电磁辐射计算

电磁辐射计算 1. 国家标准 现有两个标准:国家环境保护局发布的国标“电磁辐射防护”(GB8702,88)及卫生部发布的国标“环境电磁波卫生标准”(GB9175,88) (1)“电磁辐射防护规定”:分职业照射及公众照射两种标准。公众照射标准要求高于职业照射标准，换句话说，能满足公众照射标准要求，一定能满足职业照射标准的要求。职业照射要求在一天24小时内，环境电磁辐射场的场量参数在任意6分钟内应满足一要求。 公众照射要求在一天24小时内，环境电磁辐射场的场量参数在任意6分钟内应满足表一要求。 表一 2频率f范围(MHz) 电场强度(V/m) 磁场强度(A/m) 功率密度(W/m) 0.1—3 87 0.25 20 3—30 60/f 150/ 0.4/ ff 30—3000 28 0.075 2 3000—15000 f/1500 0.5 0.0015 ff 15000—30000 61 0.16 10 表二 2频率f范围(MHz) 电场强度(V/m) 磁场强度(A/m) 功率密度(W/m) 0.1—3 40 0.1 40 3—30 12/f 67/ 0.17/ ff 30—3000 12 0.032 0.4 3000—15000 f/7500 0.22/ 0.001 ff 15000—30000 27 0.073 2 (2)“环境电磁波卫生标准”:分一级标准及二级标准。一级标准为安全区，指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切人群，均不会受到任何有害影响的区域;二级标准为中间区，指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切人群可能引起潜在性不良反应的区域。环境电磁波容许辐射强度分级标准见表三。 表三 2波长 容许场强(V/m) 容许功率密度(μW/cm) 一级(安全区) 二级(中间区) 一级(安全区) 二级(中间区) <10 <25 长、中、短波 <5 <12 超短波 <10 <40 微波 混合 按主要波段场强;若各波段场强分散，则按复合场强加权确定 2假定基站使用的频段是900MHz，属微波频段。如果按表一来看，功率密度应小于2W/m， 2即小于200μW/cm。下面的计算以更加严格的标准“环境电磁波卫生标准”的一级标准(表 2三)为依据:功率密度S<10μW/cm。实际上香港地区的标准是依据表一。 2. 国外标准 2.1. FCC标准 国外采用SAR来定义辐射标准，对SAR要求较严的是FCC标准，对30MHZ-15GHZ频段推荐了两类辐射标准: 1. 受控制的辐射极限: 0.4mw/g(人体平均值),峰值8mw/g(对任何1克人体组织平均),平均时间6分钟; 2. 非控制的辐射极限 0.08mw/g(人体平均值),峰值1.6mw/g(对任何1克人体组织平均),平均时间30分钟. 手机辐射属于人不能控制射频源的非控制辐射。 2.2. SAR的定义 特异吸收率(SAR)是指某强度下构成元素中增加质量而吸收(释放)的额外能量的时间导数(率)。SAR的单位是瓦/千克(W/kg)。电场某点的SAR可表达为:SAR=(σ?E?2)/ρ，σ=组织的传导率(S/m)，ρ= 组织的质量密度(kg/m3)，E = 总的RMS电场强度(V/m)。SAR和某点增加的温度的关系为:SAR = (cΔT)/Δt，ΔT = 温度的变化(?)，Δt=暴露的时间(s)，c = 比热(Jkg-1C-1)。公式成立前提是假设测量在绝热条件下进行，即热扩散、热辐射、血液流动或出汗导致的温度调节所造成的热损失不存在。 SAR的测定程序复杂，不确定度估计约为30%。模拟组织的介电特性、大小、模拟物壳的几何形状以及电话相对于模型的位置等差异都可导致最终SAR结果的很大不同。IEEE的SCC34/SC2正为限定各种参数而进行标准化方面的工作。当所有测试实验室都用同一套参数时，差异会缩小。即使如此，测量的复杂性仍限定只有特定的实验室能进行此项测试。 3. GSM900允许的接收功率(dBm) 国标“环境电磁波卫生标准”第1.2.3条指出，复合场强是指两个或两个以上频率的电磁波复合在一起的场强，其值为各单个频率场强平方和的根值，可用下式表示: 1/2222E=(E+ E+…+ E)…………….(1) 12n 若设本小区各信道(载波)发射功率相同，且同时发射，则复合场强 1/2E= E*n …………….(2) 1 其中:n为信道(载波)数，E为各单个信道(载波)所产生的场强。 n 2 容许功率密度S<10μW/cm，相应的点源天线的接收功率Pr计算如下: 根据电磁场理论公式 2Pr=(,E/2,)G/120 …………….(3) r 式(3)中: P:接收功率(W) r ,:波长(m)，对于900MHz频段， 86,=C/f,3*10/(900*10)=1/3 m G:接收天线增益dBi，对于点源天线增益为0dBi，即为1 r 2 E:电磁波复合场强(v/m)，已知功率密度S=10μW/cm，即 22=377S，得E=6.14v/m S=0.1W/m处，代入E 将上述数值代入(3)式，得 -3 Pr=0.884×10W，即Pr= -0.535dBm …………….(4) 此即为符合“环境电磁波卫生标准”(GB9175-88)规定的一级标准的接收功率。如果按照表 2一的标准来看，功率密度应小于S=2W/m，则计算出场强E=27.5V/m，相应的接收功率为 -317.74×10W，即12.5dBm 4. 最小距离计算 4.3. GSM900最小距离计算 假定GSM900基站发射功率47dBm，天线增益为15dBi，现计算符合“环境电磁波卫 2生标准”规定的一级标准(功率密度S<10μW/cm)的最小距离d。 接收点的复合功率为Pr: Pr=Pt+Gt+Gr-L- Lf-Lb ………(5) 其中:Gt—发射天线增益(取15dBi) Gr—接收天线增益(点源天线增益取0dBi) Lf—馈线损耗(取2 dB) Lb—建筑物穿透损耗(对于钢筋水泥建筑，其经验值约为 20dB，此例取0) L —传播损耗 由式(5)可得符合标准要求的最小空间传播损耗L L=Pt-Pr+Gt+Gr - Lf-Lb ………(6) 式中Pr为符合标准的最小接收功率Pr=-0.535dBm Pt=47dBm 将相应的值代入(6)式可得L,60.54dB 为方便计算取L,61dB 按自由空间衰耗，在900MHz频段内L和d的关系，可由下式取得 L=32.44+20lgf+20logd =91.5+20logd ………(7) 已知符合标准的最小空间传播损耗L，可求最小距离， 把 L=61dB代入上式，可求得 d=29.9m 由以上分析可知:当正对天线口距离d,29.9米时(按自由空间损耗计算)， 即可符合“环 2境电磁波卫生标准”(GB9175-88)规定的一级标准(功率密度S<10μW/cm)。 2 如果按照表一的标准来看，功率密度应小于2W/m，则计算出场强E=27.5V/m，相应的 -3接收功率为17.74×10W，即12.5dBm，则求得的最小空间传播损耗L为47.5dB，代入式 (7)求得相应的最小距离d=6.3m 实际上基站并不总以最大发射功率(47dBm)进行发射的，所以，实际的最小距离应该比上面计算的要小。而且，如果考虑室内的情况(即考虑室内穿透损耗20dB左右)，则实际的最小距离会更小。