第四代移动通信基站电磁辐射模拟仿真和实测验证

黄昕++范磊

摘 要：为了更好的研究4G基站电磁场分布，选取了一款常见的基站天线对其先进行微波暗室测量，再进行电磁仿真，并将仿真结果由抽象的增益（dB）图翻译成直观的电场强度（V/m）图，最后将结果和实际测量结果相互对比，验证模拟的结果是正确的。为全面了解基站周围电磁辐射水平提供了依据。

关键词：基站；电磁；仿真；实测

1 缘起

现在常见的基站电磁辐射预测都是基于理论预计，往往和实际测量结果有较大的偏差，只能片面的说明基站电磁辐射影响。本文通过对4G基站天线电磁场微波暗室测量、模拟仿真和实测验证，能较为全面的说明基站电磁辐射水平。

2 暗室测量

本次测量对象是一款单端口馈电多频定向天线，天线尺寸是：20.5cm×17.5cm×4.3cm，测试频率：1710 MHz -2500 MHz；测试仪器：Agilent E5071矢量网络分析仪、Agilent E4447测量系统频谱仪。测试内容：端口驻波比、增益、以及方向图（交叉极化情况和水平面以及垂直面方向图）。

（1）S（散射）参数。使用Agilent E5071矢量网络分析仪测试，测试S参数。结果表明天线在起止频率处S11小于-15dB，匹配特性良好。

（2）远场测试。根据R>，远场应大于0.7m，暗室尺寸满足远场条件，天线被安放在转台进行测试。测试结果如下图所示（以下都以1860MHz为例说明）。

归一化辐射图表明了天线良好的定向半空间辐射特性，交叉极化抑制优于20dB除了2500MHz交叉极化抑制恶化严重。水平面最大增益与最小增益相差30dB。

3 模拟仿真

由于天线电磁场分布的复杂性，生产厂商一般仅提供E-H方向图，其空间电磁场分布不能保证，因此模型的空间电磁场仿真只能在符合天线特性参数的基础上去模拟仿真。使用CST STUDIO SUITE 2014对天线进行电磁模拟仿真，天线端口输入功率设定为1W、计算距离为1m。

仿真结果如图2所示，左侧是3D辐射仿真图（dB），中间和右侧为远场电场强度仿真图（dBmV/m）。

4 实际测量数据及结果验证

为了对电磁模拟仿真结果进行验证，我们选取了一处基站进行了实际测量。

测量时间：上午10：00～11：00，天气：晴好；仪器：NBM-550型综合场强仪，探头型号为EF0391，量程为100kHz～3GHz，在检定有效期内；基站频段：1850MHz-1880MHz，发射功率：0.5W/通道，通道数：1个，平均负载：32%。

测量点位分别为沿主瓣方向和以天线为圆心扇面布置，测量结果为：（1）天线主瓣方向距离天线1m：3.24V/m、2m：1.74 V/m、5m：0.68 V/m、8m：0.44 V/m。（2）以天线为圆心（半径为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。

根据模拟仿真结果读取相应位置电场强度数值为：（1）天线主瓣方向距离天线1m：78.3 dBmV/m（8.22V/m）；（2）以天线为圆心（半径为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）。

由于天线实际入射功率为0.5W×1×32%=0.16W，而模拟仿真中的数值是按照1W建立的，因此需要乘以系数0.4（0.16W的开方），所得数值及与监测结果对比见表1。

实测数据在-30°～-90°方向上偏差较大是由于现场在靠近那侧的10米处还有一个移动的吸顶天线，对实测数值有影响。根据表1，可以看出模型的建立是成功的。因此该天线的模拟仿真可以说明基站的实际电磁辐射水平。

5 结束语

移动通信基站电磁场的模拟仿真和实测相互印证，能够从直观和客观两个角度去帮助人们理解掌握电磁辐射对环境的影响。

参考文献

[1]范磊，潘葳.多网共站址建设的移动通信基站电磁辐射防护区域及防护距离划分的探讨[J].辐射防护，2011（2）.

[2]李丰硕，陈志.移动基站电磁辐射对环境影响的建模仿真及分析研究[J].中国新通信，201

3（13）.

[3]范磊，余志宏，葛晓阳，等.移動通信基站电磁辐射实际测量结果建模的探讨[J].科技创新导报，2016（2）.

作者简介：黄昕（1980，12-），男，南京人，工程师，从事环境管理与监测工作。