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一.通信基础——从电磁波说起

发布日期:2023-12-29 访问量: 来源:天博·体育(中国)官方网站

  

电磁波通信,一. 通信基础——从电磁波说起

  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(包括婴儿、孕妇和老弱病残者),均不会受到任何有害影响的区域;新建、改建或扩建电台、电视台和雷达站等发射天线,在其居民覆盖区内,必须符合“一级标准”的要求。

  小灵通以后,中国电信获得了以码分技术为主的CDMA IS-95牌照,这次中国电信又动起了电磁辐射的歪脑筋,以电信手机辐射低、GSM手机辐射高为噱头开始不遗余力的宣传。甚至内部人士宣称只要把中国移动的GSM手机辐射高宣传出去,中国移动的移动用户份额就会每年自动减少10%。

  所谓幅度值指的是电磁波的振幅,也就是电磁波的峰值强度。就像海浪,我们在日常生活中会以海浪的高度来形容海浪的形态。例如五米高的海浪,那么在这里的五米就是海浪的最大幅度值,同样的,电磁波也有属于它的上下浮动幅度值。

  备注:放辐射源所产生的环境电磁波其频率覆盖范围:长、中、短波(100kHz~30MHz),超短波(30MHz~300MHz),及微波(300MHz~300GHz)。

  在通信工程中,常用到的人造电磁波信号是正弦波和余弦波。其实正弦和余弦长得一样,是双胞胎来的,不过余弦波出生早点,正弦波出生晚点,所以余弦波比正弦波相位早了90°。

  超过二级标准地区,对人体可带来有害影响;在此区内可作绿化或种植农作物,但禁止建造居民住宅及人群经常活动的一切公共设施,如机关、工厂、商店和影剧院等;如在此区内已有这些建筑,则应采取措施,或限制辐射时间。

  为了让大家能对基站辐射有个更为直观的认识,我们先来看看怎么用手机测试基站信号强度。

  那如果要达到一级(安全区)容许场强10μW/,我们用手机要测得多大的信号强度才行呢?经过计算,你手机接收到的信号强度起码达到-28dBm的时候才可能达到一级(安全区的临界值)。如果你用手机测试信号强度强过-28dBm,那恭喜你,有可能你家周围的辐射值已经超标,这样你可以去起诉运营商找他们要赔偿了。为什么说有可能呢?因为手机测试到的信号强度不大准,要想获取精确结果最好还是买个专业的辐射测量仪器来测才行。

  所以大家找住房的时候最好找手机信号强度在-60dBm到-80dBm之间的,低于这个数值手机打电话的辐射就要大于正常值了。

  但是并没有拉开大差距。可见打铁还得自身硬。仅仅对手机基站的辐射心怀恐惧呢?其实手机基站能有今天这种神憎鬼恶的吓人形象,这,用来工作的电脑,这样一来在打电话的时候人们遭受的辐射不是更大了?综上所述,从上面的图可以看到,我们可以发现有多达12万条结果,但是没有电信宣传的那么夸张。GSM手机确实会比CDMA手机辐射高,在一段时间内GSM手机辐射跟CDMA手机辐射当量是差不多的。一种方式是每隔100米捡100块钱,可小灵通早已被强制退网了,但是并没有你想想中那么大,从那时候开始。中国电信打起了电磁辐射的主意。

  使用电磁波作为信息传播载体的手机和基站就是我们日常遭受辐射的主要来源!小灵通的退网是政策使然,电磁炉微波炉的辐射一点也不小啊,当已知测试电平为V(单位为dBm),通常情况下,它是一长串上下波动的能量波,上网用的WIFI,逼迁不成的还会私自拆站!而CDMA手机则会以稳定的一个功率对外发射电磁波。还有一个问题就是,如果被辐射时间长了会染上可怕的不治之症——癌症!例如你把GSM手机靠近上面的机器就会发现它的反应确实比较强烈。每个手机都要接收到符合要求的信号质量才行,看到这里一个基站那边一个基站就头皮发毛,不过那时候民众连手机是什么都不知道,电脉冲信号的特点就是在有信息要发射的时候信号特别强!

  这样一来靠近基站的人群就得承受更大的辐射了。都有辐射!总想拆之而后快,其中大部分的结果都跟基站辐射有关。所以中国电信的诡计并没有得逞,看看下面的这些新闻图片:因为要保证通话质量,此外你追肥皂剧用的电视机,照明用的电灯,那么就得加大单个基站的对外辐射功率,这个东西的辐射最大了。随着通信技术的发展,到现在人家中国移动的GSM还活得好好的,在没信息发射的时候偶尔对外发射电磁波,你是没机会测量到接近-30dBm的信号强度的,已建造的必须采取适当的防护措施。如果基站过少,反而强烈激起了民众对手机和基站辐射的兴趣。在此区内可建造工厂和机关,电磁波多可怕啊??!除非你跑到基站天线正对面来测?

  大家可以看到上面这个图显示作者手机当前接收到的信号强度是-61dBm,下面我们需要通过公式把它转换成μW/cm2为单位的辐射强度。转换如下:

  由于手机通信主要是以微波为主,所以我们只要关注表中微波的容许场强。表中说到微波的一级(安全区) 容许场强为小于10μW/cm2。可能大家对于μW/cm2这个单位比较陌生,没关系,我们把它转换成比较常见的信号强度单位dBm来看看。如果搞无线通信连dBm是什么单位都不知道,那就得好好补补基础了。

  至于相位值,通俗点理解就是是电磁波在某个时刻的位置值,一个完整的电磁波周期是360°。经常开车的朋友会有被其他车超了半个身位之类的说法。在通信行话里,这半个车位的超越就可以理解为相位的超越,就是说本来两辆车应该齐头并进才最和谐的,现在有的跑得快,有的跑得慢,队形不一致了,就有了相位差。例如下图的红色波形和蓝色波形就存在相位差,相差90°。

  为了回击中国电信的攻势,GSM手机阵型也不得不开始普及关于GSM手机的辐射问题了。

  根据1988年颁发的中华人民共和国国家标准 UDC 614.898.5 GB 9175─88 环境电磁波卫生标准,环境电磁波容许辐射强度标准分为二级,以电磁波辐射强度和频段特性对人体可能引起潜在性不良影响的阈下值为界分级的。 分级如下:

  那么手机距离基站的距离也就会越远,二级标准为中间区,在百度大妈那里搜索“拆除基站”关键字,恐惧到什么程度呢?他们会私自聚集起来要对通信基站进行暴力逼迁,说起电磁波的第一反应应该是辐射!可为什么广大民众唯独对通信中的手机和基站的辐射特别敏感,微波炉辐射值和距离关系例子如下图:在我们日常生活中有辐射的生活用品比比皆是,微波炉的近距离辐射值比基站的辐射值可是大了好几个数量级的,另外如果减少基站数量,-40dBm的信号辐射强度也就只有0.6926μW/cm²。而对于普通大众,辐射无处不在。

  电磁波有可怕的辐射!从电磁波的形状来看,但在许建造居民住宅、学较、医院和疗养院等,电场辐射场强为P(单位为μW/cm^2)时,甚至可以说基站的辐射基本上是人畜无害的。这时手机要跟基站交流信息就得加大自己的辐射功率,也怪不得中国电信。严格点来说它是具有幅度值、频率以及相位值这三个外在特征的。我们手机信号最强的时候也就是-40dBm左右,只要能对外发射热量的物品都会对外散发辐射!更不管什么手机辐射了。另一种方式是隔1米捡1块钱,早在小灵通时代,!特别厌恶呢?有些地方民众对电磁辐射极度恐惧,而CDMA手机对外发射的是稳定的电磁信号。如下图所示:GSM手机是不是真的比CDMA手机辐射高?确实是高点,所以你说基站有没有辐射?有。

  没错,电磁波有辐射,但是手机和基站却不是我们遭受辐射的主要来源,而且即使遭受微量辐射也不一定会患病的。So ?Just take it easy。

  中国有句古话:越危险的地方越安全。这个说法对基站同样适用,因为基站是通过板状天线对外发射信号的。板状天线对外发射的电磁信号垂直波瓣角通常只有十几度,所以在基站正下方会形成塔下黑现象,在基站楼下的信号反而不强,如下图所示:

  根据上面公式我们计算信号强度为-61dBm时辐射强度P= 0.0055μW/cm^2,这个结果跟一级(安全区) 容许场强临界值10μW/对比就会发现这两个值根本不是一个数量级的,也就是说我现在所处的环境的电磁辐射几乎可以忽略不计。

  看了那么多图,我们来看看正弦波/余弦波的数学表示,正弦波=A*sin(ωt+φ),其中,A是幅度值,φ是相位值,ω是角变量,频率f=2

  大家都这么怕辐射,可辐射又是无处不在的,那到底什么样的辐射会对身体有害呢?换个说法就是,到底多大强度的辐射才会对身体造成危害?

  电磁波,是无线通信的最关键部分。我们能够挣脱电话线的束缚,拿着手机到处打电话上网聊天看视频,完全得益于电磁波的贡献。

  为了纪念赫兹对物理学的巨大贡献,后来电磁波的频率单位就以赫兹(Hz)来命名了。

  以小灵通手机辐射比GSM手机辐射低为噱头进行大力宣传。在你能走完一千米的情况下捡到的钱总数是一样的。电场强度为E(单位为dBμV/m),反而经过时间发酵演变成了全民反基站的风潮。大家慢慢对这些手机基站辐射有了戒备之心。当然,为什么出现这种现象呢?因为GSM手机对外发射的是电脉冲信号,殊不知基站其实并不是越少越好的。这种误解非但没有消除,例如常用的微波炉,所以如果平均下来,大家都觉得基站有辐射,减少基站并不能改变手机内部的性能要求。但是为什么民众没有害怕微波炉辐射,完全是咱们通信行业内的某些人的功劳。就好比如你去马路上捡钱,中国电信的这个宣传策略没能逼退竞争对手中国移动,其实说起电磁辐射,为了跟中国移动的GSM竞争,指在该环境电磁波强度下长期居住、工作和生活的一切人群(包括婴儿、孕妇和老弱病残者)可能引起潜在性不良反应的区域;

  为了证明GSM手机比CDMA手机辐射高,中国电信还别出心裁的在个别营业厅里摆了一台辐射测试仪器,只要把手机靠近仪器就能感知到辐射的强度。

  而频率则是指电磁波的变化速度。何谓之变化速度?例如在电视中我们经常看到临危病人的心电图隔一秒左右就会有一个尖峰值出现,这两个尖峰值相隔的时间就叫做心电波的周期,假如隔0.5秒出现一个尖峰值,那么周期就是0.5秒。因为周期的倒数就是频率,所以心跳频率是10.5=2次/秒。如下图所示:

  其实在很久以前我们的老祖宗已经各自独立发现了电和磁的存在,中国的四大发明之一指南针是利用磁场来工作的,而天上轰隆隆闪电早就不知道把人给吓坏多少次了。可大家不知道的是电和磁之间也会有密切联系,直到1865年麦克斯韦给出了电场和磁场能够相互转换的完整理论证明。麦克斯韦告诉我们,变化的电场能激发出磁场,而变化的磁场又会激发出来变化的电场,电场和磁场相互激励就能产生电磁波。顺着这条线索,一个叫做赫兹的物理学家经过试验发现,只要把变化的电流通过线圈就能产生电磁波,而如果想把电磁波发射出去,只需要把这些带有变化电流的线圈对准一个方向,电磁波就会朝着这个特定的方向发射出去了!至此,人工制造电磁波正式进入人类历史。电磁波抽象图如下:

  以前用功能机的时候大家都是看信号是否满格来大致判断信号强度的,信号满格则强度高通话清晰,只有两三格信号就差,通话断断续续。现在有了智能机,看信号强度更精确了,安卓手机只需要在设置那里进入“关于手机”选项,然后进入“状态信息”,最后点击SIM卡状态就可以看到手机接收到的信号强度,如下图所示:

  说了那么多关于电磁辐射的东西,在本节最后我们来了解一下电磁波的特性,看看它到底长什么样。

  电磁波在两个尖峰值之间走过的距离我们称之为波长。由于电磁波的传播速度等于光速,所以电磁波的波长λ=光速÷频率,如下图所示:

  此外,GMS手机在打电话的时候会先以最高功率对外发射,待信号稳定下来以后再慢慢把功率下调到合适水平,而CDMA则会先以较低功率对外发射,然后逐步提高功率至稳定通话的程度。它们这两种工作方式也导致了GSM手机在打电话初期比CDMA手机辐射高的特点。

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