移动通讯基站天线电磁辐射的安全防护距离预测＊

张明海

（湘西自治州环境保护局，湖南吉首 416000）

移动通讯基站天线电磁辐射的安全防护距离预测＊

张明海

（湘西自治州环境保护局，湖南吉首 416000）

随着社会的进步和通信技术的发展，城市中的移动通信基站越来越密集，移动基站所产生的电磁辐射对周围环境的影响，越来越受到人们的重视.为指导基站的规范化建设，消除市民的恐慌，采用理论预测和现场实测相结合的方法，求解出GSM900移动通信基站天线电磁辐射的安全防护距离：水平防护距离为26m，垂直防护距离划6m.

移动通信基站，电磁辐射，安全防护距离

随着手机用户日益增多，对移动通信的基础设施提出了越来越高的要求.城区基站建设速度明显加快，基站分布密度逐渐加大，给部分市民带来心理恐慌，基站辐射污染投诉大幅上升，加之媒体不明真相地报道，造成市民对基站的恐惧，不仅影响移动通信质量问题，而且给基站建设带来困境.探讨移动通信基站电磁辐射的安全距离是减少基站投诉的有效方法之一.虽然国内已有较多机构针对移动通信基站的电磁辐射影响开展了监测、分析和评价研究［1－4］，但未针对其电磁辐射安全防护距离进行充分论证.文中以GSM900移动通信基站为例，对其产生的电磁辐射安全防护距离进行求解.

1 GSM系统网络组成

GSM数字移动通信网络系统由交换系统（SS），基站系统（BSS），操作维护中心（OMC）和移动台（MS）组成，该系统以各无线电小区相互邻接构成的网络，由这些小区共同来完成服务区的覆盖.每个基站有1个基站控制器（BSC），控制1个或多个基站收发信台（BTS），1个收发信台由若干个收发信机组成，这些收发信机工作在一组与相邻小区频率不同的信道上.交换系统的移动业务交换中心（MSC）为多个基站控制器服务，完成与公用电话交换网（PSTN）、综合业务数据网（ISDN）、公用陆地移动网（PLMN）等网络之间的交换，实现整个服务区的覆盖，构成一个完整网络.基站传输主要以光缆传输为主，辅以微波传输组成.

2 移动天线

移动通信是通过电磁波的传播来实现的，而电磁波的发射与接收是靠天线来实现的.天线为了有效地将传输线送来的高频传导电流转变成空间的电磁波或反变换，将空间的电磁波转变成传输线中的信号功率，或将发射机的输出功率有效地转换成在自由空间传播的电磁波，或将自由空间传播的电磁波有效地转换成接收机输入端的功率.对于简单的便携式移动通信设备，天线往往直接和收发信设备装在一起.在移动通信系统组网中，天线所占的比重虽然不大，但其作用却非常重要.天线的架设方式通常有落地塔（单管、四方、三管等）、屋顶塔（六方塔、拉线塔）、抱杆、美化天线等.

图1 天线电磁波波束模拟

移动通信基站天线的电磁波波束模拟如图1所示，天线波束在水平方向和垂直方向上的剖面图如图2，3所示.由图1，2，3知，天气电磁波发射在垂直方向的剖面上呈棒槌形，并且具有明显的方向性.

图2 电磁波波束水平方向剖面

图3 电磁波波束垂直方向剖面

3 基站电磁辐射分析及安全防护距离预测

3.1 预测范围

按照《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》〈试行〉中的相关规定，测试点位一般布设在以距离发射天线为中心半径50m的范围内，可能受到影响的保护目标，根据现场环境情况可对点位进行适当调整.所以，在环境影响预测中将预测范围拟定为距离发射天线半径100m的范围内.

3.2 预测因子

预测因子为移动通信基站在正常运行情况下对周围环境中电磁辐射的功率密度的贡献值.

3.3 预测模式

根据《电磁辐射监测仪器和方法》（HJ／T10.2－1996）中的相关规定以及移动通信的工作原理，文中选用《电磁辐射监测仪器和方法》（HJ／T10.2－1996）中的远场轴向功率密度公式为

其中：P为雷达发射机平均功率（单位：mW）；G为天线增益；r为监测位置与天线轴向距离（单位：cm）

3.4 电磁辐射功率密度预测分析

（1）式表明，基站发射参数决定了所产生的电磁辐射强度，典型GSM900基站发射功率为20W，天线增益为18dBi.从基站设备到发射天线需要使用馈线联接，典型基站需要用15m长的1／2软跳线和40m长的7／8硬馈线.根据设备资料，1／2软跳线在900MHz频段每100m衰减6.9dB；7／8硬馈线在900 MHz频段每100m衰减3.8dB.馈线中还需要增加避雷器和馈线接头等的损耗，典型的GSM900MHz基站的馈线损耗为3dB.根据上述参数，可以得出该类型移动通信基站对周围环境中电磁辐射的功率密度的贡献值如表1.

表1 GSM900移动通信基站电磁辐射功率密度与距离关系表

（1）预测点处无遮挡时的预测结果.在不考虑现状背景值及预测点位处无遮挡的情况下，各距离点的计算结果见表1.预测结果表明，GSM900型基站的电磁辐射功率密度随着距离的增加而衰减，当距离超过25m时，基站电磁辐射的功率密度已经小于8μW／cm2.

（2）预测点处有遮挡时的预测结果.经调查，基站周围环境敏感点的公众常常是处于有建筑物遮挡的情况下从事生活、工作、学习等活动.基站的射频信号在穿透建筑物时是有穿透损耗的，穿透损耗随建筑物的结构材料、建筑布局、公众在建筑物内的位置、与基站的接近程度和方向而变化，范围一般在6～40dB之间.表2给出了典型建筑物材料的穿透损耗数值：

表2 典型建筑物材料的穿透损耗dB

根据预测模型及GSM基站的技术参数，在不考虑现状背景值的情况下，位于各距离点处各类典型建筑物材料后预测点的计算结果见表3（均按该类材料最小损耗计算，厚度同表2）.

表3 有遮挡时距基站天线各距离点的功率密度理论预测值μW·cm－2

从表3可知，在考虑有遮挡损耗的情况下，天线电磁辐射衰减很快，一般在10m均能达到单系统8 μW／cm2的限值要求.

3.5 安全防护距离预测

对于单系统而言，其电磁辐射限值为8μW／cm2.在天线主瓣方向上，功率密度大于或等于8μW／cm2范围为超标区，该区域外功率密度小于8μW／cm2，可视为安全区，如图4所示.可计算出相应水平防护距离和垂直防护距离.

图4 基站天线安全防护区

参数选择：某GSM900基站天线俯角为6°，垂直半功率角为7°；根据（1）式，天线主瓣轴方向上功率密度等于8μW／cm2处，所对应的直线距离rmax为

结合相应的参数可计算GSM900基站的水平防护距离L＝25.1m，垂直防护距离D＝4.2m.此外，考虑到人的身高因素，严格来说，可将该设计参数的GSM900基站的水平防护距离划定为26m，垂直防护距离划定为6m.

4 GSM基站实际测试

基站下方的路面通常是公众活动场所，是公众关注目标之一.由于电磁波散射和反射的复杂性，目前常用的电磁辐射预测模型为天线主瓣轴向方向的预测模型，难以对公众活动场所路面的电磁辐射环境进行计算，因此采用实际测试方法对基站天线下方路面电磁辐射强度进行分析.为了解GSM基站正常运行时的地面电磁场在水平方向的分布规律，选取了一座典型GSM基站进行测试.测试时段选择在话务量较大时段（18：00－19：00），从天线下方开始，距地面1.7m、每5m为一段进行电磁辐射测试.基站周围无其他干扰设备（如高压电线、其他移动基站、电台等）.基站具体参数见表4.

表4 基站参数

电磁辐射测量结果随水平距离变化情况见图5，从图5可知该基站周围电磁辐射水平处于很低状态，功率密度最大值为0.51μW／cm2.因此，在电磁辐射防护距离之外，天线的电磁辐射值均可降到很低值.

图5 典型GSM900基站电磁辐射强度随距离衰减图

5 结语

通过理论预测给出了典型GSM900基站电磁辐射防护距离，即水平防护距离为26m，垂直防护距离6 m.经现场实测，该防护区外的辐射值很小，即该防护距离的划分是可行的.

［1］ 金 亮.移动通信基站的电磁辐射环境影响［J］.科技资讯，2007（22）：141－141.

［2］ 王荣锁，杨本，杨国陈.移动通信基站的电磁环境影响分析与评价［J］.中国辐射卫生，2007，16（4）：459－461.

［3］ 张 挺，李 祈，马云杰，等.移动通信基站电磁辐射环境监测与评价［J］.实用预防医学，2009，16（1）：144－145.

［4］ 康 宁.移动通信基站电磁辐射研究［M］.北京：北京邮电大学，2011.

（责任编辑 陈炳权）

Prediction of Safety Distance of Antenna Electromagnetic Radiation in Mobile Communication Base Station

ZHANG Ming-hai
（Environmental Protection Bureau of Xiangxi Autonomous Prefecture，Jishou 416000，Hunan China）

With the social progress and the development of communication technology，the number of mobile communication base stations have continually increased in cities.Furthermore，the influence of their electromagnetic radiation on the surrounding environment has attracted people＇s greater attention.In order to standardize the construction of the base station，and eliminate public＇s panic，the author studies the prediction of the safety distance of GSM900mobile communication base station by theoretical and field measurement，the horizontal safety distance being 26meters，while the vertical being 6meters.

mobile communication base station；electromagnetic radiation；safety distance

TN91

A

10.3969／j.issn.1007－2985.2013.05.017

1007－2985（2013）05－0070－04

2013－07－25

张明海（1965－），男，湖南吉首人，湘西自治州环境保护局工程师，主要从事辐射安全防护与管理研究.