趙 楠 武 彤 沈慶飛 馬文華 寧書巖

(1.天津市計量監(jiān)督檢測科學(xué)研究院，天津 300192；2.中國計量科學(xué)研究院， 北京 100013；3.中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100037)

0 引言

移動通信基站電磁輻射是一項受社會關(guān)注度很高的檢測項目，其檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性尤為重要。建立可靠的移動通信基站能力驗證與比對系統(tǒng)，通過檢測數(shù)據(jù)的比對，能夠確定相應(yīng)機構(gòu)的該項目檢測能力，進而保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

在電磁環(huán)境領(lǐng)域，尚沒有構(gòu)建完成的能力驗證和比對系統(tǒng)可以參考，我們針對目前移動通信基站按照安裝方式進行分類，選取典型基站進行評估，總結(jié)出該類型的移動通信基站電磁輻射模型，按照這個模型來構(gòu)建移動通信基站電磁環(huán)境能力驗證和比對系統(tǒng)。

1 移動通信基站的分類與模型選取

移動通信基站電磁輻射主要是由基站天線發(fā)出的，依據(jù)安裝位置不同，有室外基站天線和室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)天線兩種類型。室外基站天線依據(jù)安裝方式的不同，又分為拉線塔天線和抱桿塔天線。由于拉線塔天線架設(shè)位置較高，電磁輻射強度較小，因此，我們構(gòu)建的電磁環(huán)境能力驗證與比對系統(tǒng)沒有選擇拉線塔作為參考模型，而是選擇了室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)和抱桿塔作為所構(gòu)建電磁環(huán)境能力驗證和比對系統(tǒng)的參考模型。

室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)和室外基站天線電磁輻射環(huán)境模擬和構(gòu)建的方法和流程是相同的，因此，本文分別就室內(nèi)和室外覆蓋系統(tǒng)，來說明我們所建立電磁環(huán)境能力驗證和比對參考模型的步驟和方法。具體方法流程如圖1所示。

圖1 移動通信基站電磁環(huán)境比對系統(tǒng)構(gòu)建流程

2 基站電磁輻射的評估

2.1 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)電磁輻射的評估

本部分研究目的是檢測位于公眾可以進入場所的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的射頻暴露值，確定暴露量大小的范圍，研究室內(nèi)覆蓋天線的安裝方式，從而為電磁環(huán)境比對系統(tǒng)的構(gòu)建提供依據(jù)。

2.1.1 評估對象選取

室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)通常安裝在每層樓的天花板。一般狀況下，天線端口輸出功率為15dBm。為了簡化分析，本次選定的建筑物內(nèi)，僅有中國移動的GSM900基站。本文選擇位于北京市海淀區(qū)丹棱街的中國移動通信集團設(shè)計院有限公司辦公大樓內(nèi)的五處不同位置的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)為評估對象。

2.1.2 電磁輻射的評估

對于電磁場輻射暴露這種可能對人體造成損傷的測量，進入測試場地之前一般需要對擬到達的測試場內(nèi)的場強進行初步評估，以免造成人身損害。預(yù)評估的主要目的是保護測試人員，制定測試計劃。本次選擇的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，在測試區(qū)域沒有其他明顯的輻射源。因此，依據(jù)運營商所提供的移動通信基站發(fā)射功率和天線的增益等技術(shù)參數(shù)進行相關(guān)計算，得到功率密度值。在天線20cm處，天線輸入功率15dBm條件下，確定其功率密度最大值為0.1255W/m2。

通過對實際五處室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的測試，在14層測得最大值是0.1383W/m2，不確定度為2.2dB。在考慮測量不確定度后，可以認(rèn)為此基站天線基本能夠反映室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的電磁輻射水平。

2.2 室外基站電磁輻射的評估

對于室外基站電磁環(huán)境而言，評估分析的方法及流程均與室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的相同。我們也按照室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)相同的方法進行了評估和測量。由于室外電磁環(huán)境更為復(fù)雜，我們選取電磁環(huán)境相對理想的廣西壯族自治區(qū)某基站作為研究對象。在距天線主瓣方向5m處測得功率密度最大值為0.1318W /m2。在考慮測量不確定度后，可以認(rèn)為此基站的電磁輻射量基本能夠反映該室外基站的電磁輻射水平，適宜做為能力驗證的參考值。

3 基站電磁輻射能力驗證系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1 天線附近電磁環(huán)境的分析

根據(jù)電磁場的傳播原理，以及所處環(huán)境的反射物狀況，基站天線的電磁環(huán)境復(fù)雜程度可進行如下劃分：

3.1.1 源區(qū)域的劃分

根據(jù)電磁場的傳播原理，隨著距離的增大，源區(qū)域可以劃分為：

1)源區(qū)域I：感應(yīng)區(qū)，一般分布在天線外罩內(nèi)部。

2)源區(qū)域II：近場區(qū)，電磁環(huán)境測試需要重點考慮的區(qū)域。

3)源區(qū)域III：滿足遠(yuǎn)場條件，考慮“點”源天線，一般不會超過電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)限值。

3.1.2 環(huán)境區(qū)域的劃分

依據(jù)環(huán)境區(qū)域內(nèi)散射物的數(shù)量可以將環(huán)境由簡到繁依次劃分為：

1)環(huán)境區(qū)域0(無散射)：在這個區(qū)域，來自直射路徑的電磁波場強大于被評估源的任何散射波10dB。

2)環(huán)境區(qū)域1(一個反射體)：在這個區(qū)域，除了直射路徑，還有一個單獨的最主要的散射體，其場強比任何其他散射體大10dB以上，這樣的散射體通常是地面反射。

3)環(huán)境區(qū)域M(多個散射體)：其可能是有足夠信息可模擬的，也可能是無法模擬或者多重模擬的。

3.1.3 電磁環(huán)境的區(qū)域選取與模擬

如圖2所示，考慮到比對系統(tǒng)的重復(fù)性，我們模擬的環(huán)境復(fù)雜度有兩個：一個是環(huán)境區(qū)域0，即無散射，此條件可以通過全電波暗室模擬；另外一個是環(huán)境區(qū)域1，即一個反射體，利用半電波暗室的地面作為反射體來實現(xiàn)。對于源區(qū)域，感應(yīng)區(qū)一般分布在天線外罩的內(nèi)部，同時考慮到基站電磁輻射隨著距離增大迅速衰減，故選擇的源區(qū)域基本覆蓋源區(qū)域II。

圖2 輻射源-環(huán)境區(qū)域剖面示例圖

3.2 移動通信基站比對裝置設(shè)計

通過上面的分析，我們用基站天線與信號源、功率放大器、耦合器和功率計相連接搭建了移動通信基站電磁環(huán)境的比對裝置，如圖3所示。

1.室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)天線；2.室外基站天線圖3 移動通信基站電磁輻射比對裝置構(gòu)成

3.2.1 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)電磁環(huán)境比對裝置

將室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)天線置于暗室內(nèi)的一個面上，天線面向室內(nèi)，固定天線的位置，確認(rèn)測量位置，這樣就構(gòu)成了該比對系統(tǒng)。再通過地面吸波材料的變化來實現(xiàn)環(huán)境區(qū)域的變化，進而組成室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的電磁 環(huán)境比對裝置，如圖4所示。

圖4 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)電磁環(huán)境比對裝置

3.2.2 室外基站電磁環(huán)境比對裝置

室外基站電磁環(huán)境比對裝置結(jié)構(gòu)上基本與室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)相同，只需要將室外基站天線或者測量探頭置于半電波暗室轉(zhuǎn)臺，通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺可以模擬基站天線主瓣和副瓣不同方向的輻射狀況，如圖5所示。

圖5 室外基站電磁環(huán)境比對裝置

3.3 穩(wěn)定性試驗

用于能力驗證的比對裝置的穩(wěn)定性是極其重要的，為此，我們進行了為期一個月的長期穩(wěn)定性試驗，每周測量一次，共計四次。同時，進行了短期穩(wěn)定性試驗，每隔1個小時一次，測量2天，共16次，數(shù)據(jù)見表1。經(jīng)過計算，在900MHz和1800MHz下的穩(wěn)定性指標(biāo)分別達到1.0dB和1.6dB，完全能夠滿足能力驗證的需要。

表1 穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

設(shè)計一項移動通信基站電磁輻射的能力驗證與比對工作，一定從設(shè)計之初按照當(dāng)前移動通信基站電磁輻射的狀況，選取典型基站進行測量，根據(jù)測量結(jié)果，在實驗室內(nèi)搭建參考電磁環(huán)境。根據(jù)模擬選取相應(yīng)的模型，考慮測量程序、實驗布置等設(shè)計步驟，以盡可能避免干擾因素。特別需要注意的是，電磁輻射暴露可能對人體造成傷害，實驗人員的人身安全需要引起高度重視。

參考文獻

[1] GB/T 28043—2011 利用實驗室間比對進行能力驗證的統(tǒng)計方法.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011

[2] 國家環(huán)境保護局.HJ/T10.3-1996 輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則-電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)

[3] 國家環(huán)境保護局.HJ/T10.2-1996 輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則-電磁輻射監(jiān)測儀器和方法

[4] 國家環(huán)境保護總局. 移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法.國家環(huán)境保護總局發(fā)[2007]114號

[5] 武彤，沈慶飛. 實驗室之間輻射騷擾場強比對的設(shè)計.電子質(zhì)量，2007(8)

[6] 張海鷗，潘超，等. 移動通信基站電磁輻射時空分布及衰減特征.電力環(huán)境保護，2009(4)

[7] 劉志杰，劉景麗，等.基站電磁環(huán)境測試方法的比較與分析 .安全與電磁兼容，2007(6)