基站與終端電磁暴露研究

常天宇，武 涵，李 彬

（國家無線電監測中心檢測中心，北京 100041）

1 基站對人體的影響

圖1 基站對人體的影響

實際環境空間損耗：（能量擴散損耗+衰落）

Ls=32.4+20lg（fmhz）+20lg（dkm）+f（environment）

式中，f（environment）是環境造成的衰落比如雨衰，建筑物遮擋等。

到達人體的功率：

需要注意的是，公式中表面上自由空間損耗部分（擴散損耗）和頻率相關，但該公式是根據接收天線（取決于實際接收天線參數，理論上擴散損耗是和頻率無關的），人體不能類比于天線，故擴散損耗與頻率無關，但是環境影響和頻率正相關（高頻電磁波衍射繞射能力差，故損耗越大）。

可見：基站發射信號到達人體的電磁能量很小（實測距離基站20m 附近場強為3v/m 左右，低于國家標準限值5.4v/m）。

2 便攜設備對人體局部的影響

圖2 便攜設備對人體的影響

便攜電子產品對人體的影響比基站大很多。比如手機通信過程中需要和基站建立連接發送數據包。此時靠近人體衡量近場輻射指標稱為比吸收率SAR，單位W/kg 表示人體所吸收的電磁能量在任意連續6分鐘內取平均得到的功率。

微觀角度看當交變電磁場作用于人體極性分子（水）或者某些離子時，受電場影響，這些粒子運動過程中碰撞摩擦產生熱量，即SAR 宏觀上體現的是熱效應，使分子震動（類似于微波爐加熱原理）。

有損媒介中的電磁波電場強度表達式（平面波）

圖3 有損媒介中趨膚深度和電磁波頻率的關系

人體為有損媒介，由此可以得出兩條結論：一是頻率越高，電場強度衰減的越快，被吸收能能量越多，高頻電磁波的對人體影響相對更大（但前提是相同功率等級的電磁波到達人體）。二是越靠近人體表皮輻射越大，這也解釋了SAR 系統探頭測試距離模型表面特別近的原因（考慮了最差情況）。

手機天線發射模塊較小且能量集中靠近人體時，Localized SAR 定義式推到如下（目前市場上SAR 測量系統[Full SAR 、Fast SAR]也是基于如下公式進行評估）：

式中，E 為電場強度；σ 為組織液電導率；ρ 為組織液密度。

在溫度幾乎恒定的情況下，電導率和頻率正相關 ，電磁波頻率增高，場強方向交變越快，極性分子、離子往返運動越快。（目前6GHz 頻率以下符合這一特性，6GHz 以上頻段電導率特性可能因為粒子運動跟不上電場方向變化而遲滯）。

表1 模擬人體組織液電導率

便攜設備離人體很近，可忽略自由空間擴散損耗，故到達人體表皮的電場強度與產品的對應頻段的天線增益及傳導功率正相關。

圖4 模擬人體組織液電導率和電磁波頻率的關系

考慮到高頻電磁波路徑損耗較大，故高頻增益普遍較大。G發射天線增益∝f（某一款設備，關系如下）

圖5 天線增益和電磁波頻率的關系

結論：SAR ∝f

目前來講，SAR 在亞洲部分地區是非強制的，且國內標準同歐盟測試標準及限值相同。但對于歐盟，北美等地區SAR 是法規強制的。

歐盟：10g-SAR 限值2w/kg（空間精細掃描區域內峰值SAR附近10cm3測量值取平均）

北美：1g-SAR 限值1.6w/kg（空間精細掃描區域內峰值SAR附近1cm3測量值取平均）

圖6 SAR值3D測試圖

針對5G NR sub-6GHz 測試沿用Full SAR + Fast SAR 的組合方式進行評估（介于5G NR 靈活的幀結構，fast SAR 會極大減少工作量），但是對于5G NR 毫米波天線陣列射頻模塊一體化的復雜性，評估方式將變為功率譜密度的測量。

3 結束語

近人身體使用的便攜設備如手機，智能手表等對人體的影響遠大于基站；相同功率等級下頻率越高電磁輻射相對越大，但路徑損耗越快、越多。