移動通信基站電磁輻射源項及環境影響范圍與防護措施分析

陳貽師 李晨 王葉

（海南省輻射環境監測站 海南海口 571126）

1 引言

移動通信在人們的生活中發揮著越來越重要的作用，給人類生活帶來了許多便利，隨著人們對通信質量和信號覆蓋度要求的提高，基站數量也在日益增多，同時信號強度也在不斷上升，由此引發的電磁環境污染問題也較為突出。如今怎樣去看待和評估移動通信基站帶來的電磁環境污染及防治措施，是當前通信事業工作者和有關公眾比較關注的焦點問題。

2 基站電磁輻射源項分析

2.1 基站輻射基本特征

基站輻射源可分為室內與室外兩部分。室內部分的主要設備有控制器、信號發射機、耦合器、雙工器、功率放大器及饋線，此等在設計、制造時已采取了良好的屏蔽措施，向外環境泄漏的輻射微乎其微。室外部分的主要設備有饋線和收、發天線。基站正常運行時，天線向環境發射電磁波，使環境電磁輻射水平升高。因此，天線是基站電磁輻射主要的產污節點。基站接收天線接收來自環境的上行電磁波信號，發射天線向環境發射下行電磁波信號，因此，對環境影響主要是下行電磁波。

天線的架設方式主要為地面塔和樓頂塔兩種，天線按照方向性可分為全向天線和定向天線，當前在用的絕大部分為定向天線。定向天線基站一般有3個扇區分別兼顧水平120°。每個扇區天線發射的電磁能量大小與發射機輸出功率、從發射機端口到天線發射間的衰減有關，電磁能量在空間分布與天線增益、天線輻射方向圖、天線俯角有關。

2.2 基站輻射源項參數

發射機輸出功率、傳輸損耗、天線增益、天線輻射方向圖和天線俯角這些參數每個基站都不完全相同，有很多類型，難以全面準確地表述[1，2]，并結合多年來監測評價工作積累的經驗概括性地分析其源項參數。

2.2.1 發射機功率及動態變化

基站發射機的標稱功率主要有40W、30W和10W。基站具備功率檢測和控制技術，會根據用戶位置對發射功率進行控制和調整，并非滿功率連續發射：當基站扇區用戶較多時，它將對用戶進行距離識別，距離較遠、處于信號微弱區域的，會以較大發射功率直到最大；但對于距離較近的用戶，基站則用較小的輻射功率進行發射。總之，發射功率是在小于或等于發射機標稱功率范圍內變化的。

2.2.2 功率傳輸損耗

基站系統本身傳輸損耗，從基站設備到發射天線需要使用饋線連接，一般情況下，基站需要用15m長的1/2軟跳線、40m長的7/8硬饋線、1個避雷器和8個接頭。根據設備資料，系統損耗為：900MHz和1800MHz頻段1/2軟跳線損耗是分別是6.9dB/100m、10.1dB/100m；7/8硬饋線損耗分別是3.8dB/100m、5.6dB/100m；連接頭損耗是0.05dB/個接頭；避雷器損耗約0.3dB。典型的GSM900MHz基站的饋線和接頭損耗共約為3.5dB，GSM1800MHz基站的饋線和接頭損耗共約為4.5dB。貫穿損耗，電磁波穿過建筑物、人體、汽車時，均有一定的損耗，稱為貫穿損耗[3]。樓頂塔建設需考慮建筑物貫穿損耗剩余。建筑物貫穿損耗與結構、門窗、樓層有很大關系，一般每層為-2dB。

2.2.3 天線增益和方向圖

目前基站所應用天線增益種類有11dBi、12dBi、15dBi、17dBi和18dBi，天線輻射方向性如圖1和圖2所示。從圖1、圖2可知，水平方向比較均勻，差異不明顯；但垂直方向上差異明顯，有主瓣、副瓣和后瓣三大類。主瓣的寬度越窄，說明天線的方向性越好；后瓣和副瓣越小，則天線可能出現的竄擾就越小。天線輻射的水平波束寬度決定了天線輻射的電磁波水平覆蓋范圍；天線輻射的垂直波束寬度則決定了天線傳輸距離及縱向覆蓋范圍。一般來講，天線主瓣方向的電磁輻射強度較大，副瓣方向的電磁輻射強度則較小。

圖1 水平方向性示意圖

3 基站電磁輻射環境影響范圍分析

由電磁波的傳輸特性可知，天線發射的電磁波強度將隨距離的增大而減小，基站電磁輻射對環境的影響是有一定范圍的。

3.1 電磁輻射防護距離理論計算

3.1.1 測算方法

目前GSM和CDMA的頻段在800~1900MHz之間，在距離天線1m距離之外就是遠場區域。根據國家環保行業標準《電磁輻射監測儀器和方法》（HJ/T10.2-1996）中所提供的遠場功率密度計算公式：

式中，Pd為功率密度，W/m2；P為天線輻射功率，W；G為天線增益，倍數，10^(G/10)；r為離天線直線距離，m。如已知Pd、P、G，由上式可推導出r。

3.1.2 參數選取

《電磁環境控制限值》（GB8702-2014）中規定，頻率為30MHz~3000MHz的公眾曝露限值為0.4W/m2。對于單網基站，《輻射環境防護管理導則—電磁輻射環境影響評價方法與標準》（HJ/T10.3-1996）中要求，取功率密度限值的1/5作為評價標準即0.08W/m2。對于發射功率，選40W、30W和10W；天線增益，選取最大值18dBi，方向性系數按以上方向圖選取，系統本身傳輸損耗選取最小值3.5dB，即G等于28倍。

3.1.3 計算結果

根據上述計算方法，將有關參數代入相應數據得到天線前方水平防護距離為18m～35m不等，正上、下方垂直防護距離為2.0m～3.0m不等，后方水平防護距離為3.0m～5.0m不等。其各方位防護距離所形成的矩形水平旋轉120°圍成的包絡空間內為某扇區的環境影響超標范圍，外為達標區。

3.2 理論計算與實測結果比較

為了掌握理論計算參數選取的合理性，本文選取最大功率為40W、最大天線增益18dBi的海口某地面塔基站（天線離地面高40m）采用德國Narda公司的PMM8053A綜合場強儀進行了實測，實測結果與理論計算比較如圖3所示。從圖3可以看出，理論計算值比實測結果偏大，但隨著距離的增大與實測結果不斷接近；當實測點位與天線距離較近時，理論計算值偏大得多，而當實測點位與天線距離較大時，兩者吻合得較好。這是因為在距離天線較近時受天線自身尺寸問題及鐵塔影響，不是完全理想化的點源向周圍輻射，但當隨著距離增大，天線輻射點源化特性越明顯，因此實測結果和理論計算值基本一致。實測結果與理論計算值比較表明，上述所采用和選取的參數是合理的，利用其所計算得到的防護距離是比較可信的。

圖3 實測結果與理論計算對照圖

4 基站電磁輻射防護措施分析

基站電磁輻射環境影響防護的基本方式是時間防護、距離防護和物質屏蔽[3]，具體實施應從規劃建設和運營兩個階段著手。

4.1 規劃建設階段

4.1.1 主動開展環評工作，調查當地電磁輻射環境背景情況，避免在電磁輻射環境背景值較高處建設基站；測算防護距離，并核查現場是否滿足要求。

4.1.2 合理安排基站發射天線的架設位置、高度、朝向以及俯仰角，將天線布置在建筑物的樓頂外側，基站定向天線三個電磁波主瓣盡量避開周圍高層建筑；若不能避開時，可增加天線掛高、適當升高天線使之與前方居民樓有一定高差，從而避開電磁波主瓣，或調整天線俯仰角角度；實在不行，考慮選擇功率較低和增益較小的基站配置。

4.1.3 對位于樓頂且架設高度較低的天線（如樓頂抱桿），由于天線相對于樓頂平臺較低，因而可能導致平臺上的電磁輻射強度較大，此類基站考慮將樓頂平臺的一定區域封閉或布設標示設施，盡量減少人群接近，從而減輕基站運行期對群眾的影響。

4.2 運營階段

4.2.1 基站的發射功率、天線增益和俯角等重要參數不得擅自改變，如需調整須向環保行政主管部門匯報。

4.2.2 主動辦理項目竣工環保驗收手續，開展驗收監測，以掌握環境敏感點處的電磁輻射水平。

4.2.3 如發現運行期間環境敏感點的電磁輻射水平存在超標現象，可通過調整基站發射天線增益倍數、架設位置、高度、朝向以及俯仰角和發射功率，以滿足環境保護標準要求。如通過調整仍然超標，須重新選址，搬遷基站。

5 結語

基站的建設對公眾生活和國民經濟發展是有積極意義的，但不科學盲目地建設將引發環境污染問題，因此應當取其利避其害。本文通過分析基站的電磁輻射源項，估算了其輻射防護距離，并提出了切實可行的防護措施，希望對基站的規劃選址、建設及監測評價具有指導性意義，同時為公眾了解基站輻射及防護相關技術提供幫助。

[1]中國移動海南公司GSM第十五至十八期數字移動通信工程環境影響報告書[R]成都：四川省輻射環境評價治理有限責任公司,2010.

[2]陳志平.移動通訊基站（GSM900、WCDMA）在環境中電磁輻射分布的研究[D].南昌：南昌大學,2013.

[3]樊小龍,王文中.電磁輻射的危害與預防[J].中國環境科學學會學術年會論文集,2013.