典型电力通信共享铁塔电磁场分布特征研究

张 莹，许 超，瞿子涵，向梓菡，殷 媛

（1.国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，湖北 武汉 430000；2.湖北方源东力电力科学研究有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引 言

电力通信共享铁塔（下文简称“共享铁塔”）是指将光缆、通信基站以及移动天线等通信设备架设在输变电线路铁塔上，通信设备与输电线路同步运行的共享运行模式[1]。国内自2017年起开始试点启动共享铁塔建设，现已在云南、江苏、海南以及湖北等15个省市都成功实现了验收投运。目前，行业对共享铁塔的电磁场分布特点、环境影响等方面的研究还不完备，这将对规范共享铁塔选址选型设计、深化推广共享铁塔项目产生一定的阻碍。

1 共享铁塔项目典型特征

1.1 国内现有共享铁塔典型设计

根据调研结果，共享铁塔电力线路的电压等级主要为220 kV和110 kV，并有少量的35 kV。目前，共享铁塔基站类型主要为4G、5G基站，2017—2019年建成的共享铁塔基站类型以4G为主，2020年之后建成的共享铁塔基站类型以5G为主。

项目实施前需核算电力杆塔载荷、应力、风压匹配通信设备的数量及重量，同时确定架设安全距离。共享铁塔上通信基站天线的安装方式均为搭载在塔身部，位于下导线挂点以上，一般布置在顺线路侧的位置[1]。以220 kV线路杆塔架设通信基站为例，搭载通信装置的安全距离通常设置为天线抱杆上沿与电力杆塔最下层导线绝缘子串悬挂点间垂直距离不小于 10 m[2]。

1.2 共享铁塔运行与维护

目前，国内运行的共享铁塔，塔上通信基站、铁塔及输电线路分别由出资单位独立运维，通信基站由所属运营商负责运行维护，铁塔及输电线路由电力公司负责运行维护。对于共享铁塔运行期间的电磁环境监测数据较少，暂未发现共享铁塔电磁环境监测数据的公开资料。

2 典型共享铁塔电磁场分布特征研究

2.1 电磁波传播特性

电磁波在空间中的传播通过信道进行，而移动通信信道是一种时变信道，具有不确定性[2]。实际的无线通信网络中，由于电磁波通过不同物体时产生的绕射和多径反射，信号会在接收端发生多径衰落。同时，当发射天线和接收天线之间距离增大时还会引起信号的自由空间损耗。在移动基站共址输电铁塔这种新的场景下，电磁波传播比传统移动基站更加复杂。

2.2 共享铁塔地面电磁环境现状监测

为了解共享铁塔周边电磁环境现状及电磁场分布特征，选取湖北省内4座共享铁塔进行了现场监测。天线悬挂位置均位于塔身中部，监测设备主要参数如表1所示。

表1 监测仪器参数一览表

表2 监测时间及天气条件一览表

本次现状监测布点原则是以共享铁塔为坐标原点，在边长为100 m×100 m的正方形区域内划分网格，每个网格大小为10 m×10 m。在每个网格中心设置监测点位，受地形影响部分网格点的监测位置可稍作调整[3,4]。共享铁塔监测网格示意如图1所示，实测监测点位布置如图2所示。

图1 共享铁塔监测网格示意图

监测结果显示，在基站天线主瓣方向上，监测结果先随着距离增加而增大，大约在主瓣方向20～30 m处达到最大，然后随着距离增加而逐渐降低；在基站天线旁瓣方向上，监测结果先随着距离增加而增大，在旁瓣方向15～20 m处达到最大，然后随着距离增加而逐渐降低。在基站天线主瓣方向背后，监测结果基本均随着距离增大而减小。4座共享铁塔地面电磁环境监测最大值为1.67 μW/cm2，共享铁塔周边地面电磁环境均能满足《电磁环境控制限值》（GB 8702—2014）的要求[5,6]。

各共享铁塔监测点位布置情况如图2所示。

图2 共享铁塔实测监测点位布置图

各共享铁塔监测时间及天气条件如表2所示。

2.3 共享铁塔天线平台电磁分布特征

由于已建成的共享铁塔天线均位于塔身中部，对天线平台所在区域进行电磁环境监测较为困难，根据对共享铁塔地面电磁环境现状监测结果判断，共享铁塔的电磁环境与通信基站天线周围电磁强度分布规律较为一致。因此选取一处楼顶平台基站进行监测，类比分析共享铁塔基站天线所在平台的电磁场分布特征[7,8]。

为全面了解共享铁塔的电磁场分布特征，在基站北侧、东北侧以及东侧分别设置一处监测断面，每隔1 m设置一处监测点位，顺序测至5 m处。监测点位如图3所示。

图3 某楼顶平台基站平面布置及监测点位

监测时间为10月26日的10：00-11：00，天气晴，温度为19～21 ℃，为湿度38%～45%。天线主射方向角度变化的趋势如图4所示。

图4 天线主射方向角度趋势

根据检测结果，基站天线侧方与后方的功率密度为（7.65～87.48）μW/cm2，远大于共享铁塔地面电磁环境的监测结果，东侧监测断面3受天线旁瓣影响的监测结果超过了《电磁环境控制限值》（GB 8702—2014）规定的标准限值要求0.4 W/m2[9,10]。

3 共享铁塔电磁场特性研究应用

根据对所选取共享铁塔地面电磁环境的监测结果可以看出，共享铁塔电磁场的分布特性基本符合无线信号传输过程中电磁波的传播特点。在选取塔身中部挂设形式时，地面超标风险不高，但天线平台仍存在一定的电磁环境超标风险[11]。

4 结 语

结合监测结果分析，共享铁塔项目选址应综合考虑以下因素：一是共享铁塔通信基站天线主瓣方向应尽量避开周边电磁环境敏感目标，避免对公众产生影响；二是共享铁塔选址时应排除已存在环保投诉的铁塔；三是共享铁塔周边的电磁环境敏感目标与天线的直线距离应满足各基站相应的安全控制距离要求；四是共享铁塔在位于居民小区内或周边选址时，需要与居民楼保持一定的距离，一般大于30 m。