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发布时间:2020-07-08 02:06:49

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作者:周建明,高攸纲,徐小超,金宏彬(编著)

出版社:通信图书编辑部

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通信电磁辐射及其防护

通信电磁辐射及其防护试读:

前言

电磁辐射是指变化的电场和变化的磁场相互作用而产生的一种能量流的辐射。世界卫生组织调查显示,过量的电磁辐射会对人体健康产生不良影响和伤害。电磁辐射污染已被公认为是在大气污染、水质污染、噪声污染之后的第四大公害,联合国人类环境大会已将电磁辐射列入必须控制的主要污染物之一。

近年来,随着移动通信成为人们日常生活中的重要组成部分,移动通信电磁辐射环境保护已经成为世界各国政府和公众广泛关注的热点问题。世界卫生组织历经 12年的研究,对于移动通信的电磁辐射,已经给出了明确的结论:“鉴于非常低的暴露水平和迄今为止收集到的研究结果,没有令人信服的科学证据能证实来自(移动通信)基站和无线网络的微弱射频信号会导致有害的健康影响。”但是,由于移动通信网络的快速发展,世界各国关于移动通信基站的电磁辐射纠纷频频发生,电磁辐射问题日益成为影响和谐社会构建的重要问题之一。这里既有公众对电磁辐射相关知识和标准了解较少的原因,也有部分宣传过分渲染“吸引眼球”的不良效应,还有就是移动通信网络建设过程中出现的新问题等。在强调企业社会责任、倡导建设和谐社会的时代背景下,移动通信运营企业应该将基站电磁辐射环境保护、保证电磁波的使用安全作为自身一项义不容辞的责任和义务,加强电磁辐射管理,全面、系统地推进移动通信基站电磁辐射的环境保护工作。

需要指出的是,移动通信电磁辐射作为一项新鲜事物,不仅广大公众了解不多,而且对于广大移动通信运营和制造企业而言,也是一项新的挑战。为了能够向广大的社会公众客观、科学地介绍电磁辐射的相关知识、国际和国内的标准和法规,揭开移动通信电磁辐射的神秘面纱,同时介绍国内外有关电磁辐射的管理经验、防护知识和电磁辐射环境影响评价流程,解决困扰移动通信运营企业的发展难题,我们组织编写了本书。

本书的作者均为多年从事电磁辐射生物效应研究、电磁场理论研究、移动通信电磁辐射标准研究和制定、移动通信网络设计、电磁环境影响评价或电磁辐射防护的专家和学者。在实际工作中,我们感觉到,社会公众需要一本客观、科学地讲述电磁辐射知识的图书,广大的移动通信运营商一线工作人员需要一本系统介绍国际、国内标准和法规以及国外先进的电磁辐射管理经验的图书。基于此,我们邀请了北京邮电大学、空军总医院、第四军医大学、原国家环境保护总局以及中国移动等单位的相关专家和学者共同编写了本书。

本书共分为7章,内容分别如下所述。

第1章:介绍移动通信基本网络架构和电磁辐射基础知识。

第2章:介绍电磁辐射生物效应研究的基本方法、研究现状,并指出目前生物效应研究方法的优缺点,指出了研究趋势。

第3章:介绍国际和国内电磁辐射标准组织的发展历程,国际和国内的相关电磁辐射限值标准。

第4章:介绍移动通信基站和移动通信终端的电磁辐射测量方法和测量标准,并给出了具体示例。

第5章:论述移动通信电磁辐射风险管理的基本策略,介绍了国际组织、国家政府和国际移动通信运营商先进的电磁辐射管理举措,并给出了缓解电磁辐射的案例。

第6章:介绍了职业人群和公众电磁辐射防护准则。

第7章:介绍了国家关于移动通信电磁辐射环境影响评价的规定,详细解释了环境影响评价的流程。

本书着重从多个角度来描述电磁辐射,而不仅仅是电磁辐射的生物学原理的研究。本书内容的创新之处在于以移动通信电磁辐射原理及其生物效应为核心,扩展到标准化、测量以及风险管理和防护等诸多方面,建立了一个移动通信电磁辐射相关问题的多维度架构,既能让普通公众全面了解移动通信电磁辐射的原理和基础知识,又能够让移动通信运营商、设备制造商的电磁辐射管理人员以及科研机构的专业人员掌握移动通信电磁辐射的相关法规、行业标准和管理策略。

本书的创作是集体智慧的结晶,全书内容经编写组人员反复讨论确定后分头执笔完成。本书由周建明担任主编,高攸纲担任副主编。第1章由高攸纲、沈远茂编写,第2章由刘亚宁、郭国祯、刘军叶、曾丽华、王晋、谢学军、丁桂荣、李豫蓉、陈永宾、李静、王晓武、李康樗编写,第3章由高鹏、马华兴、马文华编写,第4章由石丹编写,第5章由徐小超、金宏彬编写,第6章由徐培基编写,第7章由赵亚民编写。全书成稿后,编写组人员又进行了反复修改,最终由周建明审阅定稿,徐小超和金宏彬提供了修改意见。

由于作者水平有限,加之时间仓促,且本领域技术也处于不断发展之中,书中内容如有不当之处,敬请读者斧正。作者2010年1月于北京第1章移动通信与电磁辐射的相关理论基础

移动通信在过去短短的十几年时间里从无到有,飞速发展,给人们的工作、生活带来了极大便利,已成为人们在当今信息社会无法离开的通信工具。移动通信系统的一大特点就是利用无线电(电磁波)作为载体进行信息的传递。电磁波的使用打破了电话线对通信的束缚,使得人与人之间的沟通更加灵活、更加便捷。可见,产生电磁波并有效地将携带信息的电磁波辐射出去是移动通信系统的一个基本要求。因此,本章将就移动通信与电磁波辐射的相关理论基础进行介绍。1.1 电磁波与电磁辐射

电磁场和电磁波是一种特殊的物质,作为其相关理论的核心,麦克斯韦方程(组)以偏微分方程组的形式准确概括了宏观电磁现象的基本规律,因此它也成为了我们进一步研究电磁波和电磁辐射特性的基本方程和出发点。1.1.1 麦克斯韦方程(组)

麦克斯韦方程组由4个偏微分方程构成,它完整地描述了电磁场的散度和旋度特性,反映出了其电场分量和磁场分量之间的相互联系。

第一方程通过引入位移电流的概念,对通常的安培环路定律进行修正,得到了广义的安培环路定律。其数学表达式如下:

其中,式(1.1a)是定律的积分形式,而式(1.1b)是其微分形式。根据矢量分析中有关环流和旋度运算的知识可知,交变电磁场中磁场的旋度源就是电流密度J和随时间变化的电场(位移电流)。与静态电磁场中磁场的旋度源只有电流不同,交变电磁场中的电场也是磁场的旋度源。

第二方程是广义的法拉第电磁感应定律的体现。法拉第电磁感应现象告诉我们,回路所围面积上磁通的变化会导致感应电动势的产生,如果将回路的概念扩展到空间任意的抽象闭合曲线,该规律同样存在,即广义的法拉第电磁感应定律,其数学表达式如下:

其中,式(1.2a)和式(1.2b)分别以积分和微分的形式给出了电场强度矢量的环流和旋度。容易发现,交变电磁场中电场是个有旋场,其旋度源就是随时间变化的磁场。对比静电场中的相关结论可知,交变电磁场中的电场不再是一个位场(势场),交变的磁场可以产生无头无尾的旋转的电力线。

总结麦克斯韦第一方程和第二方程可以发现,除了交变的电荷和电流可以产生交变的电磁场之外,交变的电场和交变的磁场本身还可以彼此产生,互为旋度源。

麦克斯韦方程组中的另外两个方程分别揭示了电磁场中电场分量和磁场分量的散度特性,其结论和静态电磁场中的类似,即:

上述两个方程表明,电场的“发散源”是电荷密度 ρ,而磁场则是无散的。

如果将上述麦克斯韦方程组中的4 个方程和电荷守恒定律结合起来可以发现:独立方程的数目要小于未知数的个数,因此方程组无法求解。究其原因,我们没有在方程组中描述同样是反映电场特性的电场强度矢量E和电位移矢量D之间的关系,没有给出同样是反映磁场特性的磁场强度矢量H与磁感应强度矢量B的关系,也没有给出电场强度E和电流密度J之间的关系,而这些都取决于材料的电特性。为此,我们必须引入麦克斯韦方程组的3个辅助方程,其具体的数学表达式如下:

D=εE          (1.5)

B=μH          (1.6)

J=σE          (1.7)

其中,ε称为媒质的介电常数,μ称为媒质的磁导率,σ称为媒质的电导率。我们通常利用它们来分别反映材料的极化、磁化和导电的特性。1.1.2 波动方程和电磁波

麦克斯韦第一方程表明,随时间变化的电场(位移电流)会作为一个旋度源产生一个随时间变化的磁场。那么,交变电场产生了交变磁场之后是否会就此停止呢?答案是否定的。因为从麦克斯韦第二方程知道,交变磁场又会作为旋度源产生交变的电场。实际上,这种交变电场、交变磁场互为旋度源、互相激励的现象会无限地循环下去。在这种转换的过程中,交变的电磁场会脱离场源(如天线上的交变电荷和电流),由近及远地传播出去,形成脱离电荷和电流存在并传播的电磁波。交变的电场和交变的磁场相互支持而存在,互相转化而运动。我们把这种波动着的电磁场称为电磁波。

下面我们从麦克斯韦方程(组)入手,利用波动方程来研究电磁场的波动规律,即电磁波的基本特性。

首先,我们分析研究一种最简单、最普遍的情况:均匀、理想、各向同性媒质中的无源区域里的电磁场。此时,反映媒质材料极化特性的介电常数和反映媒质材料磁化特性的磁导率都是常数,反映媒质材料导电特性的电导率等于零,代表电流源的电流密度和代表电荷源的电荷密度也都等于零。因此,此时的微分形式的麦克斯韦方程(组)可写成如下的形式:

对式(1.8)中电场强度矢量旋度表达式的两边再取一次旋度运算,并利用矢量恒等式可得电场强度矢量所满足的方程如下:

同理,磁场强度矢量所满足的方程为:

从数理方程的角度来看,上述关于电场强度矢量和磁场强度矢量的方程都属于无源波动方程。从其推导过程来看,波动方程包含了电场、磁场的旋度性质及散度性质,完整反映了交变电磁场中电场与磁场的相互关系以及电磁场与源的关系。因此,波动方程的解将揭示出交变场的特殊规律:波动性。波动方程也就是由此而得名的。x

以最基本的均匀平面波E为例,它仅随z轴发生变化,因此式(1.9)就可以简化为:

上式就是我们熟知的仅随一维空间变化的波动方程。

假设该交变电磁场是在无限空间中传播的,则根据数理方程的知识可知,该方程可以通过行波法进行求解,其通解如下:

其中,常数v具有速度的量纲,代表着电磁波在均匀媒质中的传播速度,即x

另外,根据行波法的相关理论,代表了电场E以x速度v沿正z方向传播所形成的电磁波,而则表示电场E以速度v沿负z方向传播所形成的电磁波。1.1.3 电磁辐射

前面通过求解波动方程得到了交变电磁场中场矢量的解,即电磁波。接下来,我们将继续分析产生电磁波的源以及电磁波的辐射问题。

用电磁学的术语来说,电磁波起源于时变电荷和电流。然而,为了能形成有效的辐射,该电荷和电流必须按特殊的方式分布。天线就是设计成以某种规定的方式分布,并能形成有效辐射的能量转换设备。因此,工程上通常将天线视为产生电磁波和电磁辐射的波源。天线对外发射电磁波的强度、场强的空间分布,以及辐射出去的电磁波功率的大小和能量转换的效率等问题都是我们所关心的。

天线产生电磁波辐射的问题是一个具有复杂边界的电磁场的边值问题,其严格求解是相当困难的。不仅如此,根据天线和激励源来精确求解天线上的电荷和电流分布本身也是一个极其复杂的问题。如果可以通过近似的方法得到天线上的电荷和电流分布,我们就可以利用基本天线元以及电磁场的迭加原理来计算得到各类天线的辐射场和辐射特性。

实际天线按结构形式的不同可分为线天线和面天线两大类。线天线可以被看成是由无限多个载有交变电流(或磁流)的基本小线元所构成的一类天线。这些基本元通常称为电偶极子(电基本振子、电流元)或磁偶极子(磁基本振子、磁流元)。同理,面天线也可以被看成是由无限多个载有交变电流和磁流的基本小面元所构成的一类天线,这些小面元又称为惠更斯元。

如前所述,如果我们掌握了上述3种基本元的辐射特性,就可以在考虑天线上各个电流元、磁流元的振幅、相位、方向和空间分布的基础上,按照电磁场叠加的原理分析得到各类天线的辐射特性。下面我们就以电偶极子为例,具体分析一下电磁辐射是如何产生的。

电偶极子是长度非常短的直线电流元Idl。其中,dl是电偶极子的长度,它与波长相比足够小,以至于可以认为沿线各点的电流是等幅同相的。由于电偶极子是一小段孤立的电流元,因此随着电流的流动,在其两端必然会出现等值异性的电荷,如果一端为+q,则另一端必为-q,其电荷量的大小及正负都会随着时间而变化,这恰似随时间而变化的两个“电极”,故得名为“电偶极子”。虽然电偶极子事实上并不存在,但是可以把实际的天线看作是无数的电偶极子连接的结果。如果我们求出了电偶极子所产生的电场、磁场,同时又知道了某天线上的电流分布规律(即若干电偶极子电流的幅度和相位),就可以根据场的叠加原理,利用积分求和的方法,求出该天线所产生的总场。

电偶极子所产生的电磁场是非常复杂的,以至于不太容易弄清这些场的特点及相互之间的关系。但是,如果把电偶极子所产生的场划分为近区场及远区场,那么各个场区内场的特点及相互关系就会变得一目了然了。

电偶极子的近区是指从源点到场点的距离远远小于波长所指代的φ区域。该区域内,电磁场中的磁场分量以H为主,电磁场中的电场rθ分量以E、E为主,其具体的数学表达式如下:r

对比式(1.14)、式(1.15)和式(1.16)容易发现:不论是Eθφ还是E ,它们和H都相差 90°。电场强度矢量与磁场强度矢量之间 rφθφ90°的时间相位差意味着由EH以及由EH所形成的功率密度的平均值等于零,即由近区场形成的坡印廷矢量的平均值等于零,亦即近区场只存在着能量的交换而没有能量的传播。因此,近区场又称为感应场。

电偶极子的远区是指源点到场点的距离远大于波长所指代的区φ域。该区域内,电磁场中的磁场分量以H为主,电磁场中的电场分θ量以E为主,其具体的数学表达式如下:

通过和电偶极子近区场进行对比可以发现,远区场的一个显著特θφ点就是电场强度 E与磁场强度 H的时间相位相同。因此,它们可以形成向外传播的有功功率密度,即远区场能够形成向外(沿r方向)传播的能量。正因为如此,远区场又称为辐射场,电磁辐射也就源来于此。1.1.4 电磁波的传播

前面在简要介绍麦克斯韦方程组的基础上,分析了电磁波以及电磁辐射的产生。下面,我们将继续分析电磁波(辐射)的传播问题。

均匀平面电磁波在理想介质中传播时,其电场分量和磁场分量互相垂直,并且都位于横截面上;考虑到它没有纵向(传输方向)分量,所以又称它为横电磁波(TEM 波)。均匀平面波在同一个等相位面上电场的幅度相同,磁场的幅度也相同,电磁波的传播方向垂直于电场和磁场所构成的平面,电磁波的传播速度不会随频率而改变,因此我们称这种平面波为非色散波。

由于电磁波传播区域中填充的介质是理想的,因此没有损耗,即传播过程中电磁场的电场和磁场振幅保持不变。同理,电场和磁场的xy时间相位也保持相同,电场E与磁场H之比(即波阻抗η)是一个纯阻。若介质为空气,则平面波的传播速度为光速c,波阻抗0η=377Ω。

如果媒质从理想介质变为导电媒质,则平面波在其中的传播会出现能量的衰减,其衰减的快慢用衰减常数α来表示,即沿传播方向单-αz位长度上波的幅度的衰减量。衰减常数在场量的表达式体现为e项,因此导电媒质中沿z轴传播的电磁波的幅度会随着z的增大而减小,即电磁波的传播伴随着能量的衰减。衰减常数具体的数学表达式如下:

在良导体条件下,电磁波的衰减常数还可以近似表示为:

观察式(1.19)和式(1.20)容易发现,在导电媒质中传播的电磁波作为一个衰减波,其衰减常数 α 会随着角频率ω的增高而增大,会随着电导率σ的变大而变大。

在导电媒质中,电磁波传播的特点之一就是具有传输衰减,即波从表面进入导电媒质越深,场的幅度就越小,能量就变得越小,这就是趋肤效应。趋肤深度或称穿透深度是描述趋肤效应的一个重要概念、重要参量。其定义为:当场从表面进入导电媒质一段距离而使得其幅度衰减到原来(表面)幅度的1/e时,这段距离(深度)称为趋肤深度。-αz

因为场的幅度是按照e规律衰减的,若以当αz=1时,场的幅度就只有原来的1/e了。据此可得趋肤深度δ的表达式如下:

将良导体媒质中的衰减常数α的表示式(1.20)代入上式,则得:

式(1.22)就是良导体的趋肤深度的表示式。该式表明,频率越高,媒质的导电能力越强,趋肤深度 δ 就越小。在良导体中,由于其电导率 σ极大,电磁波一进入良导体就极快地被衰减,即趋肤深度 δ非常小。趋肤效应也是我们利用导体进行电磁辐射屏蔽的一个主要根据。

另外,导电媒质中平面波的波阻抗不再是实数,即不再是纯阻性的了。这也就表明在导电媒质中电场和磁场的时间相位不同,出现了相位差。

从电磁波在导电媒质中的传播速度来看,v 不再为常数,其具体的数学表达式如下:

根据上式可得,速度v是频率的函数,即媒质的电导率 σ不等于零导致了传播速度随频率的变化而变化,我们通常将其称为色散现象。1.2 移动通信系统中的电磁辐射源

所谓移动通信,是指通信双方至少有一方处于运动状态的通信,例如:固话和移动电话之间的通信,移动电话之间的通信,等等。目前已有的移动通信业务主要包括汽车调度通信、公众移动电话通信、无绳电话通信、无线寻呼、集群电话通信、卫星通信和个人移动通信等。

本节将在简要介绍典型的GSM 移动通信系统的基础上,对系统中各种可能的电磁辐射源进行介绍和分析。1.2.1 移动通信系统架构

移动通信系统是移动用户之间、移动用户和固定用户之间能够建立若干信息传输通道的通信系统。

一个典型的移动通信系统一般由移动台(MS)、基站(BS)和移动业务交换中心(MSC)三大部分构成,其中的基站和移动台都会设有收、发信机以及天线发射等设备。这些设备都是主要电磁辐射源。

移动业务交换中心(MSC)主要是提供路由器进行信息处理和对整个系统进行集中控制和管理,即对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制并实现话路交换。同时,它也是移动通信系统与其他公用通信网之间的接口,可以完成网络接口、公共信道信令系统和计费等功能。

基站(BS)即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式,是指在有限的无线电覆盖区中,通过移动通信交换中心与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。基站是移动通信中组成蜂窝小区的基本单元,它能够完成移动通信网和移动通信用户之间的通信和管理功能。每个基站(BS)都有一个可靠通信的服务范围,我们称其为服务区。服务区的大小主要由发射机的发射功率、天线的架设高度等因素决定。按照服务区所覆盖面积的大小可以将服务区分为大区、中区和小区。目前发展的方向是将小区进一步缩小,形成宏区、毫区、微区、微微区,其覆盖范围会降至50m以下。

移动台(MS)就是移动用户的设备部分,它由移动终端和用户识别卡(SIM)两部分组成。 移动终端主要负责完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。而 SIM 卡就是“身份卡”,它类似于我们现在所用的IC卡,因此也称作智能卡,其内部存储了认证用户身份所需的所有信息,并能执行一些与安全保密有关的重要信息,以防止非法用户进入网络。另外,SIM卡还存储了与网络和用户有关的管理数据,只有插入SIM后,移动终端才能接入进网络。1.2.2 移动通信系统中的辐射源——基站

在现代移动通信中,基站主要是被当作移动通信的中继站系统来使用的,也就是被作为信号传输的接力站。基站的主要部分是接收机、发射机和天线。为了增加通信距离、避免通信中出现盲目区,就必须架高天线并加大天线的发射功率,这就是为什么天线总是架得很高的原因。当我们用手机打电话的时侯,信号会由附近的一个基站发送和接收。通过基站,你的电话被接入到移动电话网的有线网络中。每一个基站覆盖周围一个地区,称作一个小区,一个小区中通常使用几个固定的频率。当信号被传到另一个小区后,为了避免相互干扰,又使用另外几个固定频率。这些小区和蜂窝的结构很相似,所以叫作蜂窝式无线通信系统。在蜂窝系统中,不相邻小区的频率可以互用(当然,假定天线辐射功率不会隔区相互干扰)。在蜂窝系统中,为了提高频率资源的利用率,容纳更多的手机用户进行通话,就得把小区划小,小区的数量就增多,基站及所属的天线也就增多了;同时,基站的发射功率也应相应地减小,以免干扰不相邻区的通信。

到目前为止,无线网络运营商部署的基站(通常称为蜂窝)主要有两种类型。第一种是宏蜂窝,通常利用高塔顶上安装的射频天线完成发射和接收工作(其中接收部分通常在最高的地方)。传统上通过光纤将天线信号从基站塔顶传输到底部的电子系统。电子系统完成天线收发功能的协调,协调与其他基站的覆盖范围,当用户跨越不同蜂窝覆盖区时传送呼叫数据到网络的其他部分,为计费提供支持。宏蜂窝覆盖区域大,运营商通常在乡村地区或沿着高速路部署。

传统基站的第二种类型称为微蜂窝。无线运营商通常在城市等人口密集的地区部署微蜂窝。微蜂窝的覆盖地区比宏蜂窝小,但微蜂窝群能够支持更多用户使用无线网络。最近几年,业界又引入了微微蜂窝的基站,它主要用于机场、会议中心和体育场等人口特别密集的地方。

随着手机的迅速普及,移动通信基站的建设也突飞猛进。目前,北京市的许多移动通信基站还都建设在人口稠密的地区。另外,移动通信基站的建设也是我国移动通信运营商投资的重要部分。移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行的。基站的选址规划通常基于两个出发点:一是出于城市建设规划的考虑;二是出于通信发展规划的考虑。新建基站在选址时会尽可能避开居民密集区,在居民区选址的基站会优先考虑设置在非居住建筑物上。

手机用户在“移动”的过程中之所以能随时接通电话,并保持清晰、稳定的通话效果,是因为手机与基站及基站控制器之间借助无线信道传送着通信信息、控制信号和测试信号。为确保通话质量,手机与基站之间自动遵循双方约定的计算机控制程序,动态调整通话信道、电磁辐射功率与接收灵敏度,同时还实现智能登记国际与国内漫游、切换局域与基站、记录通话时长与费用等各种功能。根据上述控制原理,基站覆盖范围越大,手机距离基站越远,对应信道和手机的发射峰值功率越强。由此可以推论:移动通信基站密度越高,每个基站的电磁辐射强度越低;GSM 手机距离移动通信基站越近,GSM手机在使用过程中对通话者的电磁辐射量越低。

移动通信基站的电磁辐射主要来自 3 个方面:一是发射机的电磁泄漏,二是发射天线的信号发射,三是高频电缆及其接头处。

通信系统中的射频发射机一般被放置在发射机房内,其电磁泄漏根据发射机屏蔽性能的好坏而不同。早期产品和国产设备的电磁泄漏要大一些,新产品和进口产品的屏蔽性能好一些,但不论何种设备,发射机房外的辐射强度都是极小的。另外,高频电缆及其接头处的电磁泄漏一般都较小,且影响范围通常只局限于其周围很小的范围。

基站的发射天线一般架设在20~60m高的大楼上。发射天线的载频数一般为2~8个,主波束在垂直方向上的扩展约为十几度,比较狭窄,天线下方的辐射强度不是很高,再加上建筑物的遮挡,天线正下方建筑物里面的人受到的辐射水平是很低的。

和1.1 节中有关电磁波传播的分析类似,我们将基站天线的辐射场初步分成两个部分来分别加以分析和讨论,即近区场和远区场。

基站天线的无辐射近区场仅限于距离远小于波长的一个很小的范围。在此区域内,电场强度和磁场强度会随距离显著变化,电磁场的部分能量也被储存在近区场中。

对基站天线的远区场而言,它要求离开天线的平均距离要大于2D²/λ,其中的D表示天线的最大尺寸,λ代表波长。小区基站天线一般是全向天线或定向天线。全向天线在水平面上均匀地辐射能量;定向天线(又称扇形天线)的方向图看起来像一个尖劈从全向方向图中穿出,方向图覆盖一个扇区,一般为120°(全向天线覆盖为360°)。天线制造厂家一般都提供天线远区场的最大增益。天线的增益是对天线在特定方向上辐射能量大小的一种量度,一般以半波偶极子天线为参考。若一个天线在给定方向上有10dB的增益,就意味着它在这个方向上的功率密度是半波天线(输入功率相同的条件下)的10倍。远区场天线方向图一般由厂家测量给出,可以用它来计算功率密度或电场强度。

对于各向同性天线而言(点源天线),其功率密度可根据下式计算:²

式中:S为功率密度(W/m);P为发射功率(W);r为距天线的距离(m)。

如果天线方向图不是各向同性的,上式可修正为:

式中:G是相对于点源天线在方向上的增益;Φ,θ是极坐标的仰角和水平角度。

如果给定离开天线的距离、有效辐射功率角度(Φ、θ),就可以计算远区场中任何一点无阻挡地区的功率密度。但是,由于实际空间中不只存在一个发射体,而是存在许多建筑物的反射、折射和绕射,因此实际测量值与理论计算值之间会存在较大偏差,但辐射强度随距离的增加而减小的趋势是相同的。

综上所述,移动通信基站的电磁辐射主要有以下几个特点。(1)移动电话基站呈蜂窝状分布

移动电话用户通话要占用空域中的一个频率、一个信道或一组编码,而空域中有限的频率资源使得移动电话网络采用频率复用技术,从而形成移动电话基站像蜂窝状的分布特征,而且随着用户的增多还需要向更小的蜂窝状分裂。其带来的电磁辐射特点有如下几点。

①移动通信基站在不断增加的同时,一部分基站进入居民区,或建立在高层电梯间顶上或在多层楼上立天线框架。

②移动通信基站在不断分裂中,为了防止频率复用电磁波越界带来的同频干扰,基站天线高度随之降低,基站天线辐射的电磁波在楼群中传送与反射的机遇增多,即照射到居民楼的机会增加。

③移动通信基站在分裂中,基站间距离不断减小,基站发射功率也随之降低,一般基站主射方向30~50m处电磁功率密度已经符合国家标准。(2)移动通信基站辐射的电磁波具有“三叶草”状的水平方向性图

移动通信基站一般采用3个板状定向天线,每一个板状天线负责120°区域,其天线辐射的电磁波水平方向性图呈“三叶草”状,主射方向电磁辐射强,非主射方向电磁辐射弱。因此,基站规划布局应使得电磁波主瓣方向避开环境敏感建筑,一方面可以防止电磁波对居民楼的电磁辐射污染,另一方面又有利于电磁波有用信号的传送。(3)移动通信基站天线垂直方向性图特征

移动通信基站3个板状定向天线辐射电磁波的垂直方向波瓣为几度至二十几度。天线的架设应有一定的高度,使其垂直方向电磁波主瓣高出周边环境敏感建筑,这样才能既保证电磁波有效传输,又不影响周边居民。(4)移动通信基站的辐射功率相对较小

移动电话为双向无线通信,双方接收灵敏度都非常高,且每一个基站服务区都较小,市区内一般为几百米范围,故基站的发射机功率较小,标称功率一般为30W左右,而实际使用功率更低。因此,除极少数因架设地点、方位和高度不合理导致辐射超标外,绝大多数基站都是满足相关标准要求的。1.2.3 移动通信系统中的辐射源——终端

作为方便、快捷的移动通信终端,手机正受到越来越多国人的青睐,现在我国已经拥有了世界上最大的GSM 移动通信网。随着人们对手机依赖程度的加大,手机的持有者一方面在尽情享受着高科技所带来的无穷乐趣;另一方面也难免心有余悸,担心手机的电磁辐射会对人体造成很大的危害。特别是近来社会上有些商家推出了所谓的“手机辐射屏蔽体”及类似的抗辐射产品,更使得手机的持有者惶恐不安。

不论被用在何种制式的移动通信系统中,手机都可以被当作一部小功率无线收发射机。因此,手机对人体健康的影响,主要是由其发射的高频无线电波造成的。在这一点上,各种手机并没有本质上的差别。手机发射的电磁波和微波炉、无线广播等的本质是一样的,只是其频率不同。以我国现在使用的GSM手机为例,其工作在900MHz和1 800MHz的频段上,属于微波的范畴,因此手机产生的辐射属于微波频段的电磁辐射。另外,这种辐射发射是为了保证正常通信所必需的,因此手机的射频发射属于“有意辐射”。

手机辐射出的电磁场对人体的影响主要表现为热效应和非热效应。人体在电磁场作用下温度升高,并由此而引起生理和病理的变化,这种效应称作热效应。电磁场通过温度升高之外的其他方式来改变生物体生理生化过程的效应称为非热效应。

不论是热效应还是非热效应都是电磁场和人体相互作用的体现。电磁场和人体的相互作用是一个非常复杂的问题,也是一个涉及电磁场与微波、天线理论、计算技术和生物医学等多个学科的系统工程。从目前世界范围内对该问题的研究情况来看,尚不是很成熟。既然手机辐射出的电磁波是造成人体健康可能受损的根本因素,那么接下来将重点介绍手机所产生的电磁辐射的情况。

一般而言,手机由电源(电池)、机壳、无线收发信机和天线4部分组成,其中的天线主要负责将无线电收发信机所提供的射频能量辐射到周围的空间,并利用电磁波的传播和基站建立联系,从而实现通信。由此可见,手机辐射的电磁波主要是由天线释放出来的,因此我们可以根据手机的天线系统建立辐射模型,并由此了解手机产生电磁辐射的情况。

不同的手机会采用不同的天线系统,例如微带贴片天线、平面倒F天线、单极天线、陶瓷天线等。其中,对其电磁辐射问题研究最多的就是单极天线模型。单极天线作为移动通信终端最常采用的一种天线形式,具有良好的阻抗特性和辐射特性,其最典型的就是垂直于地面放置的1/4 波长的单极天线。该天线只有对称振子的一半,而另一半可以用地面镜像来代替。借助天线理论中对称阵子的分析可以得到无限大导电平面上高度为h的单极天线所产生的辐射场,即:

其中,α为仰角,β为相移常数,F(α)为方向函数。方向函数F(α)为:

显然,根据其方向函数可知,天线在赤道面内的方向图是一个圆,即具有全向性;而它在子午面内的方向图取决于单极天线的高度。

另外,根据式(1.26)可知,手机通过天线辐射出的电磁场的强度和距离成反比。因此,虽然一般手机的射频发射功率比较小(1W左右的量级),但由于该类产品在使用环境中要贴近人的大脑,因此经常、长期使用手机是否会对人体造成一定程度的伤害,是一个需要严重关注和深入研究的问题。参考文献

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人体是最精妙最复杂的电磁兼容系统,也是对内外电磁干扰有感应的容积导体。

在皮肤包裹的有限空间内,各系统各器官有序地工作,既相互配合又互不干扰,体现了时域和频域的高度兼容。心电、脑电和肌电等是人体内部的电磁场,以生物电为传导信号的神经系统,构成了庞大的信息网络,在感受周围环境的同时,还调控着躯体运动和腺体分泌等生理活动,其精确和协调程度无与伦比。

生物大分子既不是纯导体,也不是纯绝缘体,大部分是电介质,主要是以感应耦合而不是传导耦合的方式与外界电磁场相互作用。即便是离子或自由基,也是以感应的方式对外界电磁辐射作出应答的。

通信电磁辐射对健康的影响,越来越受到关注。对于这个问题我们既不能麻木不仁掉以轻心,又不能谈虎色变画地为牢,束缚我们的发展。政府机构、学术部门、生产商、通信公司乃至个人,都应该各司其责不断探索改进。

电磁辐射生物效应的研究,主要分成流行病调查、实验研究和仿真建模几个方面。实验研究又包含整体、器官、细胞和分子等多个层次。应该认识到这些工作的长期性、复杂性和艰巨性。迄今为止,发表的文章不少,在细胞凋亡、细胞转化、自由基、钙信号及细胞信号转导、受体聚簇、缝隙连接、DNA 损伤、细胞遗传、细胞周期调控、基因及蛋白表达等方面有不少出色的工作。但总体看来,局部的、零散的工作偏多,有的研究重复性差,很多研究与防护脱节。应该继续寻找知识缺口,尽量弥合“鸿沟”。

流行病调查是评价电磁场对健康影响的一种直接证据,也是制定电磁场暴露限值标准的根据。通信电磁辐射的流行病调查主要是针对手机和通信塔,比如欧洲针对儿童和青少年脑肿瘤发生的剂量学研究。但是迄今为止,流行病调查仍然不能得出明确结论,有3个方面的原因:(1)协同因素复杂繁多,严格的对照样本几乎无法找到;(2)很难积累到统计学需要的足够样本量,电磁暴露的人群分类困难;(3)电磁场引起生物效应的作用机制并没有彻底弄清楚,也难以确定专一的与健康危害相关的电磁场暴露参数。

电磁生物效应的机理研究:任何物理因素导致生物效应的发生过程,都是循着生物物理作用——生物化学作用——后续生物效应这条主线走的,通信电磁辐射也是如此。但热效应和非热效应两种学说,在这个频段存在较大争议,因此在解释和确定通信电磁辐射暴露限值方面,在认识上存在差别。

热效应:温度是分子平均动能的宏观表征。电磁辐射被吸收后,强度和方向快速变化的电磁场使生物体内分子及离子的偶极子振动,并与周围媒介分子(粒子)碰撞摩擦而产生热。电磁辐射热效应的特点是呈现线性特征,系统产热量正比于场强的平方,这种热效应与其他的加热方式等效。通信电磁辐射的热效应对生物体的影响尤其应该受关注。微波炉就是利用水的偶极矩,使水偶极子振动来加热的。

非热效应:指电磁场通过使生物体温度升高的热作用以外的方式改变生化生理过程的效应。通信电磁辐射是否存在非热效应,至今争议不断尚无定论。非热效应的特点是非线性、相干性、协同性、阈值性和“窗”特性。

仿真建模:用数学模拟进行辐射剂量学及比吸收率(SAR,Specific Absorption Rate)的研究,用数学方法模拟受辐射的人体内感生电流的产生和分布,为手机生物实验的设计做评估和解释。时域有限差分法(FDTD)是常用的技术,也经常与核磁成像(MRI)等医学影像技术相结合来辅助仿真建模。通信电磁辐射需要人体不同部位暴露(尤其是儿童)的剂量学研究,因此生物体内通信电磁辐射能量积累的模型,应该结合人体热调节响应的近似模型来考量。

人体的组织结构和形态极复杂,各种组织的构成成分的介电性质、电导率以及对通信电磁辐射的吸收、反射和散射能力有很大差异。而对于通信电磁辐射产生的热效应来说,人生不同阶段及不同器官,其含水量及热缓冲能力、神经系统的热调节能力以及血液循环的散热能力,都是不同的,因此仿真建模必须精细全面并符合实际。

电磁辐射的能量密度和作用时间,也就是人体所接受的剂量强度和施加的时间。整天拿手机“煲电话粥”当然不行,凡事都要有个“度”。孕妇、新生儿与成年人的电磁辐射暴露限值不应该一样,普通群众与有关从业人员的也不应该一样。

人体具有一定的调节和适应能力。外界的扰动刺激引起的人体适应调节也有个“度量”问题。慢的、弱的外界变化,人体可以逐步调节适应,甚至影响到遗传变异。但是,如果强度和作用时间超过了适应调节速度,人体只能以应激的甚至病态的反应来对外界的扰动刺激作出应答了。

近年来学术界提出了生物鲁棒性的概念。生物鲁棒性是生物体抵抗外源扰动或内部摄动的一种系统属性,以保持自身机构和功能的稳定。相同强度的电磁辐射作用在不同个体上会引起不同强弱的生物效应(有的甚至没有相应效应),从生物学角度可以笼统地归结为个体差异,而从信息科学角度可以描述为鲁棒性。

认识是逐渐深入的。近 10多年来,本领域的工作出现了全面回顾总结、多方交叉协调、高端携手整合的趋势。

1996年 5月,世界卫生组织(WHO)为此专门设立了一个电磁环境对健康影响评价的国际项目,即国际EMF计划(International EMF Project),集中近期知识以及主要国家政府机构、主要国际机构和科研所的资源进行科学研究,在更高层次上总结和评估电磁场对健康的影响。国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)是承担机构之一。2006年WHO发布了《制定以健康为基础的电磁场标准的框架》,为各国制定电磁场暴露限值标准提出指导性方向。

WHO 还提倡“和谐”的研究和标准,客观地权衡生物效应,并提议联合IEEE、WTO及GATT等国际组织,多层次多方位地考量机理研究和防护标准问题。

生命的探索无止境,电磁辐射生物效应及防护措施的研究也无止境。2.1 电磁生物效应的研究方法2.1.1 研究对象

电磁生物效应的研究常以哺乳类动物为主要研究对象进行体内研究和体外实验。一般采用的实验动物有大鼠、小鼠、家兔、狗、猴等。电磁生物效应的研究也可以采用人或动物体的组织、细胞、体液、组织提取物等作为研究对象,还可以利用经过在体外多次传代的细胞株进行细胞水平和分子水平的研究。电磁辐射流行病学通常以长期受到电磁辐射的职业人群(从事微波通信、雷达发射与维修、射频加热的工作人员)作为观察对象。2.1.2 体外系统研究

借助离体细胞进行研究是目前科技界普遍采用的模式之一。目的是为了在人为控制的条件下对电磁辐射生物效应这一错综复杂的现象进行实验研究。

在不同的研究水平探讨电磁辐射生物效应的作用机制,从最初的细胞、组织水平上关键过程的阐述,到分子及亚细胞事件的确定。例如:应用显微镜直接观察细胞的形态;采用数值分析和有限元方法对细胞膜在电磁辐射作用下的跨膜电位分布进行研究;采用细胞培养技术、集落形成实验进行细胞存活曲线的绘制,同时应用MTT实验观察电磁辐射对离体细胞生长、增殖和转化的影响。为了评估电磁辐照对生物体视网膜功能的影响,采用 RETI-scan 系统进行视杆细胞反应、最大反应、震荡电位、明适应视网膜电图和闪烁反应记录;采用定量溶血分光光度测定法检测电磁辐射对抗体形成细胞的影响;应用多核细胞法检测HPRT基因位点突变频率;应用原子力显微镜和扫描电镜技术检测 CHO和红细胞膜的改变;应用免疫组织化学、分子杂交、基因阵列、差示PCR等技术观察电磁辐射对细胞基因表达的影响;用电镜观察电磁辐照后,动物肾脏、脾脏、睾丸、CHO细胞、心肌、大脑小脑学习记忆相关部位等的超微结构的改变;用 721-A型分光光度计检测血清、脑、肝、心、肾、睾丸等脏器的SOD活性、MDA含2+量的变化;利用荧光显微技术动态观测细胞内游离Ca浓度的变化;激光扫描聚焦显微镜观察线粒体跨膜电位的变化。

体外试验方法的主要优点有:(1)简单、快速、经济;(2)实验条件比较容易控制,不受机体多种复杂因素的影响;(3)根据实验的目的和需要,可以选择不同种属动物的器官、靶细胞甚至靶分子,探讨作用机制。体外试验方法的主要缺点是:细胞的培养都是在离体条件下,难以精确地模拟和反映生物体内的整体情况。2.1.3 活体影响研究

由于绝大多数电磁辐射生物学效应试验都不能在人体上进行,而体外实验不能精确反映整体情况,所以活体影响研究显得非常重要。

整体动物试验的主要优点有:(1)可以用来帮助了解电磁辐射的生物效应;(2)阐明量效关系和效应规律;(3)探讨电磁辐射生物效应的作用机制。整体动物试验的主要缺点有:(1)从实际的角度看,试验中用的样本量(动物数)受限,难与人群相比;(2)体内实验周期长,过程烦琐,耗时费工;(3)体内因素复杂,不易于控制;(4)动物实验的研究结果最终是要应用于人体的,虽然力求选择与人相近的实验动物,但由于种属不同,一些观察的现象存在差异。目前主要的研究方法如下所述。

1.形态学方法(1)光镜观察:所取组织经4%多聚甲醛固定,石蜡包埋,常规切片,HE染色后于光镜下观察。(2)透射电镜观察:所取组织经 0.5%戊二醛固定,包埋后切片 50~60nm,透射电镜下观察、拍照。还可以应用示踪技术进行定位。(3)免疫组织化学法:通过特异的抗原抗体反应,利用各种可见的标记物来研究细胞或组织内各种化学成分的变化,即对机体组织或细胞中的蛋白质、多肽、氨基酸、多糖、磷脂、酶、激素、核酸等成分进行定位、定性或定量分析。经组化显色后,用显微镜、荧光、电子显微镜观察。

2.神经系统研究方法(1)定位记忆能力的评价

采用跳台实验、避暗实验、定向游泳实验、Morris水迷宫实验检测不同程度的记忆力与空间定位的障碍。(2)脑电图(EEC)

用八道生理记录仪记录EEC,提供一种非创性研究脑电活动的方法。以生物电的角度从整体上分析脑损害与脑电图的关系。EEC检测虽然易受外界条件的干扰,但它敏感、价廉、创伤少,故仍不失为一种比较好的检测方法。(3)应用荧光显微镜等检查技术检查受辐射动物血脑屏障功能的改变。

3.血液系统研究方法

用全自动血细胞分析仪检测外周血常规指标;采用火焰法检测血清中常量元素和微量元素含量的影响,采用黄嘌呤氧化酶法和硫代巴比妥酸(TBA)比色法检测超氧化物歧化酶(SOD)活性和脂质过氧化产物(MDA)的含量的影响,采用琼脂双层半固体培养法检测骨髓细胞CFU-GM形成能力的影响,应用流式细胞仪检测骨髓细胞的细胞周期分布,应用激光扫描共聚焦显微镜观察骨髓细胞内钙离子水平的影响。

4.细胞遗传学研究方法

通过染色体或者着丝粒标记的荧光原位杂交(FISH,Fluorescence In Situ Hybridization)探针技术,计数中期染色体分布,进行双着丝粒分析。同时进行早熟染色体凝集(PCC,Premature Chromosome Condensation)分析和微核分析。体细胞突变分析,比如一些不同基因位点的突变,包括血红蛋白(Hb)、血型糖蛋白(GPA)、人白细胞抗原(HLA)、T细胞抗原受体(TCR)和T淋巴细胞的次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HPRT)等,已经用于辐射暴露的检测指标。

5.生殖系统研究方法

用胚胎畸形学方法观察电磁辐射对小鼠受孕率和胚胎发育的影响。采用伊文思蓝(EB,Evens Blue)示踪法、硝酸镧示踪法观察血睾屏障(BTB,Blood Testis Barrier)通透性的变化。用电子显微镜观察组织超微结构的变化;用放射免疫分析法检测血清中 FSH、LH和T的变化;分别用黄嘌呤氧化酶法和TBA 比色法观察睾丸组织中 T-SOD、MnSOD 的活力和MDA含量的变化。用考马斯亮蓝染色法检测精子存活率、数量和顶体酶反应的变化,用光学显微镜观察精子畸形率和精细胞微核形成率的影响。

6.免疫系统研究方法(1)免疫病理学检查

检测实验动物免疫器官的大小形态、大小/重量和脏器系数(脏器重/体重),对胸腺、淋巴结、脾脏和骨髓取材,常规染色后进行组织病理学检查。用荧光标记单克隆抗体和流式细胞仪观测淋巴细胞表面标记、淋巴细胞表型的检查和淋巴细胞亚群的区分。(2)免疫功能评价51

放射性核素 Cr释放法或乳酸酶脱氢释放法检测NK细胞活性。炭粒廓清实验、巨噬细胞溶酶体酶活性测定、巨噬细胞促凝血活性测定以及巨噬细胞“呼吸爆发”功能测定等反映巨噬细胞的功能。体液免疫的评估采用ELISA、免疫电泳法或血凝法直接测定血清抗体效价,动物脾空斑形成细胞(PFC,Plaque Forming Cell)试验检测抗体形成细胞数。细胞免疫功能的检测有淋巴细胞增殖试验,细胞毒T细胞(CTL)活性检测以及酶联免疫吸附试验(ELISA)、放射免疫试验(RIA,Radio Immuno Assay)检测细胞因子。

7.泌尿系统研究方法(1)肾脏功能学检查

尿化验分析,包括尿蛋白(乳胶增强散射比浊法)、尿氨基酸、尿糖、尿酶以及尿沉渣细胞镜检。尿浓缩功能试验以及肾脏清除功能试验用于评价肾脏的浓缩功能。(2)形态学和酶组织学检查

电镜检查确定细胞超微结构的改变,酶组织化学检查可敏感地反映肾脏各个部位的损伤。敏感的标志酶包括刷状缘的ATP 酶和5'-核苷酸酶、线粒体的琥珀酸脱氢酶和内质网的非特异性酯酶等。

8.内分泌系统研究方法

应用放射免疫测定法检测血清中皮质醇(CORT)、醛固酮(ALD)、促肾上腺皮质激素(ACTH)、催乳素(PRL)、生长激素(GH)、甲状腺素、睾酮(T)、卵泡雌激素(FSH)和黄体生成素(LH)的含量。应用光学显微镜和投射电子显微镜观察腺垂体、甲状腺和肾上腺形态学的改变。2.1.4 流行病学研究

无论是体外实验还是整体动物试验,都不可能取代对人体(群)的调查和观察。电磁辐射对人体(群)危害的最终依据,仍然只能来源于对人体(群)的直接观察。流行病学调查是研究电磁辐射对接触人群健康影响的主要方法。流行病学描述性、分析性、实验(干预)性研究方法都可以应用于电磁辐射生物效应的研究。分析性研究中多为病例对照研究、队列与病例对照结合的巢式病例对照研究、病例-病例研究等。实验性(或干预性)研究多采用小样本随机对照试验,如果检测方法简便或研究确实需要时,也进行大样本研究。借助流行病学调查研究对于揭示电磁辐射生物效应及其机制是一种有效的手段。但是,该研究方法有其局限性,如速度慢、时间长、敏感性不高、花费大,还有许多非确定因素影响其适用性。2.2 电磁辐射的生物效应

电磁辐射对机体可产生多种多样的生物学效应。中枢神经系统作为对电磁辐射最敏感的系统,受到电磁辐射作用以后,会引起神经系统信息传导、递质代谢、乃至学习记忆等高级神经功能等发生变化。这些效应的特点、性质和严重程度取决于电磁辐射的频率、功率、强度和持续时间等因素。国内的测试表明,绝大多数移动通信基站的电磁辐射功率密度均未超过国家标准规定的限值,而手机也必须通过国家检测单位对SAR值进行检测,凡不符合标准的手机,一律不得投放市场销售。因此,可以说,一般情况下当前移动通信对人们的身心健康不会构成太多影响,但对特殊弱势群体,仍应多加关注。2.2.1 特殊人群的生物效应

下面介绍通信电磁辐射对儿童的影响。

电磁辐射场包括自然和工业来源产生的电场、磁场和电磁场总体,分为低频(典型来源是家庭电器的暴露)和高频电磁场(通常与移动电话有关)。通信电磁辐射通常指 100kHz~3GHz 的高频电磁场,包括广播、电视、手机和基站及其他通信基础设施发射的电磁辐射。随着通信技术的进一步发展,通信电磁辐射强度必将日益增高,正处于生长发育时期的儿童由于开始接受电磁辐射的年龄小,因而与现在的成人相比其累积暴露量将远高于成人,电磁辐射对儿童远期健康的影响亦将更加显著。儿童电磁辐射暴露的特殊性和儿童对电磁辐射暴露的相对易感性,使通信电磁辐射对儿童健康的影响受到越来越多的关注。各国现行的电磁辐射职业暴露及公众暴露限值的制定原则仅是为了防止出现充分已知且证据确凿的健康影响,而忽略了低剂量电磁辐射的长期健康影响,但是由于儿童电磁辐射暴露的特殊性和儿童对电磁辐射暴露的相对易感性,现有的公众暴露限值可能无法有效保护儿童青少年的健康。究竟通信电磁辐射是否会影响儿童健康,下面将作简要说明。

儿童的通信电磁辐射暴露主要包括父母使用家用电器及使用手机,家庭、幼儿园和学校的环境暴露(如儿童床无线监控装置、无绳电话及无线网络等)以及儿童自己使用手机。尤其是目前手机普及率提高、价格降低及针对儿童的手机广告等,导致越来越多的儿童开始使用手机。几项民意调查均表明儿童手机用户量激增。例如,在澳大利亚,90%的6~9岁儿童表示有时会使用父母的手机,而德国 1/3的9~10岁的儿童拥有自己的手机。显然手机已经成为儿童通信电磁辐射暴露的主要暴露源。由于儿童使用手机量的快速增加,研究儿童对手机辐射是否具有特异的敏感性和脆弱性就显得十分重要。这一点于2000年首先被英国IEGMP(Independent Expert Group on Mobile Phones)“Stewart Report”提出。他们谈到:儿童的神经系统仍在发育;脑组织由于含水量高而具有更高的电导率;由于解剖学原因,儿童的头部会比成人吸收更多的射频能量;儿童的暴露时间更长。现在儿童的通信电磁辐射累积暴露时间因手机的普遍使用将比现在的成人累积暴露时间长,因为儿童开始使用手机的年龄小而且可能一直使用下去。目前,有关通信电磁辐射对儿童的影响研究主要集中在以下几个方面。(1)脑肿瘤

一项脑癌病例——对照研究表明,低年龄组脑癌患者的手机使用率及每天手机的使用量是最高的。如19%的年轻病例其每天使用手机通话时间超过 30min,而仅 10%相对年长的病例手机通话时间超过 30min。另有流行病学研究表明,长期使用移动电话或无线电话是脑肿瘤发生的危险因素。然而,也有研究报道使用手机与肿瘤发生风险不相关。新近的一项研究表明,每天长时间使用手机超过10年,会增加脑肿瘤(包括神经瘤和胶质瘤)的发生风险。最近一项研究强调,儿童与现在的成人相比,使用手机的年头更长,因而其累积暴露时间也更长,而一般使用手机超过 10年才可能发生听神经瘤。(2)白血病

儿童白血病是发生率最高的儿童恶性肿瘤,峰值出现在2~5岁。很多研究报道了广播电视基站周边居住人群的肿瘤发生率的变化情况。2002年,罗马地区健康机构报道电台附近居住的儿童白血病发生率增高。许多研究报道电磁场与儿童急性白血病的发生相关。尽管研究设计和背景存在差异,但结果一致认为高电磁暴露使儿童白血病的发病风险增高。Ahlbom等基于 9 项研究所作出的综合分析指出,磁场强度超过 0.4μT,儿童白血病的发病率增加 1 倍。另一项更广泛的分析研究也证实了这一结果,Greenland 等对 12 项研究结果进行了综合分析,表明:磁场强度超过0.3μT,儿童患白血病的OR值为1.7。Draper等的研究表明:儿童白血病发生增高的风险与其生活区同高压线之间的距离存在剂量效应关系。距离200m以内,风险增高69%,距离200~600m,风险增高23%。

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