無線通信基站電磁輻射緩解技術(shù)的運用研究

王 瑞

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無線通信基站電磁輻射緩解技術(shù)的運用研究

王 瑞

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510630

近年來，通信行業(yè)迅猛發(fā)展，以較高的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和通信質(zhì)量為前提，各運營商加快了無線通信基站建設(shè)速度，大批量的基站興建，在某種情況下也加大了電磁環(huán)境的復(fù)雜性。伴隨著無線通信基站電磁輻射諸多問題的不斷涌現(xiàn)，人們的身心健康因此面臨著巨大的傷害與威脅。其建設(shè)已成為備受關(guān)注的社會問題，必須盡最大努力緩解電磁輻射，且采取行之有效的措施進行防護。

基站；電磁輻射；緩解技術(shù)；防護

1 對電磁輻射的基本認(rèn)識

1.1 電磁輻射的概念

電磁輻射是能量以電磁波的形式發(fā)射到空間的現(xiàn)象，亦叫做電磁波。例如：電視信號、通訊信號、雷達(dá)信號、通信線路、電力輸送線路、電子設(shè)備、家用電器等等的一切電設(shè)備，在工作時都會有電磁輻射產(chǎn)生。電磁輻射可以按照它的波長、頻率排列形成若干頻率段，從而生成電磁波譜，頻率越高其輻射的量子能力越大[1]。電磁輻射來源主要有兩種。例如陽光、閃電、地?zé)岬葹樘烊浑姶泡椛洌厦嫣岬降碾娫O(shè)備等在工作時產(chǎn)生的電磁波則為人工電磁輻射。隨著電訊系統(tǒng)、電子設(shè)備、電臺、雷達(dá)、高壓線等等的日益增多，使人工電磁輻射成為其最主要來源。

1.2 電磁幅射的危害

在世衛(wèi)組織宣布了噪音、水源、大氣三大環(huán)境污染源后，電磁波輻射正逐漸成為第四大環(huán)境污染源，危害著人類的健康乃至生命安全。當(dāng)人們長期處在過量的電磁輻射環(huán)境中，人體的免疫系統(tǒng)、神經(jīng)和生殖等系統(tǒng)將會受到嚴(yán)重?fù)p害，因而會導(dǎo)致出現(xiàn)心血管疾病、皮膚病、糖尿病等疾病。而家用電器、辦公電子、手機電腦等成為電磁波輻射的最大來源。

1.3電磁輻射防護限值

我國環(huán)保部為了加強對電磁環(huán)境的管理，保障公眾的健康，制定了GB 8702—2014《電磁環(huán)境控制限值》，控制公眾曝露的評價，并明確規(guī)定了為控制磁場、電場、電磁場環(huán)境中場量參數(shù)的方均根值應(yīng)滿足其要求。

2 基站電磁輻射分析和計算

2.1 基站電磁輻射的理論計算

電磁輻射強度的理論公式S=PG/4πr2。式中：S 為功率密度（W/m2），國家規(guī)定的功率密度限值0.08 W/m2。通過以上結(jié)果得知，S和該點到發(fā)射點的距離的平方呈反比關(guān)系，與發(fā)射功率成正比關(guān)系。以上僅作為參考，不同的環(huán)境情況需從實際出發(fā)，具體分析。

2.2 基站電磁輻射影響因素分析

眾所周知，基站天線是電磁輻射的主要來源，另外包括發(fā)射機發(fā)射時導(dǎo)致電磁的泄露；高頻電纜和其接頭處產(chǎn)生的電磁泄露；也是電磁輻射其中的來源。發(fā)射天線的信號輻射最為突出的。因此，正確分析和研究發(fā)射天線的電磁場，是能夠促進對基站電磁環(huán)境評估的正確性。其中，天線性能、高度、距離、角度、話務(wù)狀態(tài)等都是發(fā)射天線對環(huán)境產(chǎn)生影響的主要因素。

3 無線通信基站電磁輻射緩解措施

電磁輻射與地面平行方向，也就是指電磁輻射傳播方向，從無線通信角度考慮出發(fā)，保證其覆蓋率成為了當(dāng)前緩解電磁輻射的首要任務(wù)。因此，作為其中的重要因素，只有當(dāng)采用了適合的、正確的發(fā)射天線，才能起到真正緩解無線通信基站電磁輻射的作用[2]。

3.1 降低發(fā)射器功率

通過公式計算出了電磁輻射強度，并由此可以發(fā)現(xiàn)，要想降低輻射值，降低發(fā)射器的功率是效果最為顯著的。然而該種方法也有自己的缺陷，即可能會減少其覆蓋面積。之所以，當(dāng)區(qū)域內(nèi)基站密度較高，其他緩解辦法都行不通或者無法奏效時，可以考慮使用此方法。當(dāng)新基站在特定區(qū)域內(nèi)建成后，為了該區(qū)域內(nèi)保持合理的電磁輻射值，應(yīng)適當(dāng)減少周圍基站的發(fā)射功率。

3.2 增加天線增益

天線增益，顧名思義，主要表現(xiàn)為一個天線把輸入功率集中輻射的程度，即在相等的輸入功率下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處，所產(chǎn)生的信號的功率密度的比值。

圖 1

通過分析增益顯然與天線方向圖，可以發(fā)現(xiàn)，方向圖的副瓣，會隨著主瓣變窄而變得越小，而增益則越高。作為選擇基站天線的重要參數(shù)，天線增益可以用來衡量天線朝一個特定方向的信號收發(fā)的能力。天線增益可以確切地理解為天線的方向性在有效地降低特定方向時導(dǎo)致的輻射值。一般情況下，通過減小垂直面向輻射的波瓣寬度來實現(xiàn)增益的提高，從而在水平面上保持全向的輻射性能。

除此之外，天線方向性和垂直與水平輻射圖能夠相互聯(lián)系、相互作用。在蜂窩系統(tǒng)中，為了使頻率復(fù)用的可能性最大化，可以采取改變下傾角的方式，來靈活控制發(fā)射天線的覆蓋面積。同時，主波瓣傾角的波動會在很大程度上影響著天線周邊的輻射值，一般來說，輻射值會隨著傾角的變大而越來越大。雖然主波瓣發(fā)出了絕大部分的輻射，但主波瓣變化也會影響到非主波瓣方向的輻射值[3]。

3.3 增加天線高度

一般來講，采取提升天線高度的方式，促進天線主瓣往上移，所在考察區(qū)域來自天線主瓣的輻射就會因此大幅度減少。其原理在于，考察點和天線之間的距離會隨著發(fā)射天線的高度增加而增加，而其距離越大，無線通信基站的電磁輻射值則越低。然而該種方法有一定的局限性，即只有當(dāng)天線高度可以增加時才能奏效，否則的話，是無法實現(xiàn)緩解作用的。

4 無線通信基站電磁輻射的防范措施

根據(jù)基站架設(shè)的類型，以下幾個扇區(qū)均架設(shè)在基站的相同地方，包括：樓頂角鋼塔、落地塔、樓頂拉線塔。考慮到副瓣的輻射影響存在疊加情況，因此該類基站360°都應(yīng)滿足天線主瓣方向的水平保護距離或垂直保護距離；對于樓頂美化天線和樓頂抱桿天線，天線架設(shè)較分散，該類基站天線主瓣（水平半功率角內(nèi)）應(yīng)滿足主瓣方向的水平保護距離或垂直保護距離。

電磁輻射防護區(qū)內(nèi)，不允許有建筑物，包括人員活動，應(yīng)處于該保護距離所劃定的區(qū)域之外。無論是在基站建成后，還是在設(shè)計、建設(shè)過程中，基站所在樓及其周圍建筑物都滿足水平保護距離或垂直保護距離的要求。見圖2。

圖 2

為了保險起見，評估測試是每一個基站建設(shè)必須嚴(yán)格執(zhí)行的環(huán)節(jié)，每一個基站都要達(dá)到環(huán)評標(biāo)準(zhǔn)或以上，并貫徹科學(xué)規(guī)劃的理念。在布置天線、選擇基站地址時，應(yīng)注意主瓣不能直接指向附近范圍內(nèi)有人員常出沒的暴露區(qū)域，與此同時，適當(dāng)?shù)拿阑炀€，并促使天線能夠與周圍的環(huán)境相融合。

5 總結(jié)

因此，減少電磁輻射和滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋既對立又統(tǒng)一。為了降低基站周圍區(qū)域的電磁輻射及擴大其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，同時使無線通信基站電磁輻射對人類健康的危害程度達(dá)到最小化。必須要對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計或優(yōu)化進行全方位的思考，選擇恰當(dāng)和合理的天線、找出主輻射源并提出相應(yīng)有效的緩解措施，

[1]程瑩瑩.電磁輻射環(huán)境影響變化研究[J].合肥科技出版社，2013（45）：25.

[2]江月新.衢州市電磁輻射及其防范措施的研究分析[D].衢州：衢州工業(yè)大學(xué)，2011.

[3]朱東照，羅建迪，汪丁鼎，等．TD －SCDMA 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計與優(yōu)化[M]．2 版.北京：人民郵電出版社，2007．

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