典型室内电磁环境防护控制分析研究

刘　杨，李　凯，谭康伯

(1.榆林电视台, 陕西 榆林 719000; 2.西安电子科技大学 电子工程学院, 陕西 西安 710071)

超过一定阈值的电磁辐射会对公众环境和生物体健康造成潜在的不良影响，是公众最关注的问题之一。随着社会的发展，公众对环境质量的要求逐步提高。面对新的发展需求，需要不断深入研究建筑设施中典型的辐射系统，如大功率通信设备、移动通信基站等对于公众健康的电磁生物影响[1]。本文将结合国家规定标准，预评估分析移动通信天线辐射强度以及辐射强度低于国家标准限定阈值的相对天线空间距离[2]。

1　电磁辐射标准及限值

环境中的电磁辐射照射为空间中所有电磁辐射的总和，包括环境背景的电磁辐射、已建电磁设施的辐射和拟建设施可能产生的电磁辐射等。根据环境辐射的评价标准[3]《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)，对于公众照射，其导出限值标准见表1。

表1　公众照射导出限值

表中“*”是平面波等效值，供参考对照，“**”供对照参考，不作为限值；f为频率，单位MHz；其中数据做了取整处理。

按照《辐射环境保护管理导则一电磁辐射环境影响评价方法与标准》(HJ/T10.3-1996)，对单个项目的电磁辐射影响的管理目标值的确定应遵循下列原则[4]：

(1)为使公众受到总照射剂量小于GB8702-88的规定值，对单个项目的影响必须限制在GB8702-88限值的若干分之一；

2　建筑环境电磁辐射特征分析

本文将一种代表性移动通信天线分别置于空旷空间和建筑物室内，并对其周围以及室内的功率密度进行评估对比。该评估方法基于多层快速多极子法 (Multilevel Fast Multipole Algorithm，MLFMM)[6]。

混凝土墙对房间内的电场波具有屏蔽减弱作用。混凝土等非磁性介质其相对磁导率为1，其相对介电常数计算式可由下式计算得到[10-11]

(1)

其实部ε′和虚部ε″分别为

(2)

(3)

其中，j为虚数单位；ε∞为介质的高频介电常数；w为电磁波的角频率；松弛时间分散程度的参数为 。

建筑物内房间模型如图1所示，图2为楼层结构，墙体厚度为24 cm[7-9]。

图1　建筑物内房间示意图

图2　楼层结构示意图

根据式(1)可以得到工作频率为900 MHz时的混凝土相对介电常数为10。辐射功率设定为20 W，空间辐射方向图如图3所示[11-13]。

图3　空间辐射方向图

下面对空旷空间和建筑物室内两种情况进行分析。第一种情况将辐射源置于无障碍物的空间；第二种情况将该天线放置在屋顶上面。在此基础上分别分析辐射源下方各平面的平均功率密度，各平面形状为房间相应位置处剖面，分析结果如图4所示。

图4　距离辐射源不同位置处的功率密度对比

窗户是房间内常见的建筑结构，其位置的设置将影响电磁环境，因此需要在电磁防护控制分析、设计中加以深入研究。以阳台处的窗户为代表性研究对象，将其从阳台的中心位置处由左向右移动，每次调整一米，分析窗的位置对房间内平均功率密度的影响，所得到的房间内平均功率密度如图5所示。将窗户一边固定在阳台中心，在宽度变化的情况下，分析窗户大小对房间内平均功率密度的影响，相应分析得到的房间内平均功率密度如图6所示。

图5　窗户位置变化情况下的功率密度

图6　窗户大小变化情况下的功率密度

通过前面的分析结果可以看到，在第一种情况下，随着辐射源距离变大，电场强度下降明显，且当距离<3 m时，其量值大于前面所给出的限值(8 μW·cm-2)，即在空旷的地带，距离>3 m即满足国家标准规定，对生物体的潜在危害影响可忽略不计。在第二种情况下，由于混凝土的衰减作用，建筑物房间内功率密度相对较低，没有超过国家规定的限值，不对人体健康构成明显潜在影响。在对窗户位置设置的分析中可以看到，辐射能量最大的地方主要是客厅和阳台，其他地方相对较小。总体来说，辐射削弱的主要影响因素是墙体，与辐射源之间隔着墙体越多，监测位置处的电磁能量越弱。对于门和窗户的大小、位置而言，位置越靠近辐射源或监测点的连线、尺寸越大，则受辐射强度越大。综上所述，电磁辐射能量符合国家标准，而室内受辐射强度则与辐射源相对位置和室内布局直接相关。

3　结束语

通过对前面典型设施的相关辐射特性分析可知，基于《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)，在空间没有阻碍物且距离辐射源>3 m或有混凝土隔离且但距离辐射源>1 m的情况下，电磁环境辐射水平符合规定。因此，若合理规划设计，在满足上面分析结论的情况下，基于最大余量原则，尽量减少在辐射设备<3 m之内设置工作、生活区域，以减少电磁辐射对人体健康的潜在影响。

对于室内的辐射强度而言，室内电磁布局设计是有效的整体控制因素。由于混凝土墙壁对电磁波传播有较大的阻碍作用，因此门窗、阳台的空间布置及大小对室内电磁辐射强弱调节有着更为直接的影响。窗户越大或窗户的中心位置越靠近辐射源与室内之间的连线上，则室内的电磁辐射强度越强。本文研究对于促进科学论证电磁辐射对室内生物体的潜在危害具有一定的参考意义。对于更大规模设施的综合电磁环境特征评估，本文研究工作具有积极的技术价值，并为进一步分析相关生物受电磁环境影响提供了基础支撑。

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB8702-1988电磁辐射防护规定[S].北京:中国标准出版社,1988.

[2]中华人民共和国国防部.HJ/T103-1996,辐射环境保护管理导则: 电磁辐射环境影响评价方法与标准[S].北京:中华人民共和国国防部,1996.

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