移動通信基站電磁環(huán)境屏蔽防護實例

倪偉冬+樓淑芬

摘要：指出了隨著移動通信技術(shù)發(fā)展，移動通信基站的網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離越來越小，這就要求移動通信基站的建設(shè)愈加密集。在人口密集區(qū)，為了移動信號的覆蓋，移動通信建設(shè)單位可能會將基站天線安裝在高層居民樓的中間樓層房間的陽臺或窗口。通過一個實例，探討了用普通鍍鋅鐵皮進行電磁輻射防護的可行性。

關(guān)鍵詞：移動通信基站；室內(nèi)天線；屏蔽防護；電磁輻射影響

中圖分類號：U463.68 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）2-0057-02

1 引言

在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，電子產(chǎn)品給人類帶來了巨大的便利，同時，電磁輻射造成的污染也成了人類面臨的又一大環(huán)境問題。電磁污染已經(jīng)成為世界性公害，世界衛(wèi)生組織已將其列為繼水污染、大氣污染、噪聲污染之后的第四大污染。聯(lián)合國人類環(huán)境會議也已將其列為環(huán)境保護項目之一[1]。

隨著移動通信用戶的日益增加，移動通信基站的建設(shè)越來越密集。在市區(qū)，由于話務(wù)量大、基站多，為防止基站之間相互干擾以及單個基站容量飽和問題，設(shè)計覆蓋距離一般在100～200 m左右。同時，因民眾對基站運行所帶來的電磁環(huán)境影響的擔(dān)憂，使移動通信基站的選址愈發(fā)困難。移動基站建設(shè)單位一方面為達到信號覆蓋要求，另一方面為減少對附近居民的景觀影響，可能會將移動通信基站的設(shè)備安裝在房間內(nèi)，發(fā)射天線安裝在陽臺或房間窗口。此類基站的發(fā)射天線主射方向朝外，但天線背面仍有部分電磁波產(chǎn)生，如果天線位置安裝不合理，則背面產(chǎn)生的電磁波將透過墻壁對鄰近房間產(chǎn)生較大的電磁環(huán)境影響。筆者通過對安裝在房間內(nèi)的基站在采取屏蔽措施前后進行射頻綜合場強實測，探究此類基站的屏蔽防護。

2 移動通信基站的電磁輻射

電磁輻射是指能量以電磁波的形式在空間傳播的現(xiàn)象。電磁輻射是能量流，看不見、摸不著、聽不到的，但是電磁輻射可能干擾電子設(shè)備，還可能對生物體產(chǎn)生損害，形成電磁環(huán)境污染。

移動基站運行時，其發(fā)射天線將饋線中的高頻電磁能轉(zhuǎn)化成為自由空間的電磁波，電磁波承載著能量向周圍空間傳播，形成電磁輻射。移動通信基站天線一般采用雙頻雙極化定向基站天線，天線增益在15～17dBi之間，天線的前后比約為17～30dB[2]。移動通信基站的發(fā)射頻率在800～2500 MHz之間。根據(jù)《電磁環(huán)境控制限值》規(guī)定與《電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)》的要求，移動通信基站公眾照射導(dǎo)出限值是電場強度12V/m（功率密度40μW/cm2），單個基站的電場強度管理限值是電場強度5.4 V/m（功率密度40μW/cm2）。

3 電磁輻射影響

電磁輻射的主要危害有熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和累計效應(yīng)[3～5]。

（1）熱效應(yīng)。在高強度電磁波照射下，人體吸收輻射能量，在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱量，產(chǎn)生生物效應(yīng)。人體70%以上是水，水分子受到電磁輻射后相互摩擦，引起機體升溫，從而影響體內(nèi)器官的正常工作。產(chǎn)生熱效應(yīng)的電磁波功率密度為10 MW/cm2，微觀致熱效應(yīng)為1～5 MW/cm2，淺致熱效應(yīng)為10 MW/cm2以下。當(dāng)功率為1000 W的微波直接照射人時，可在幾秒內(nèi)致人死亡。

（2）非熱效應(yīng)。人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩(wěn)定和有序的，一旦受到外界電磁場的干擾，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場將遭到破壞，人體也會遭受損害。這主要是低頻電磁波產(chǎn)生的影響，即人體被電磁輻射照射后，體溫并未明顯升高，但已經(jīng)干擾了人體的固有微弱電磁場，使血液、淋巴液和細(xì)胞原生質(zhì)發(fā)生改變，對人體造成嚴(yán)重危害，可導(dǎo)致胎兒畸形或孕婦自然流產(chǎn)，以能影響人體的循環(huán)、免疫、生殖和代謝功能等。

（3）累積效應(yīng)。熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用于人體后，對人體的傷害尚未來得及自我修復(fù)之前（通常所說的人體承受力—內(nèi)抗力），再次受到電磁波輻射的話，其傷害程度就會發(fā)生累積，久之會成為永久性病態(tài)，危及生命。

我國對移動通信基站產(chǎn)生的電磁環(huán)境功率密度公眾照射導(dǎo)出限值為40μW/cm2，該值遠(yuǎn)低于微觀致熱效應(yīng)值1MW/cm2，但為減少非熱效應(yīng)的影響，同時從防護最優(yōu)化的角度考慮，對部分移動通信基站天線發(fā)射電磁波所致環(huán)境電磁場功率密度明顯升高的關(guān)心點位應(yīng)采取必要的防護措施。

4 電磁輻射屏蔽原理

電磁輻射的防護一般有距離防護和屏蔽防護。

電磁屏蔽的作用是減弱由移動通信基站發(fā)射的電磁波從某一區(qū)域向另一區(qū)域輻射而產(chǎn)生的危害。電磁屏蔽原理是采用低電阻的導(dǎo)體材料，利用導(dǎo)體材料對電磁能流具有反射和引導(dǎo)作用，在導(dǎo)體材料內(nèi)部產(chǎn)生與源電磁場相反的電流和磁極化，從而減弱源電磁場的輻射效果，通常用屏蔽效能（SE）來表示[4]。所謂屏蔽效能就是指沒有屏蔽時入射或反射電磁波，與在同一地點經(jīng)屏蔽后反射或透射電磁波的比值，即為屏蔽材料對電磁信號的衰減值，單位為dB。電磁波傳播達到屏蔽材料表面時，通常有入射表面反射衰減、材料內(nèi)部的吸收衰減和材料內(nèi)部多次反射衰減等三種衰變機理。

鐵皮是良導(dǎo)體，由于其價格低廉、制作方便，可根據(jù)環(huán)境需求設(shè)計成不同的外形，故在移動通信基站電磁輻射防護中可廣泛應(yīng)用。

5 典型基站監(jiān)測

選取的典型基站位于寧波某小區(qū)1301室內(nèi)，有中國移動GSM900和LTE_F發(fā)射設(shè)備各一套。天線均為定向發(fā)射天線，天線增益均為17 dB，基站發(fā)射功率均為20 W。1301室的平面布置及基站位置見圖1，除安裝天線的房間外，其余房間均有人員活動。圖1中，北臥室東墻是普通多孔磚墻，墻面高3 m，寬4 m。為減弱基站產(chǎn)生的電磁輻射對房間內(nèi)人員的影響，建設(shè)單位在北臥室東墻的整面墻體安裝了1 mm厚的鍍鋅鐵皮，在南側(cè)美化天線除主射方向外其余三側(cè)安裝了1 mm厚的鍍鋅鐵皮，所有屏蔽材料均有接地處理。使用德國narda公司生產(chǎn)的NBM550射頻綜合場強儀對1301室整改前后分別進行檢測，結(jié)果見表1。

由表1的檢測結(jié)果可知，在未采取屏蔽措施時，天線背面射頻綜合場強測量值已超過單個基站的管理限值5.4V/m；在采取屏蔽措施后，各檢測點位的測量值較之前有明顯降低，故采取鍍鋅鐵皮作為移動通信基站電磁輻射的屏蔽材料是有效的。

6 結(jié)語

隨著移動基站數(shù)量不斷增加，以及民眾對移動通信基站產(chǎn)生的電磁輻射日益關(guān)注，移動基站的選址會更加隱蔽。建造在小區(qū)樓頂、小區(qū)房間內(nèi)的移動基站建設(shè)單位應(yīng)從民眾健康角度出發(fā)，在滿足移動信號覆蓋需求的同時，做好移動通信基站的防護。針對建設(shè)在房間和屋頂?shù)囊苿油ㄐ呕窘ㄗh做好以下幾點。

（1）天線的主射方向要避開鄰近的建筑物窗口和陽臺等目標(biāo)。

（2）天線背面盡量避開隔壁有人居住的房間。無法避開時，天線背面的墻壁可安裝1mm厚鍍鋅鐵皮進行防護。

（3）當(dāng)天線安裝在經(jīng)常有人活動的屋頂平臺上時，建議對天線進行美化處理，除天線主射方向外，其余各側(cè)均應(yīng)采取屏蔽防護措施。

參考文獻：

[1]張淑琴.電磁輻射的危害與防護[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2008，34（3）：30～33.

[2]李 衛(wèi)， 郭 驊.淺談移動通信基站天線系統(tǒng)設(shè)計[J].無線通信，2003（8）：10～18.

[3]王建忠，朱紀(jì)磊，支 浩.電磁輻射及其防護材料[J].材料導(dǎo)報， 2013，27（4）：51～52.

[4]賴祖武.電磁屏蔽的理論基礎(chǔ)[M].北京：原子能出版社，1993.

The Case of Electromagnetic Shielding Protection of

Mobile Communication Base Station

Ni Weidong1，Lou Shufen2

（1.Zhejiang Guofu Environmental Protection Technology Co.Ltd.， Hangzhou，Zhejiang310011，China；

2. Zhejiang Radiation Environmental Monitoring Center， Hangzhou，Zhejiang 310012，China）

Abstract： With the development of mobile communication technology， the network range of 3G and 4G mobile communication base station is getting smaller and smaller. The construction of the base station is required to be more intensive. Some telecommunication companies may install the base station in a room or on the balcony to satisfy coverage of mobile signal. This article discussed using tin to shield the electromagnetic through an application case.

Key words： mobile communication base station； indoor cabinet； shielding protection； influence of electromagnetic radiation