GSM移动通信基站电磁辐射环境影响分析

2014-10-16李玲

环境技术 2014年1期

李玲

（荆州市环境保护监测站，荆州 434000）

近年来，移动通信发展迅速，基站是移动通信系统的重要组成部分，基站负责手机之间、手机与移动通信系统之间的信息通信，为保证移动网络的覆盖，必须建设大量的移动通信基站。基站会产生电磁辐射，当前，人们越来越关注电磁辐射对环境的影响，以及在使用通信设备当中对人体的影响和危害。本文阐述了电磁辐射相关理论、电磁辐射环境评价标准以及基站电磁辐射环境影响的分析，本文以GSM900单网络定向站为例。

1 电磁辐射概述

变化的电场会产生变化的磁场，而变化的磁场又可以产生变化的电场，电场和磁场的交互变化产生电磁波，电磁波向空中发射或泄漏的现象称之为电磁辐射，人类生活在电磁波的环境当中，比如自然界的雷电，太阳黑子，宇宙中的射线等等都存在电磁波。人为的产生电磁波的来源有通讯设备，工业设备，医疗设备，家用电器等，例如手机、传真机、电力产业机房、卫星地面工作站、移动通信基站、交流高压输电线、医用X射线诊断设备、电脑、电视、微波炉等。电磁辐射会影响人体的心血管系统、生殖系统、视觉系统等等，所以，对电磁辐射进行有效的防护是非常必要的。

2 电磁辐射环境评价标准

根据我国国家标准《电磁辐射防护规定》（GB 8702-1988）[1]中的表2规定，频率在30～3000MHz之间，在一天24h内，环境电磁辐射场的参数在任意连续的6min内的平均值应满足的条件是：功率密度小于40μW/cm2，根据《辐射环境保护管理导则-电磁辐射环境影响评价方法与标准》（HJ/T 10.3-1996）的第4.2条规定：单个项目的影响为使公众受到的总照射剂量小于GB 8702-1988的规定值，对单个项目的影响必须限制在（GB 8702-1988）限值的若干分之一。在评价时，对于国家环境保护总局负责审批的大型项目可取（GB 8702-1988）中功率密度限值的1/2。其他项目则取功率密度限值的1/5作为评价标准。依据上述规定和标准，本项目取《电磁辐射防护规定》（GB 8702-1988）功率密度限值的1/5，即8μW/cm2作为评价标准。

3 基站电磁辐射环境影响分析

3.1 基站的工作原理

基站的主要负责手机信号的接收和发送，把接收到的信号经过处理后发送给移动交换中心，然后通过交换机等设备的处理，再传送给终端用户，实现用户之间的无线通信。

基站天线的功能是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波，或者将空间电磁波转化成传输线中的电磁能。天线辐射电磁波是有方向性的，它能在一定方向上辐射电磁波。我们通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向，即天线的辐射方向，处于主射方向的方向叶称为主瓣，处于主瓣反方向的称为后瓣，其余的都称为副瓣。在主瓣最大辐射方向的两侧，辐射强度降低3dB的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度）。波瓣宽度越窄，天线的方向性越好，传输距离越远，抗干扰能力越强。

3.2 基站主要技术参数

基站主要技术参数有：

1)标称功率，即设定功率，GSM900单网络定向站标称功率一般为20W，多网共址基站大部分位于各业务区，标称功率也都为20W；

2)天线增益，基站天线增益有11dBi、15dBi、17dBi、17.5dBi、18dBi等，其中定向天线增益主要为 15dBi、17dBi、17.5dBi、18dBi，全向天线增益为11dBi；

3)天线类型，天线类型主要有全向天线和定向天线两种；

4)天线极化方式，天线极化方式有水平极化、垂直极化、双极化等；

5)天线架设方式，根据基站所处位置和覆盖的需要，基站天线采用不同的架设方式，主要有地面铁塔、地面美化塔、地面拉线塔、楼顶拉线塔、楼顶抱杆、楼顶美化天线等；

6)发射频率，本文中发射频率主要采用900MHz。

3.3 电磁辐射强度理论计算

根据国家环保行业标准《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》（HJ/T 10.2-1996）中列出的微波频段远场轴向场分析模式中的远场轴向功率密度Pd，考虑天线垂直方向性的因素，对远场轴向功率密度Pd的计算公式进行修正[2]，将其应用于远场非轴向场，功率密度Pd如下：

式（1）中：Pd为功率密度，P为天线发射功率，G为天线增益，r为天线与预测点之间的轴向距离，F(θ)为垂直面方向性函数，θ为预测点位置偏离天线垂直方向主瓣的角度。

对于GSM单网络定向站，标称功率为20W（43dBm），各类损耗为10.14dB时，发射功率为：

天线增益分别为15dBi，17dBi，18dBi时主射方向功率密度为：

1)天线增益为15dBi（19.28倍）时，主射方向的方向性函数F(θ)=1，则：

2)天线增益为17dBi（30.55倍）时，主射方向的方向性函数F(θ)=1，则：

3)天线增益为18dBi（38.46倍）时，主射方向的方向性函数F(θ)=1，则：

3.4 基站电磁辐射强度预测分析

本文对GSM900单网络定向站进行电磁辐射强度理论预测分析，预测点取与天线的直线距离3m,5m,6.09m,7.66m,8.59m,10m,15m,20m,25m,30m,35m,40m,45m,50m的位置，通过公式（1）可以计算出天线主射方向上各距离的功率密度值，如表1所示。

GSM900单网络定向站主射方向电磁辐射功率密度预测值变化趋势如图1所示。

图1显示出，对于标称功率为20W的GSM900单网络定向站，当天线增益分别为15dBi，17dBi，18dBi时主射方向功率密度预测值总体变化是呈下降的趋势，5米内功率密度值下降变化较大，预测点与天线的直线距离相同时，天线增益越大，则功率密度值越大，天线增益为15dBi时，与天线的直线距离大于6.09m的所有预测点的功率密度预测值均满足单个项目管理限值8μW/cm2，天线增益为17dBi时，与天线的直线距离大于7.66m的所有预测点的功率密度预测值均满足单个项目管理限值8μW/cm2，天线增益为18dBi时，与天线的直线距离大于8.59m的所有预测点的功率密度预测值均满足单个项目管理限值8μW/cm2。

表1 GSM900单网络定向站主射方向功率密度预测结果

图1 GSM900单网络定向站主射方向功率密度系列预测值

4 基站电磁辐射实地测量方法

根据《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》和《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（试行）两个监测方法标准，测量时环境应选择在无雨、无雪、无浓雾、无冰雹的气象条件，监测时应避开高层建筑物、树木、金属结构等，在以发射天线为中心的半径为50m的范围内，对可以到达的距离天线最近的区域和天线主瓣方向不同距离的监测点进行监测。

监测设备主要采用的是电磁辐射分析仪，例如一款电磁辐射分析仪的型号为NBM-550，频率范围0.1MHz～3GHz，检测下限为0.01V/m。