成都地區(qū)移動通信基站電磁輻射影響與水平

王 綱，王 玲

(1.四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測中心站，成都 610031;2.成都市規(guī)劃設(shè)計研究院，成都 610041)

1 緒言

截止到2012年我國移動用戶已超過9億戶，移動通信已經(jīng)成了人們生活不可缺少的部分，移動通信基站是確保信號強弱不可缺少的重要組成部分，需要在一定區(qū)域建設(shè)，甚至不得不選擇在居民集中區(qū)，導(dǎo)致居民對移動通信基站的電磁環(huán)境影響關(guān)心程度不斷增加，鑒于此，本文通過對成都地區(qū)典型移動通信基站的電磁環(huán)境監(jiān)測，分析了移動通信基站的電磁環(huán)境規(guī)律及程度，提出移動通信基站選址需要考慮的問題，為管理部門的決策提供科學(xué)的依據(jù)，對社會的和諧、穩(wěn)定的發(fā)展，具有非常重要的意義。

2 移動通信基站工作原理及其電磁影響特征

移動通信網(wǎng)絡(luò)由移動通信交換中心 (或網(wǎng)絡(luò))、基站控制器、移動通信基站等，通過一定的通信和協(xié)同機制構(gòu)成。移動通信基站是整個移動通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線移動通信的站點設(shè)施。

移動通信基站根據(jù)其制式不同，有著不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。但總體來說，移動通信基站可分為基站設(shè)備和天線?；驹O(shè)備包括收發(fā)信機、信號放大器等設(shè)備，負責(zé)通信信號的處理，此類設(shè)備放置于機房內(nèi);天線是負責(zé)將通信信號通過無線形式的電磁波發(fā)射到外界的設(shè)備，同時也接收外界傳來的通信信號［1］。

移動通信基站與移動通信臺 (手機)通過發(fā)射含有信息的電磁波信號，在空中傳播到達目標，從而進行通信和數(shù)據(jù)交換，移動通信基站與移動臺的電磁信號發(fā)射形成電磁輻射，按其工作的頻段，移動通信基站產(chǎn)生的電磁輻射屬射頻電磁輻射。

移動通信基站天線一般架設(shè)于建筑物頂，有振子組成的天線陣列封裝與塊狀盒內(nèi)，掛置于支撐結(jié)構(gòu) (鐵架、鐵塔、抱桿等)上。每塊天線水平面半功率波瓣寬度約60°，一個基站一般有3面天線，構(gòu)成水平面的全覆蓋。垂直面上，輻射能量更為集中，天線主瓣波瓣寬度約10°左右，垂直于天線面板法線或者有幾度的電下傾角度，垂直方向上一般還有幾度的機械下傾角度。四川成都市區(qū)移動通信目前有GSM、CDMA2000、WCDMA和TDSCDMA制式，除TD－SCDMA采用智能天線外，其它均采取固定方向圖天線。移動通信基站功率和天線增益較小，實際影響范圍一般在100m內(nèi)。

3 移動通信基站電磁輻射強度調(diào)查

城區(qū)移動基站的布設(shè)一般按通信業(yè)務(wù)的密度來進行考慮，一般分為高密區(qū)、密集區(qū)、一般區(qū)和邊緣區(qū)，高密區(qū)和密集區(qū)以滿足容量為主，一般區(qū)和邊緣區(qū)以滿足覆蓋為主。成都市三環(huán)內(nèi)大部分區(qū)域為高密區(qū)、其余屬密集區(qū)，本次調(diào)查選取的基站均為三環(huán)內(nèi)城區(qū)基站，通信業(yè)務(wù)密度較高，基站所處區(qū)域人口密集大，所選基站具有很強的代表性。

3.1 調(diào)查單位

本次調(diào)查由四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測中心站承擔。四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測中心站具備工頻電磁場、無線電干擾、射頻綜合場、微波綜合場、高頻綜合場、射頻單頻電場6項電磁輻射監(jiān)測資質(zhì)，并通過計量認證:CMA 2011002996U號，認證項目可完全覆蓋本次調(diào)查監(jiān)測因子。

3.2 監(jiān)測方法及監(jiān)測儀器

本次監(jiān)測方法執(zhí)行《輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》 (HJ/T10.2—1996)、《移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法》 (試行)等法定技術(shù)規(guī)范。

本次監(jiān)測采用德國拉達公司生產(chǎn)的PMM8053B/EP33M微波場強儀，儀器經(jīng)計量部門檢定合格且在有效使用期內(nèi)的，各項指標均符合《電磁輻射防護規(guī)定》 (GB8702－1988)和《電磁輻射監(jiān)測儀器與方法》(HJ/T10.2－1996)的要求。

3.3 監(jiān)測過程控制及監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性

(1)本次調(diào)查現(xiàn)場監(jiān)測工作嚴格按照站質(zhì)保體系要求開展，監(jiān)測過程處于質(zhì)保受控狀態(tài)。

(2)各級質(zhì)量監(jiān)督人員參與了過程監(jiān)督，根據(jù)監(jiān)測類型和其它情況實施現(xiàn)場抽查，查錯糾漏，監(jiān)測過程受控。

(3)現(xiàn)場監(jiān)測嚴格按照預(yù)先制定的工作大綱中點位置選取原則、位置調(diào)整原則、點位加密原則點位記錄、測試環(huán)境記錄等要求實施，現(xiàn)場工作做到了統(tǒng)一、規(guī)范、科學(xué)、受控。

(4)監(jiān)測結(jié)果經(jīng)站三級質(zhì)保審查后真實可信。

3.4 調(diào)查監(jiān)測點位布設(shè)

移動通信基站天線是決定基站電磁輻射大小的關(guān)鍵設(shè)備，更是決定電磁輻射分布的設(shè)備，其基本功能是能量轉(zhuǎn)換和定向輻射。天線的電參數(shù)主要有方向圖、主瓣寬度、旁瓣電平、方向系數(shù)、天線效率、極化特性、頻帶寬度和輸入阻抗等。所謂方向圖是在離天線一定距離處的輻射場的相對場強隨方向變化的曲線圖，天線的方向圖也決定了基站電磁輻射的特性［2］。圖1是移動通信基站天線的典型方向圖，在不考慮外環(huán)境的情況下，天線方向圖決定了基站輻射影響的區(qū)域。

圖1 移動通信基站天線典型方向圖Fig.1 Typical antenna pattern of mobile communication base stations

因此，針對移動通信輻射特征，調(diào)查采取有針對性的對天線最大輻射方向進行調(diào)查監(jiān)測。調(diào)查選取條件較好的一個斷面布設(shè)測量線，測量間距30m內(nèi)5m為步長，30～60m內(nèi)10m為步長，60m外20m為步長直至達到背景水平。

3.5 調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析

3.5.1 衰減規(guī)律

在實際架設(shè)的移動通信天線中，天線面板距離樓頂面高差小、樓頂長度足夠、樓頂面天線數(shù)量少不相互影響的情況基本不存在，理想的測試斷面、條件難以滿足。為解決各種制約因素造成的問題，調(diào)查對移動通信應(yīng)急通訊車進行了測試。應(yīng)急通訊車發(fā)射天線可以架設(shè)得較為低矮，并且可以放置于較為開闊的區(qū)域，有利于斷面的測試，便于掌握移動通信基站電磁輻射空間衰減規(guī)律。

應(yīng)急通訊車1:天線架設(shè)高度約3m，儀器探頭高度1.5m，功率20W，天線增益18dBi;車輛停放在一條還未完全通車的道路上，周圍環(huán)境十分開闊，可測試距離較長，達到了290m。

測試結(jié)果曲線圖如圖2所示。

圖2 應(yīng)急移動通信車1衰減斷面Fig.2 Emergency mobile car attenuation section 1

上述斷面測試曲線圖形出現(xiàn)了較為類似的變化規(guī)律。這是由移動通信基站發(fā)射天線和測試環(huán)境共同作用決定的。典型移動基站天線方向圖見圖3，大致上，天線發(fā)出的電磁波由主瓣、副瓣和后瓣3個部分組成，波瓣的長度表示波能量的強弱［3］。我們在進行斷面測試時，從天線下方開始，恰好經(jīng)歷了副瓣、主瓣的不同能量區(qū)域，同時由于距離較近，導(dǎo)致測值曲線出現(xiàn)比較明顯的波動變化。

圖3 斷面測試數(shù)據(jù)與天線方向圖的關(guān)系Fig.3 Relationship between test data of cross section and the the antenna pattern

如圖4所示，在實際的城區(qū)架設(shè)的移動通信基站和城市環(huán)境中，公眾能夠到達的地方通常是在基站下方區(qū)域，包括基站天線所在的樓頂、基站所在的樓內(nèi)，天線下方區(qū)域處于天線能量較弱的角度，測值普遍較?。?］。另外，一部分公眾能夠到達的區(qū)域是靠近天線主要能量區(qū)域但有一定距離的位置，如基站天線對面的建筑物。由于基站為保證信號能最大限度的覆蓋，因此天線架高均要高于臨近居民樓，主要能量已越過臨近居民樓頂，能量較小的副瓣到達臨近居民位置處的能量已衰減至非常小的值［5］。

圖4 城市中常見的基站與公眾位置關(guān)系圖Fig.4 Relationship between the locations of common base stationss and the public

3.5.2 移動通信基站對所在樓頂?shù)挠绊?/p>

為掌握移動通信基站對天線所在建筑物頂面的電磁環(huán)境影響，調(diào)查對多種制式、多種參數(shù)配置的移動通信基站天線所在樓頂面位置進行了監(jiān)測調(diào)查。天線相對架設(shè)頂面的高差通常在6m以上，調(diào)查選取了天線與架設(shè)面相對高度較矮的 (1m～4m)基站進行調(diào)查監(jiān)測，以掌握最不利情況。17個點位的測量數(shù)值見圖5。

圖5 低高差基站天線樓頂面監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.5 Roof surface monitoring data of low elevation base stations

上述監(jiān)測值同時包括了多個制式、頻段和輻射技術(shù)參數(shù) (包括基站發(fā)射功率、天線增益)、測點與天線相對位置等情況。可以看出，天線所在樓頂面綜合場最大值為0.0745W/m，一般處于10W/m2數(shù)量級或更低的水平，遠遠低于我國現(xiàn)行國家標準公眾照射在該頻段的限值0.4W/m2［6］。

同時可以看出，基站天線所在樓頂面電磁輻射綜合場規(guī)律性差，是因為決定場大小的因素較多，如功率、天線增益、測點與天線相對位置等。

作為對照，選取了一些架設(shè)高度在6～9m且設(shè)備制式相同的基站進行樓頂面測試。

測量數(shù)據(jù)見圖6?？梢钥闯觯炀€架設(shè)高度在6～9m的基站樓頂面的數(shù)值最大為0.0225W/m2，有一半以上數(shù)據(jù)在0.01W/m2以下。相比天線架設(shè)高度在1～4m的基站樓頂面數(shù)值，天線架設(shè)高度的升高，使得樓頂面數(shù)據(jù)總體變小。

圖6 一般高差基站天線樓頂面監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.6 Roof surface monitoring data of general elevation base stations

3.5.3 移動通信基站對所在底座建筑內(nèi)的影響

作為基站所在的底座建筑樓內(nèi)的住戶對基站的電磁輻射通常非常關(guān)注。為此，調(diào)查選取了天線架設(shè)高度不同的28個基站所在樓的樓道內(nèi)進行了測試，測試點位主要位于頂層樓道，基站天線架設(shè)高度在1～9m。測試數(shù)據(jù)見圖7。

圖7 基站底座建筑內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.7 Monitoring data of buildings under base stations

除一個點位為“未檢出”外，其余各點的測值最大為0.0025W/m2，整體來看，底座建筑內(nèi)測值數(shù)量級相比樓頂測值小了一個數(shù)量級以上，遠低于國家標準限值。

基站天線下方本已處于能量較弱的副瓣區(qū)域，在加上樓頂樓板的遮擋衰減，測值變得非常小。可見樓頂架設(shè)的天線對其所在樓內(nèi)正下方的影響是非常之小。

3.5.4 移動通信基站對鄰近建筑位置的影響

基站天線架設(shè)的方位和高度，是為滿足移動通信信號覆蓋而定的，因此，基站天線輻射能量集中的主瓣區(qū)域不會正對周圍鄰近建筑，以免造成信號的遮擋和反射。因而，基站周圍鄰近建筑不是正對基站天線的，通常情況下，天線能量主瓣區(qū)域與公眾所處位置均存在一定的角度差和高度差。

調(diào)查選取了代表性基站及其相鄰建筑位置進行了調(diào)查監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果見圖8。

圖8 基站鄰近建筑位置監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.8 Monitoring data of buildings near the base stations

從臨近基站且處于天線主射投影線上的公眾位置測值來看，由于距離基站較遠 (通常在20m以上)、且與基站發(fā)射天線有1～3層樓的高度差(約3m～10m)，從測試的基站來看，測值最大僅0.0093W/m2，測值相比天線所在樓頂小近兩個數(shù)量級。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

通過對城區(qū)典型移動通信基站電磁環(huán)境影響監(jiān)測分析結(jié)果，移動通信基站產(chǎn)生的電磁電磁環(huán)境影響隨著距離增加總體上呈減少趨勢，在距離基站30m范圍外的測值都處于10－4W/m2量級以下，對基站所在樓頂面的影響值處于10－2W/m2量級及以下，對基站所在樓內(nèi)的影響值大多處于10 W/m量級，對鄰近建筑位置的影響值處于10－3W/m2量級及以下，均滿足國標公眾照射限值0.4W/m2的要求［6］。

4.2 建議

建設(shè)單位在進行移動通信基站選址時應(yīng)首先考慮鄰近現(xiàn)有或規(guī)劃建筑物高度、方位，其次考慮基站天線方向，保持基站與周邊建筑的距離及高差，最大限度減小移動通信基站在建筑物處產(chǎn)生的電磁環(huán)境影響，另外還加強移動通信基站產(chǎn)生電磁環(huán)境影響特性的宣傳。

［1］林少龍，蔡賢生.移動通信基站天線設(shè)置與電磁輻射影響分析［J］. 中國無線電，2005，(5):42-43.

［2］劉學(xué)觀，郭輝萍編著.《微波技術(shù)與天線》［M］.西安:西安電子科大出版社，2004.118-130.

［3］(美)克勞斯(Kraus，J.D)等著;章文勛譯.天線(第三版)(上冊)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.55-66.

［4］談儒猛.通信基站的電磁輻射水平及其安全防護研究［J］.安全與電磁兼容.2005，(2):48-51.

［5］楊維耿，翟國慶.環(huán)境電磁監(jiān)測與評價［M］.杭州:浙江大學(xué)出版社，2011.

［6］GB8702－1988，電磁輻射防護規(guī)定［S］.