基站與終端電磁暴露研究

常天宇，武 涵，李 彬

（國家無線電監(jiān)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(huán)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(huán)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(guān)，但該公式是根據(jù)接收天線（取決于實際接收天線參數(shù)，理論上擴散損耗是和頻率無關(guān)的），人體不能類比于天線，故擴散損耗與頻率無關(guān)，但是環(huán)境影響和頻率正相關(guān)（高頻電磁波衍射繞射能力差，故損耗越大）。

可見：基站發(fā)射信號到達人體的電磁能量很?。▽崪y距離基站20m 附近場強為3v/m 左右，低于國家標(biāo)準限值5.4v/m）。

2 便攜設(shè)備對人體局部的影響

圖2 便攜設(shè)備對人體的影響

便攜電子產(chǎn)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(fā)送數(shù)據(jù)包。此時靠近人體衡量近場輻射指標(biāo)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(xù)6分鐘內(nèi)取平均得到的功率。

微觀角度看當(dāng)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(chǎn)生熱量，即SAR 宏觀上體現(xiàn)的是熱效應(yīng)，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(guān)系

人體為有損媒介，由此可以得出兩條結(jié)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(tǒng)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(fā)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(tǒng)[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(dǎo)率；ρ 為組織液密度。

在溫度幾乎恒定的情況下，電導(dǎo)率和頻率正相關(guān) ，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(dǎo)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(dǎo)率

便攜設(shè)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(chǎn)品的對應(yīng)頻段的天線增益及傳導(dǎo)功率正相關(guān)。

圖4 模擬人體組織液電導(dǎo)率和電磁波頻率的關(guān)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(fā)射天線增益∝f（某一款設(shè)備，關(guān)系如下）

圖5 天線增益和電磁波頻率的關(guān)系

結(jié)論：SAR ∝f

目前來講，SAR 在亞洲部分地區(qū)是非強制的，且國內(nèi)標(biāo)準同歐盟測試標(biāo)準及限值相同。但對于歐盟，北美等地區(qū)SAR 是法規(guī)強制的。

歐盟：10g-SAR 限值2w/kg（空間精細掃描區(qū)域內(nèi)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(qū)域內(nèi)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(jié)構(gòu)，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(fù)雜性，評估方式將變?yōu)楣β首V密度的測量。

3 結(jié)束語

近人身體使用的便攜設(shè)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。