GSM移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境影響分析

李 玲

（荊州市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，荊州 434000）

近年來，移動(dòng)通信發(fā)展迅速，基站是移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要組成部分，基站負(fù)責(zé)手機(jī)之間、手機(jī)與移動(dòng)通信系統(tǒng)之間的信息通信，為保證移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，必須建設(shè)大量的移動(dòng)通信基站。基站會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，當(dāng)前，人們?cè)絹碓疥P(guān)注電磁輻射對(duì)環(huán)境的影響，以及在使用通信設(shè)備當(dāng)中對(duì)人體的影響和危害。本文闡述了電磁輻射相關(guān)理論、電磁輻射環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及基站電磁輻射環(huán)境影響的分析，本文以GSM900單網(wǎng)絡(luò)定向站為例。

1 電磁輻射概述

變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又可以產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交互變化產(chǎn)生電磁波，電磁波向空中發(fā)射或泄漏的現(xiàn)象稱之為電磁輻射，人類生活在電磁波的環(huán)境當(dāng)中，比如自然界的雷電，太陽(yáng)黑子，宇宙中的射線等等都存在電磁波。人為的產(chǎn)生電磁波的來源有通訊設(shè)備，工業(yè)設(shè)備，醫(yī)療設(shè)備，家用電器等，例如手機(jī)、傳真機(jī)、電力產(chǎn)業(yè)機(jī)房、衛(wèi)星地面工作站、移動(dòng)通信基站、交流高壓輸電線、醫(yī)用X射線診斷設(shè)備、電腦、電視、微波爐等。電磁輻射會(huì)影響人體的心血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)等等，所以，對(duì)電磁輻射進(jìn)行有效的防護(hù)是非常必要的。

2 電磁輻射環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》（GB 8702-1988）[1]中的表2規(guī)定，頻率在30～3000MHz之間，在一天24h內(nèi)，環(huán)境電磁輻射場(chǎng)的參數(shù)在任意連續(xù)的6min內(nèi)的平均值應(yīng)滿足的條件是：功率密度小于40μW/cm2，根據(jù)《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則-電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 10.3-1996）的第4.2條規(guī)定：?jiǎn)蝹€(gè)項(xiàng)目的影響為使公眾受到的總照射劑量小于GB 8702-1988的規(guī)定值，對(duì)單個(gè)項(xiàng)目的影響必須限制在（GB 8702-1988）限值的若干分之一。在評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)于國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局負(fù)責(zé)審批的大型項(xiàng)目可取（GB 8702-1988）中功率密度限值的1/2。其他項(xiàng)目則取功率密度限值的1/5作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)上述規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，本項(xiàng)目取《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》（GB 8702-1988）功率密度限值的1/5，即8μW/cm2作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3 基站電磁輻射環(huán)境影響分析

3.1 基站的工作原理

基站的主要負(fù)責(zé)手機(jī)信號(hào)的接收和發(fā)送，把接收到的信號(hào)經(jīng)過處理后發(fā)送給移動(dòng)交換中心，然后通過交換機(jī)等設(shè)備的處理，再傳送給終端用戶，實(shí)現(xiàn)用戶之間的無線通信。

基站天線的功能是將傳輸線中的電磁能轉(zhuǎn)化成自由空間的電磁波，或者將空間電磁波轉(zhuǎn)化成傳輸線中的電磁能。天線輻射電磁波是有方向性的，它能在一定方向上輻射電磁波。我們通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向輻射電磁波功率大小的曲線來表示天線的方向，即天線的輻射方向，處于主射方向的方向葉稱為主瓣，處于主瓣反方向的稱為后瓣，其余的都稱為副瓣。在主瓣最大輻射方向的兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低3dB的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度（又稱波束寬度或主瓣寬度）。波瓣寬度越窄，天線的方向性越好，傳輸距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。

3.2 基站主要技術(shù)參數(shù)

基站主要技術(shù)參數(shù)有：

1)標(biāo)稱功率，即設(shè)定功率，GSM900單網(wǎng)絡(luò)定向站標(biāo)稱功率一般為20W，多網(wǎng)共址基站大部分位于各業(yè)務(wù)區(qū)，標(biāo)稱功率也都為20W；

2)天線增益，基站天線增益有11dBi、15dBi、17dBi、17.5dBi、18dBi等，其中定向天線增益主要為 15dBi、17dBi、17.5dBi、18dBi， 全 向 天 線 增 益 為11dBi；

3)天線類型，天線類型主要有全向天線和定向天線兩種；

4)天線極化方式，天線極化方式有水平極化、垂直極化、雙極化等；

5)天線架設(shè)方式，根據(jù)基站所處位置和覆蓋的需要，基站天線采用不同的架設(shè)方式，主要有地面鐵塔、地面美化塔、地面拉線塔、樓頂拉線塔、樓頂抱桿、樓頂美化天線等；

6)發(fā)射頻率，本文中發(fā)射頻率主要采用900MHz。

3.3 電磁輻射強(qiáng)度理論計(jì)算

根據(jù)國(guó)家環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則-電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和方法》（HJ/T 10.2-1996）中列出的微波頻段遠(yuǎn)場(chǎng)軸向場(chǎng)分析模式中的遠(yuǎn)場(chǎng)軸向功率密度Pd，考慮天線垂直方向性的因素，對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)軸向功率密度Pd的計(jì)算公式進(jìn)行修正[2]，將其應(yīng)用于遠(yuǎn)場(chǎng)非軸向場(chǎng)，功率密度Pd如下：

式（1）中：Pd為功率密度，P為天線發(fā)射功率，G為天線增益，r為天線與預(yù)測(cè)點(diǎn)之間的軸向距離，F(xiàn)(θ)為垂直面方向性函數(shù)，θ為預(yù)測(cè)點(diǎn)位置偏離天線垂直方向主瓣的角度。

對(duì)于GSM單網(wǎng)絡(luò)定向站，標(biāo)稱功率為20W（43dBm），各類損耗為10.14dB時(shí)，發(fā)射功率為：

天線增益分別為15dBi，17dBi，18dBi時(shí)主射方向功率密度為：

1)天線增益為15dBi（19.28倍）時(shí)，主射方向的方向性函數(shù)F(θ)=1，則：

2)天線增益為17dBi（30.55倍）時(shí)，主射方向的方向性函數(shù)F(θ)=1，則：

3)天線增益為18dBi（38.46倍）時(shí)，主射方向的方向性函數(shù)F(θ)=1，則：

3.4 基站電磁輻射強(qiáng)度預(yù)測(cè)分析

本文對(duì)GSM900單網(wǎng)絡(luò)定向站進(jìn)行電磁輻射強(qiáng)度理論預(yù)測(cè)分析，預(yù)測(cè)點(diǎn)取與天線的直線距離3m,5m,6.09m,7.66m,8.59m,10m,15m,20m,25m,30m,35m,40m,45m,50m的位置，通過公式（1）可以計(jì)算出天線主射方向上各距離的功率密度值，如表1所示。

GSM900單網(wǎng)絡(luò)定向站主射方向電磁輻射功率密度預(yù)測(cè)值變化趨勢(shì)如圖1所示。

圖1顯示出，對(duì)于標(biāo)稱功率為20W的GSM900單網(wǎng)絡(luò)定向站，當(dāng)天線增益分別為15dBi，17dBi，18dBi時(shí)主射方向功率密度預(yù)測(cè)值總體變化是呈下降的趨勢(shì)，5米內(nèi)功率密度值下降變化較大，預(yù)測(cè)點(diǎn)與天線的直線距離相同時(shí)，天線增益越大，則功率密度值越大，天線增益為15dBi時(shí)，與天線的直線距離大于6.09m的所有預(yù)測(cè)點(diǎn)的功率密度預(yù)測(cè)值均滿足單個(gè)項(xiàng)目管理限值8μW/cm2，天線增益為17dBi時(shí)，與天線的直線距離大于7.66m的所有預(yù)測(cè)點(diǎn)的功率密度預(yù)測(cè)值均滿足單個(gè)項(xiàng)目管理限值8μW/cm2，天線增益為18dBi時(shí)，與天線的直線距離大于8.59m的所有預(yù)測(cè)點(diǎn)的功率密度預(yù)測(cè)值均滿足單個(gè)項(xiàng)目管理限值8μW/cm2。

表1 GSM900單網(wǎng)絡(luò)定向站主射方向功率密度預(yù)測(cè)結(jié)果

圖1 GSM900單網(wǎng)絡(luò)定向站主射方向功率密度系列預(yù)測(cè)值

4 基站電磁輻射實(shí)地測(cè)量方法

根據(jù)《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則-電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和方法》和《移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方法》（試行）兩個(gè)監(jiān)測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量時(shí)環(huán)境應(yīng)選擇在無雨、無雪、無濃霧、無冰雹的氣象條件，監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)避開高層建筑物、樹木、金屬結(jié)構(gòu)等，在以發(fā)射天線為中心的半徑為50m的范圍內(nèi)，對(duì)可以到達(dá)的距離天線最近的區(qū)域和天線主瓣方向不同距離的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)設(shè)備主要采用的是電磁輻射分析儀，例如一款電磁輻射分析儀的型號(hào)為NBM-550，頻率范圍0.1MHz～3GHz，檢測(cè)下限為0.01V/m。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于標(biāo)稱功率為20W的GSM900單網(wǎng)絡(luò)定向站進(jìn)行電磁輻射影響分析，在主射方向，不同的天線增益下，電磁輻射功率密度預(yù)測(cè)值都是隨著預(yù)測(cè)點(diǎn)與天線的直線距離的增大呈總體下降的趨勢(shì)，預(yù)測(cè)點(diǎn)與天線的直線距離相同時(shí)，天線增益越大，則功率密度值越大。

針對(duì)基站電磁輻射的特點(diǎn)，要規(guī)劃好基站的建設(shè)地點(diǎn)，進(jìn)行合理的布局，合理調(diào)整天線掛高、扇區(qū)方向、下傾角等，使得基站電磁輻射環(huán)境影響達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，杜絕基站電磁輻射污染。

[1] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局， GB 8702-1988電磁輻射防護(hù)規(guī)定[S].

[2] 王新穩(wěn), 李延平, 李萍. 微波技術(shù)與天線（第三版）[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2011.

[3] 楊琳, 周睿東. GSM移動(dòng)通信基站的電磁輻射特性[J]. 中國(guó)輻射衛(wèi)生, 2010, 19(3): 331-332.