成都地区移动通信基站电磁辐射影响与水平

2014-07-16王纲，王玲

四川环境 2014年2期

王纲，王玲

(1.四川省辐射环境管理监测中心站，成都 610031;2.成都市规划设计研究院，成都 610041)

1 绪言

截止到2012年我国移动用户已超过9亿户，移动通信已经成了人们生活不可缺少的部分，移动通信基站是确保信号强弱不可缺少的重要组成部分，需要在一定区域建设，甚至不得不选择在居民集中区，导致居民对移动通信基站的电磁环境影响关心程度不断增加，鉴于此，本文通过对成都地区典型移动通信基站的电磁环境监测，分析了移动通信基站的电磁环境规律及程度，提出移动通信基站选址需要考虑的问题，为管理部门的决策提供科学的依据，对社会的和谐、稳定的发展，具有非常重要的意义。

2 移动通信基站工作原理及其电磁影响特征

移动通信网络由移动通信交换中心 (或网络)、基站控制器、移动通信基站等，通过一定的通信和协同机制构成。移动通信基站是整个移动通信网络实现无线移动通信的站点设施。

移动通信基站根据其制式不同，有着不同的系统结构。但总体来说，移动通信基站可分为基站设备和天线。基站设备包括收发信机、信号放大器等设备，负责通信信号的处理，此类设备放置于机房内;天线是负责将通信信号通过无线形式的电磁波发射到外界的设备，同时也接收外界传来的通信信号［1］。

移动通信基站与移动通信台 (手机)通过发射含有信息的电磁波信号，在空中传播到达目标，从而进行通信和数据交换，移动通信基站与移动台的电磁信号发射形成电磁辐射，按其工作的频段，移动通信基站产生的电磁辐射属射频电磁辐射。

移动通信基站天线一般架设于建筑物顶，有振子组成的天线阵列封装与块状盒内，挂置于支撑结构 (铁架、铁塔、抱杆等)上。每块天线水平面半功率波瓣宽度约60°，一个基站一般有3面天线，构成水平面的全覆盖。垂直面上，辐射能量更为集中，天线主瓣波瓣宽度约10°左右，垂直于天线面板法线或者有几度的电下倾角度，垂直方向上一般还有几度的机械下倾角度。四川成都市区移动通信目前有GSM、CDMA2000、WCDMA和TDSCDMA制式，除TD－SCDMA采用智能天线外，其它均采取固定方向图天线。移动通信基站功率和天线增益较小，实际影响范围一般在100m内。

3 移动通信基站电磁辐射强度调查

城区移动基站的布设一般按通信业务的密度来进行考虑，一般分为高密区、密集区、一般区和边缘区，高密区和密集区以满足容量为主，一般区和边缘区以满足覆盖为主。成都市三环内大部分区域为高密区、其余属密集区，本次调查选取的基站均为三环内城区基站，通信业务密度较高，基站所处区域人口密集大，所选基站具有很强的代表性。

3.1 调查单位

本次调查由四川省辐射环境管理监测中心站承担。四川省辐射环境管理监测中心站具备工频电磁场、无线电干扰、射频综合场、微波综合场、高频综合场、射频单频电场6项电磁辐射监测资质，并通过计量认证:CMA 2011002996U号，认证项目可完全覆盖本次调查监测因子。

3.2 监测方法及监测仪器

本次监测方法执行《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法》 (HJ/T10.2—1996)、《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》 (试行)等法定技术规范。

本次监测采用德国拉达公司生产的PMM8053B/EP33M微波场强仪，仪器经计量部门检定合格且在有效使用期内的，各项指标均符合《电磁辐射防护规定》 (GB8702－1988)和《电磁辐射监测仪器与方法》(HJ/T10.2－1996)的要求。

3.3 监测过程控制及监测数据可靠性

(1)本次调查现场监测工作严格按照站质保体系要求开展，监测过程处于质保受控状态。

(2)各级质量监督人员参与了过程监督，根据监测类型和其它情况实施现场抽查，查错纠漏，监测过程受控。

(3)现场监测严格按照预先制定的工作大纲中点位置选取原则、位置调整原则、点位加密原则点位记录、测试环境记录等要求实施，现场工作做到了统一、规范、科学、受控。

(4)监测结果经站三级质保审查后真实可信。

3.4 调查监测点位布设

移动通信基站天线是决定基站电磁辐射大小的关键设备，更是决定电磁辐射分布的设备，其基本功能是能量转换和定向辐射。天线的电参数主要有方向图、主瓣宽度、旁瓣电平、方向系数、天线效率、极化特性、频带宽度和输入阻抗等。所谓方向图是在离天线一定距离处的辐射场的相对场强随方向变化的曲线图，天线的方向图也决定了基站电磁辐射的特性［2］。图1是移动通信基站天线的典型方向图，在不考虑外环境的情况下，天线方向图决定了基站辐射影响的区域。

图1 移动通信基站天线典型方向图Fig.1 Typical antenna pattern of mobile communication base stations

因此，针对移动通信辐射特征，调查采取有针对性的对天线最大辐射方向进行调查监测。调查选取条件较好的一个断面布设测量线，测量间距30m内5m为步长，30～60m内10m为步长，60m外20m为步长直至达到背景水平。

3.5 调查监测数据及分析

3.5.1 衰减规律

在实际架设的移动通信天线中，天线面板距离楼顶面高差小、楼顶长度足够、楼顶面天线数量少不相互影响的情况基本不存在，理想的测试断面、条件难以满足。为解决各种制约因素造成的问题，调查对移动通信应急通讯车进行了测试。应急通讯车发射天线可以架设得较为低矮，并且可以放置于较为开阔的区域，有利于断面的测试，便于掌握移动通信基站电磁辐射空间衰减规律。

应急通讯车1:天线架设高度约3m，仪器探头高度1.5m，功率20W，天线增益18dBi;车辆停放在一条还未完全通车的道路上，周围环境十分开阔，可测试距离较长，达到了290m。

测试结果曲线图如图2所示。

图2 应急移动通信车1衰减断面Fig.2 Emergency mobile car attenuation section 1

上述断面测试曲线图形出现了较为类似的变化规律。这是由移动通信基站发射天线和测试环境共同作用决定的。典型移动基站天线方向图见图3，大致上，天线发出的电磁波由主瓣、副瓣和后瓣3个部分组成，波瓣的长度表示波能量的强弱［3］。我们在进行断面测试时，从天线下方开始，恰好经历了副瓣、主瓣的不同能量区域，同时由于距离较近，导致测值曲线出现比较明显的波动变化。

图3 断面测试数据与天线方向图的关系Fig.3 Relationship between test data of cross section and the the antenna pattern

如图4所示，在实际的城区架设的移动通信基站和城市环境中，公众能够到达的地方通常是在基站下方区域，包括基站天线所在的楼顶、基站所在的楼内，天线下方区域处于天线能量较弱的角度，测值普遍较小［4］。另外，一部分公众能够到达的区域是靠近天线主要能量区域但有一定距离的位置，如基站天线对面的建筑物。由于基站为保证信号能最大限度的覆盖，因此天线架高均要高于临近居民楼，主要能量已越过临近居民楼顶，能量较小的副瓣到达临近居民位置处的能量已衰减至非常小的值［5］。

图4 城市中常见的基站与公众位置关系图Fig.4 Relationship between the locations of common base stationss and the public

3.5.2 移动通信基站对所在楼顶的影响

为掌握移动通信基站对天线所在建筑物顶面的电磁环境影响，调查对多种制式、多种参数配置的移动通信基站天线所在楼顶面位置进行了监测调查。天线相对架设顶面的高差通常在6m以上，调查选取了天线与架设面相对高度较矮的 (1m～4m)基站进行调查监测，以掌握最不利情况。17个点位的测量数值见图5。

图5 低高差基站天线楼顶面监测数据Fig.5 Roof surface monitoring data of low elevation base stations

上述监测值同时包括了多个制式、频段和辐射技术参数 (包括基站发射功率、天线增益)、测点与天线相对位置等情况。可以看出，天线所在楼顶面综合场最大值为0.0745W/m，一般处于10W/m2数量级或更低的水平，远远低于我国现行国家标准公众照射在该频段的限值0.4W/m2［6］。

同时可以看出，基站天线所在楼顶面电磁辐射综合场规律性差，是因为决定场大小的因素较多，如功率、天线增益、测点与天线相对位置等。

作为对照，选取了一些架设高度在6～9m且设备制式相同的基站进行楼顶面测试。

测量数据见图6。可以看出，天线架设高度在6～9m的基站楼顶面的数值最大为0.0225W/m2，有一半以上数据在0.01W/m2以下。相比天线架设高度在1～4m的基站楼顶面数值，天线架设高度的升高，使得楼顶面数据总体变小。

图6 一般高差基站天线楼顶面监测数据Fig.6 Roof surface monitoring data of general elevation base stations

3.5.3 移动通信基站对所在底座建筑内的影响

作为基站所在的底座建筑楼内的住户对基站的电磁辐射通常非常关注。为此，调查选取了天线架设高度不同的28个基站所在楼的楼道内进行了测试，测试点位主要位于顶层楼道，基站天线架设高度在1～9m。测试数据见图7。

图7 基站底座建筑内监测数据Fig.7 Monitoring data of buildings under base stations

除一个点位为“未检出”外，其余各点的测值最大为0.0025W/m2，整体来看，底座建筑内测值数量级相比楼顶测值小了一个数量级以上，远低于国家标准限值。

基站天线下方本已处于能量较弱的副瓣区域，在加上楼顶楼板的遮挡衰减，测值变得非常小。可见楼顶架设的天线对其所在楼内正下方的影响是非常之小。

3.5.4 移动通信基站对邻近建筑位置的影响

基站天线架设的方位和高度，是为满足移动通信信号覆盖而定的，因此，基站天线辐射能量集中的主瓣区域不会正对周围邻近建筑，以免造成信号的遮挡和反射。因而，基站周围邻近建筑不是正对基站天线的，通常情况下，天线能量主瓣区域与公众所处位置均存在一定的角度差和高度差。

调查选取了代表性基站及其相邻建筑位置进行了调查监测。监测结果见图8。

图8 基站邻近建筑位置监测数据Fig.8 Monitoring data of buildings near the base stations

从临近基站且处于天线主射投影线上的公众位置测值来看，由于距离基站较远 (通常在20m以上)、且与基站发射天线有1～3层楼的高度差(约3m～10m)，从测试的基站来看，测值最大仅0.0093W/m2，测值相比天线所在楼顶小近两个数量级。

4 结论与建议

4.1 结论

通过对城区典型移动通信基站电磁环境影响监测分析结果，移动通信基站产生的电磁电磁环境影响随着距离增加总体上呈减少趋势，在距离基站30m范围外的测值都处于10－4W/m2量级以下，对基站所在楼顶面的影响值处于10－2W/m2量级及以下，对基站所在楼内的影响值大多处于10 W/m量级，对邻近建筑位置的影响值处于10－3W/m2量级及以下，均满足国标公众照射限值0.4W/m2的要求［6］。