后会向手机发送逐阶降低发射功率的指令，1秒钟内会发送几十到几百次指令，处于近处的手机会在极短的时间时把发射功率调整到很低的水平，例如0.02W。

现在运营商已经为当初的辐射谣言付出了代价，有些地方的基站很难进入小区，到处被居民驱赶，把基站伪装成灯杆和大树的招数也不灵了。运营商打着虚假的绿色旗号搞促销，这就是典型的饮鸠止渴。

2、比吸收率标准

比吸收率（SAR）的定义是：给定密度的体积微元内质量微元所吸收的能量微元对时间的微分值，即单位时间和单位生物体质量所吸收的电磁能量，单位是W/kg。

与功率密度标准相比，比吸收率更多地考虑了人体情况，应该是更值得参考的标准，但它却很难以操作，需要人体模型来配合，后续的算法也非常复杂，而功率密度标准的检验很简单，拿个场强仪或频谱分析仪就可以测量，

美国辐射保护与测量委员会NCRP和美国电气电子工程师协会IEEE所制定的美标为SAR≤1.6W/kg，国际非电离辐射防护委员会ICNIRP制定的欧标为SAR≤2.0W/kg，其中欧标是世界卫生组织WHO推荐的标准。我国的《移动电话电磁辐射局部曝露限值》（GB21288-2007），主要内容只有一页纸，其实就说了一句话：我国遵从世卫组织推荐的欧标2.0W/kg标准。

有了标准还得有检测方法，现行方法依据的是中国人民共和国通信行业标准YD/T 1644.1-2007手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体的电磁照射--人体模型、仪器和规程，该标准的第1部分：靠近耳边使用的手持式无线通信设备的SAR评估规程（频率范围300MHz~3GHz），第2部分：手持和身体配戴设备在人体头部和身体内的SAR评估规程（频率范围300MHz~6GHz）。

测试头颅内部所吸收的电磁能量，这当然不能做活体实验，通常是制作一个跟头颅形状、密度、介电常数相当的标准人头模型。上述的标准对模型进行了规范化，以保证测量结果的一致性和可比性。标准中要求用糖盐为主的悬浮液来模拟头部的组织液，手机有贴脸和倾斜两种标准测试位置，对信号频率和功率、探头规格、测试程序等也都有着一整套的规范。

这个标准内容非常详尽，共参考了65篇欧美国家的相关标准和文献。但实际的内容基本都是移植于欧美的相关标准。有趣的是，我国标准中所采用的头部模型数据，居然来自1988年的美国军人的人体测量报告，这倒是与美国的相关标准完全一致。

标准中，根据美国男军人头部尺寸的统计数据，将成年男子的头部按从小到大的次序分成1到10号，1号最小10号最大，模型选择了9号，考虑到妇女儿童的头部尺寸肯定比9号小，这样就可以保证所有使用者有超过90%的人的头部比模型小，会遭受更低的辐射，从而使基于这个9号模型所得到的SAR标准是保守和安全的。

在人头模型中测量用的探头是一个接收天线，接收的是电磁辐射能量，得到测试数据后，还要经过复杂的算法处理才能得到SAR的值，探头天线要根据不同频段进行精度校准，其测量步骤和数据推算有着严格的专业要求。

根据以往的测试结果，手机辐射在头部引起的最大温升为0.194摄氏度，按照IEEE的安全标准，人体内局部温度升高的阈值为不超过3.5摄氏度，若人体正常温度是36.5摄氏度，局部温度不能高过40摄氏度，而手机辐射对正常体温者所能引起的最高温度还不到37摄氏度，当然是无关紧要的，而且人类还可通过本身的体液流动来调节自身局部的温度。

SAR与手机的制式（例如GSM或CDMA）没有关系，国外许多实验室多年的研究资料表明，SAR与功率密度也没有换算关系，但在国内常常将两者比较，以期定性地说明问题。

2012年4月23日，美国联邦通信委员会FCC发布了关于RF曝露和SAR符合性要求的6个KDB文件的修订草案，其中KDB865664是关于100MHz～6GHz的SAR测试的，这次修订主要是顺应LTE等新一代移动通信规范中无线电信号频率上升到700MHz～6GHz的客观要求，而以前的所考虑的无线电信号主要是2GHz以下的。

新文件有三个主要变化：一是原2GHz以下信号使用的插入头部模型中的天线直径为6mm~7mm，现在信号频率变高波长相应缩短，天线直径变为3mm~4mm，在接近6GHz时需要使用直径1.5mm的天线。二是由于信号的频带变宽，单探头就不再适合，分离多探头就成为了未来测试的趋势。三是头部模型中的模拟液，以前的糖盐液体不再适合1G以上的信号，需要使用矿物油、甘油等新型混合液体。

我国《移动电话电磁辐射局部曝露限值》（GB21288-2007）标准的最后一条对移动电话产品的标识提出了要求，应在说明书中以黑体字表示产品的SAR，并鼓励在产品外包装上标明SAR的最大值。测量一个产品的SAR是个专业性很强的复杂过程，能有这个能力的科研机构并不多，而且必须要有国家授予的检测资质。

3、新国标的变化

新国标的名称为《电磁环境控制限值》，与被替代的旧国标《电磁辐射防护规定》不同，把“防护规定”这个较强的保护人体健康的字眼去掉了，变成了“控制限值”。近几十年的电磁辐射医学研究普遍并不支持电磁辐射与影响人体健康的相关性，认为并不需要刻意的防护，新国标名称的改变减弱了保护人体健康的意味。

旧国标中的电磁管理内容要求是比较严格的，例如要求新建或新购置的电磁辐射体运行后，必须实地测量电磁辐射场的空间分布，必要时以实测为基础划出防护带，并设计警戒符号，类似的严格管理要求一共有八条，而这些在新国标中全部删除了，这意味着全面放开了对电磁辐射的管理要求。

新国标中的电磁场等效辐射功率是延续旧版本的，手机基站功率一般40W以下，这当然属于豁免管理的设备，并不需要向管理部门报批。除此以外，还新增了对高压变电设施的规定，100KV以下的都豁免管理了，这实际上就是给电力部门松了绑。

新国标增加了1Hz~100KHz的公众曝露控制限值，这种低频辐射限值在旧国标中是没有的，这种增加并不意味着医学研究发现低频辐射对人体有害了，而是因为近年来高铁等新生的低频低功率辐射体已经出现，相应的争端将会出现，如果没有国家标准的话就会无据可依，先把标准明确出来是明智的做法。

通过新旧国标的对比可以很清楚地看出，政府部门对电磁辐射的看法已经发生了变化，认定了日常中的电磁辐射并不会危害健康，这源于发达国家持续几十年不间断的医学研究成果，源于世界卫生组织、美国联邦通信委员会、美国辐射保护与测量委员会、美国电气电子工程师协会等众多国际知名组织机构的结论。

从未来发展来看，手机上网的速率越来越快，因此需要越来越大的带宽，手机基站的频率会越来越高，其穿透性和绕射性越来越差，布设密度更大且单个覆盖面积更小的微基站会成为潮流。基站越小则发射功率越小，基站密度越大则手机发射功率也越小，所以说公众承受的辐射程度会越来越小，而不是越来越大。根据国际电信联盟的研究报告，将来进入5G后，更加小巧的微微基站会逐渐成为主流，一个楼里就可能有好几个，使得空中的电磁频谱变得更加地均匀和微弱。

日常生活中的电磁辐射，以前不是健康问题，今后也不会是，但电磁辐射恐惧的社会影响是确实存在的，不仅使人们承担了无谓的精神损失，还影响了相应工程的建设，从而造成了全社会的损失。宣传和解读国家标准，破解电磁辐射的流言，是通信专业人士应尽的义务。

作者：军械工程学院 张弛 许鑫

【参考文献】

1．电磁辐射防护规定GB8702-88
2．电磁环境控制限值GB8702-2014
3．移动电话电磁辐射局部曝露限值GB21288-2007
4．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
5．电磁环境公众曝露控制限值（征求意见）修订GB8702-88
6．手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体的电磁照射--人体模型、仪器和规程第1部分：靠近耳边使用的手持式无线通信设备的SAR评估规程（频率范围300MHz~3GHz）YD/T 1644.1-2007
7．SAR Measurement Requirements for 100MHz to 6GHz(KDB865664, Federal Communicantions Commission Office of Engineering and Technology)
8．中国泰尔实验室：手机电磁辐射研究报告
9．中国泰尔实验室：基站电磁辐射研究报告
10．手机辐射导致大脑温度升高的研究，赵志华，信息技术，2008年第8期
11．人体对手机辐射吸收剂量的仿真研究，王曼珠，电子科技大学学报，2008年第2期
12．手机及基站远场辐射安全距离计算，姚立杰，安全与电磁兼容，2012年第3期
13．各国移动电话比吸收率SAR标准介绍与SAR值数据分析，石颖，环境工程，2011年第29卷增刊

本文刊登于微波射频网旗下《微波射频技术》杂志 2016电磁兼容专刊，未经允许谢绝转载。