第四代移動通信基站電磁輻射模擬仿真和實測驗證

黃昕++范磊

摘 要：為了更好的研究4G基站電磁場分布，選取了一款常見的基站天線對其先進行微波暗室測量，再進行電磁仿真，并將仿真結果由抽象的增益（dB）圖翻譯成直觀的電場強度（V/m）圖，最后將結果和實際測量結果相互對比，驗證模擬的結果是正確的。為全面了解基站周圍電磁輻射水平提供了依據。

關鍵詞：基站；電磁；仿真；實測

1 緣起

現在常見的基站電磁輻射預測都是基于理論預計，往往和實際測量結果有較大的偏差，只能片面的說明基站電磁輻射影響。本文通過對4G基站天線電磁場微波暗室測量、模擬仿真和實測驗證，能較為全面的說明基站電磁輻射水平。

2 暗室測量

本次測量對象是一款單端口饋電多頻定向天線，天線尺寸是：20.5cm×17.5cm×4.3cm，測試頻率：1710 MHz -2500 MHz；測試儀器：Agilent E5071矢量網絡分析儀、Agilent E4447測量系統頻譜儀。測試內容：端口駐波比、增益、以及方向圖（交叉極化情況和水平面以及垂直面方向圖）。

（1）S（散射）參數。使用Agilent E5071矢量網絡分析儀測試，測試S參數。結果表明天線在起止頻率處S11小于-15dB，匹配特性良好。

（2）遠場測試。根據R>，遠場應大于0.7m，暗室尺寸滿足遠場條件，天線被安放在轉臺進行測試。測試結果如下圖所示（以下都以1860MHz為例說明）。

歸一化輻射圖表明了天線良好的定向半空間輻射特性，交叉極化抑制優于20dB除了2500MHz交叉極化抑制惡化嚴重。水平面最大增益與最小增益相差30dB。

3 模擬仿真

由于天線電磁場分布的復雜性，生產廠商一般僅提供E-H方向圖，其空間電磁場分布不能保證，因此模型的空間電磁場仿真只能在符合天線特性參數的基礎上去模擬仿真。使用CST STUDIO SUITE 2014對天線進行電磁模擬仿真，天線端口輸入功率設定為1W、計算距離為1m。

仿真結果如圖2所示，左側是3D輻射仿真圖（dB），中間和右側為遠場電場強度仿真圖（dBmV/m）。

4 實際測量數據及結果驗證

為了對電磁模擬仿真結果進行驗證，我們選取了一處基站進行了實際測量。

測量時間：上午10：00～11：00，天氣：晴好；儀器：NBM-550型綜合場強儀，探頭型號為EF0391，量程為100kHz～3GHz，在檢定有效期內；基站頻段：1850MHz-1880MHz，發射功率：0.5W/通道，通道數：1個，平均負載：32%。

測量點位分別為沿主瓣方向和以天線為圓心扇面布置，測量結果為：（1）天線主瓣方向距離天線1m：3.24V/m、2m：1.74 V/m、5m：0.68 V/m、8m：0.44 V/m。（2）以天線為圓心（半徑為1米）+90°：1.25 V/m、+60°：1.87 V/m、+30°：2.43 V/m、0°：3.24 V/m、-30°：2.62 V/m、-60°：2.30 V/m、-90°：1.60 V/m。

根據模擬仿真結果讀取相應位置電場強度數值為：（1）天線主瓣方向距離天線1m：78.3 dBmV/m（8.22V/m）；（2）以天線為圓心（半徑為1米）±90°：68.3 dBmV/m（2.60 V/m）、±60°：73.3 dBmV/m（4.62 V/m）、±30°：75.8 dBmV/m（6.17 V/m）、0°：78.3 dBmV/m（8.22 V/m）。

由于天線實際入射功率為0.5W×1×32%=0.16W，而模擬仿真中的數值是按照1W建立的，因此需要乘以系數0.4（0.16W的開方），所得數值及與監測結果對比見表1。

實測數據在-30°～-90°方向上偏差較大是由于現場在靠近那側的10米處還有一個移動的吸頂天線，對實測數值有影響。根據表1，可以看出模型的建立是成功的。因此該天線的模擬仿真可以說明基站的實際電磁輻射水平。

5 結束語

移動通信基站電磁場的模擬仿真和實測相互印證，能夠從直觀和客觀兩個角度去幫助人們理解掌握電磁輻射對環境的影響。

參考文獻

[1]范磊，潘葳.多網共站址建設的移動通信基站電磁輻射防護區域及防護距離劃分的探討[J].輻射防護，2011（2）.

[2]李豐碩，陳志.移動基站電磁輻射對環境影響的建模仿真及分析研究[J].中國新通信，201

3（13）.

[3]范磊，余志宏，葛曉陽，等.移動通信基站電磁輻射實際測量結果建模的探討[J].科技創新導報，2016（2）.

作者簡介：黃昕（1980，12-），男，南京人，工程師，從事環境管理與監測工作。