王 綱，王 玲

(1.四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測(cè)中心站，成都 610031;2.成都市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，成都 610041)

1 緒言

截止到2012年我國(guó)移動(dòng)用戶已超過9億戶，移動(dòng)通信已經(jīng)成了人們生活不可缺少的部分，移動(dòng)通信基站是確保信號(hào)強(qiáng)弱不可缺少的重要組成部分，需要在一定區(qū)域建設(shè)，甚至不得不選擇在居民集中區(qū)，導(dǎo)致居民對(duì)移動(dòng)通信基站的電磁環(huán)境影響關(guān)心程度不斷增加，鑒于此，本文通過對(duì)成都地區(qū)典型移動(dòng)通信基站的電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)，分析了移動(dòng)通信基站的電磁環(huán)境規(guī)律及程度，提出移動(dòng)通信基站選址需要考慮的問題，為管理部門的決策提供科學(xué)的依據(jù)，對(duì)社會(huì)的和諧、穩(wěn)定的發(fā)展，具有非常重要的意義。

2 移動(dòng)通信基站工作原理及其電磁影響特征

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)由移動(dòng)通信交換中心 (或網(wǎng)絡(luò))、基站控制器、移動(dòng)通信基站等，通過一定的通信和協(xié)同機(jī)制構(gòu)成。移動(dòng)通信基站是整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無線移動(dòng)通信的站點(diǎn)設(shè)施。

移動(dòng)通信基站根據(jù)其制式不同，有著不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。但總體來說，移動(dòng)通信基站可分為基站設(shè)備和天線?；驹O(shè)備包括收發(fā)信機(jī)、信號(hào)放大器等設(shè)備，負(fù)責(zé)通信信號(hào)的處理，此類設(shè)備放置于機(jī)房?jī)?nèi);天線是負(fù)責(zé)將通信信號(hào)通過無線形式的電磁波發(fā)射到外界的設(shè)備，同時(shí)也接收外界傳來的通信信號(hào)［1］。

移動(dòng)通信基站與移動(dòng)通信臺(tái) (手機(jī))通過發(fā)射含有信息的電磁波信號(hào)，在空中傳播到達(dá)目標(biāo)，從而進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換，移動(dòng)通信基站與移動(dòng)臺(tái)的電磁信號(hào)發(fā)射形成電磁輻射，按其工作的頻段，移動(dòng)通信基站產(chǎn)生的電磁輻射屬射頻電磁輻射。

移動(dòng)通信基站天線一般架設(shè)于建筑物頂，有振子組成的天線陣列封裝與塊狀盒內(nèi)，掛置于支撐結(jié)構(gòu) (鐵架、鐵塔、抱桿等)上。每塊天線水平面半功率波瓣寬度約60°，一個(gè)基站一般有3面天線，構(gòu)成水平面的全覆蓋。垂直面上，輻射能量更為集中，天線主瓣波瓣寬度約10°左右，垂直于天線面板法線或者有幾度的電下傾角度，垂直方向上一般還有幾度的機(jī)械下傾角度。四川成都市區(qū)移動(dòng)通信目前有GSM、CDMA2000、WCDMA和TDSCDMA制式，除TD－SCDMA采用智能天線外，其它均采取固定方向圖天線。移動(dòng)通信基站功率和天線增益較小，實(shí)際影響范圍一般在100m內(nèi)。

3 移動(dòng)通信基站電磁輻射強(qiáng)度調(diào)查

城區(qū)移動(dòng)基站的布設(shè)一般按通信業(yè)務(wù)的密度來進(jìn)行考慮，一般分為高密區(qū)、密集區(qū)、一般區(qū)和邊緣區(qū)，高密區(qū)和密集區(qū)以滿足容量為主，一般區(qū)和邊緣區(qū)以滿足覆蓋為主。成都市三環(huán)內(nèi)大部分區(qū)域?yàn)楦呙軈^(qū)、其余屬密集區(qū)，本次調(diào)查選取的基站均為三環(huán)內(nèi)城區(qū)基站，通信業(yè)務(wù)密度較高，基站所處區(qū)域人口密集大，所選基站具有很強(qiáng)的代表性。

3.1 調(diào)查單位

本次調(diào)查由四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測(cè)中心站承擔(dān)。四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測(cè)中心站具備工頻電磁場(chǎng)、無線電干擾、射頻綜合場(chǎng)、微波綜合場(chǎng)、高頻綜合場(chǎng)、射頻單頻電場(chǎng)6項(xiàng)電磁輻射監(jiān)測(cè)資質(zhì)，并通過計(jì)量認(rèn)證:CMA 2011002996U號(hào)，認(rèn)證項(xiàng)目可完全覆蓋本次調(diào)查監(jiān)測(cè)因子。

3.2 監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)儀器

本次監(jiān)測(cè)方法執(zhí)行《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和方法》 (HJ/T10.2—1996)、《移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方法》 (試行)等法定技術(shù)規(guī)范。

本次監(jiān)測(cè)采用德國(guó)拉達(dá)公司生產(chǎn)的PMM8053B/EP33M微波場(chǎng)強(qiáng)儀，儀器經(jīng)計(jì)量部門檢定合格且在有效使用期內(nèi)的，各項(xiàng)指標(biāo)均符合《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》 (GB8702－1988)和《電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器與方法》(HJ/T10.2－1996)的要求。

3.3 監(jiān)測(cè)過程控制及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性

(1)本次調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作嚴(yán)格按照站質(zhì)保體系要求開展，監(jiān)測(cè)過程處于質(zhì)保受控狀態(tài)。

(2)各級(jí)質(zhì)量監(jiān)督人員參與了過程監(jiān)督，根據(jù)監(jiān)測(cè)類型和其它情況實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)抽查，查錯(cuò)糾漏，監(jiān)測(cè)過程受控。

(3)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)嚴(yán)格按照預(yù)先制定的工作大綱中點(diǎn)位置選取原則、位置調(diào)整原則、點(diǎn)位加密原則點(diǎn)位記錄、測(cè)試環(huán)境記錄等要求實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)工作做到了統(tǒng)一、規(guī)范、科學(xué)、受控。

(4)監(jiān)測(cè)結(jié)果經(jīng)站三級(jí)質(zhì)保審查后真實(shí)可信。

3.4 調(diào)查監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

移動(dòng)通信基站天線是決定基站電磁輻射大小的關(guān)鍵設(shè)備，更是決定電磁輻射分布的設(shè)備，其基本功能是能量轉(zhuǎn)換和定向輻射。天線的電參數(shù)主要有方向圖、主瓣寬度、旁瓣電平、方向系數(shù)、天線效率、極化特性、頻帶寬度和輸入阻抗等。所謂方向圖是在離天線一定距離處的輻射場(chǎng)的相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)隨方向變化的曲線圖，天線的方向圖也決定了基站電磁輻射的特性［2］。圖1是移動(dòng)通信基站天線的典型方向圖，在不考慮外環(huán)境的情況下，天線方向圖決定了基站輻射影響的區(qū)域。

圖1 移動(dòng)通信基站天線典型方向圖Fig.1 Typical antenna pattern of mobile communication base stations

因此，針對(duì)移動(dòng)通信輻射特征，調(diào)查采取有針對(duì)性的對(duì)天線最大輻射方向進(jìn)行調(diào)查監(jiān)測(cè)。調(diào)查選取條件較好的一個(gè)斷面布設(shè)測(cè)量線，測(cè)量間距30m內(nèi)5m為步長(zhǎng)，30～60m內(nèi)10m為步長(zhǎng)，60m外20m為步長(zhǎng)直至達(dá)到背景水平。

3.5 調(diào)查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

3.5.1 衰減規(guī)律

在實(shí)際架設(shè)的移動(dòng)通信天線中，天線面板距離樓頂面高差小、樓頂長(zhǎng)度足夠、樓頂面天線數(shù)量少不相互影響的情況基本不存在，理想的測(cè)試斷面、條件難以滿足。為解決各種制約因素造成的問題，調(diào)查對(duì)移動(dòng)通信應(yīng)急通訊車進(jìn)行了測(cè)試。應(yīng)急通訊車發(fā)射天線可以架設(shè)得較為低矮，并且可以放置于較為開闊的區(qū)域，有利于斷面的測(cè)試，便于掌握移動(dòng)通信基站電磁輻射空間衰減規(guī)律。

應(yīng)急通訊車1:天線架設(shè)高度約3m，儀器探頭高度1.5m，功率20W，天線增益18dBi;車輛停放在一條還未完全通車的道路上，周圍環(huán)境十分開闊，可測(cè)試距離較長(zhǎng)，達(dá)到了290m。

測(cè)試結(jié)果曲線圖如圖2所示。

圖2 應(yīng)急移動(dòng)通信車1衰減斷面Fig.2 Emergency mobile car attenuation section 1

上述斷面測(cè)試曲線圖形出現(xiàn)了較為類似的變化規(guī)律。這是由移動(dòng)通信基站發(fā)射天線和測(cè)試環(huán)境共同作用決定的。典型移動(dòng)基站天線方向圖見圖3，大致上，天線發(fā)出的電磁波由主瓣、副瓣和后瓣3個(gè)部分組成，波瓣的長(zhǎng)度表示波能量的強(qiáng)弱［3］。我們?cè)谶M(jìn)行斷面測(cè)試時(shí)，從天線下方開始，恰好經(jīng)歷了副瓣、主瓣的不同能量區(qū)域，同時(shí)由于距離較近，導(dǎo)致測(cè)值曲線出現(xiàn)比較明顯的波動(dòng)變化。

圖3 斷面測(cè)試數(shù)據(jù)與天線方向圖的關(guān)系Fig.3 Relationship between test data of cross section and the the antenna pattern

如圖4所示，在實(shí)際的城區(qū)架設(shè)的移動(dòng)通信基站和城市環(huán)境中，公眾能夠到達(dá)的地方通常是在基站下方區(qū)域，包括基站天線所在的樓頂、基站所在的樓內(nèi)，天線下方區(qū)域處于天線能量較弱的角度，測(cè)值普遍較小［4］。另外，一部分公眾能夠到達(dá)的區(qū)域是靠近天線主要能量區(qū)域但有一定距離的位置，如基站天線對(duì)面的建筑物。由于基站為保證信號(hào)能最大限度的覆蓋，因此天線架高均要高于臨近居民樓，主要能量已越過臨近居民樓頂，能量較小的副瓣到達(dá)臨近居民位置處的能量已衰減至非常小的值［5］。

圖4 城市中常見的基站與公眾位置關(guān)系圖Fig.4 Relationship between the locations of common base stationss and the public

3.5.2 移動(dòng)通信基站對(duì)所在樓頂?shù)挠绊?/p>

為掌握移動(dòng)通信基站對(duì)天線所在建筑物頂面的電磁環(huán)境影響，調(diào)查對(duì)多種制式、多種參數(shù)配置的移動(dòng)通信基站天線所在樓頂面位置進(jìn)行了監(jiān)測(cè)調(diào)查。天線相對(duì)架設(shè)頂面的高差通常在6m以上，調(diào)查選取了天線與架設(shè)面相對(duì)高度較矮的 (1m～4m)基站進(jìn)行調(diào)查監(jiān)測(cè)，以掌握最不利情況。17個(gè)點(diǎn)位的測(cè)量數(shù)值見圖5。

圖5 低高差基站天線樓頂面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.5 Roof surface monitoring data of low elevation base stations

上述監(jiān)測(cè)值同時(shí)包括了多個(gè)制式、頻段和輻射技術(shù)參數(shù) (包括基站發(fā)射功率、天線增益)、測(cè)點(diǎn)與天線相對(duì)位置等情況?？梢钥闯?，天線所在樓頂面綜合場(chǎng)最大值為0.0745W/m，一般處于10W/m2數(shù)量級(jí)或更低的水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)公眾照射在該頻段的限值0.4W/m2［6］。

同時(shí)可以看出，基站天線所在樓頂面電磁輻射綜合場(chǎng)規(guī)律性差，是因?yàn)闆Q定場(chǎng)大小的因素較多，如功率、天線增益、測(cè)點(diǎn)與天線相對(duì)位置等。

作為對(duì)照，選取了一些架設(shè)高度在6～9m且設(shè)備制式相同的基站進(jìn)行樓頂面測(cè)試。

測(cè)量數(shù)據(jù)見圖6?？梢钥闯?，天線架設(shè)高度在6～9m的基站樓頂面的數(shù)值最大為0.0225W/m2，有一半以上數(shù)據(jù)在0.01W/m2以下。相比天線架設(shè)高度在1～4m的基站樓頂面數(shù)值，天線架設(shè)高度的升高，使得樓頂面數(shù)據(jù)總體變小。

圖6 一般高差基站天線樓頂面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.6 Roof surface monitoring data of general elevation base stations

3.5.3 移動(dòng)通信基站對(duì)所在底座建筑內(nèi)的影響

作為基站所在的底座建筑樓內(nèi)的住戶對(duì)基站的電磁輻射通常非常關(guān)注。為此，調(diào)查選取了天線架設(shè)高度不同的28個(gè)基站所在樓的樓道內(nèi)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)位主要位于頂層樓道，基站天線架設(shè)高度在1～9m。測(cè)試數(shù)據(jù)見圖7。

圖7 基站底座建筑內(nèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.7 Monitoring data of buildings under base stations

除一個(gè)點(diǎn)位為“未檢出”外，其余各點(diǎn)的測(cè)值最大為0.0025W/m2，整體來看，底座建筑內(nèi)測(cè)值數(shù)量級(jí)相比樓頂測(cè)值小了一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值。

基站天線下方本已處于能量較弱的副瓣區(qū)域，在加上樓頂樓板的遮擋衰減，測(cè)值變得非常小?？梢姌琼敿茉O(shè)的天線對(duì)其所在樓內(nèi)正下方的影響是非常之小。

3.5.4 移動(dòng)通信基站對(duì)鄰近建筑位置的影響

基站天線架設(shè)的方位和高度，是為滿足移動(dòng)通信信號(hào)覆蓋而定的，因此，基站天線輻射能量集中的主瓣區(qū)域不會(huì)正對(duì)周圍鄰近建筑，以免造成信號(hào)的遮擋和反射。因而，基站周圍鄰近建筑不是正對(duì)基站天線的，通常情況下，天線能量主瓣區(qū)域與公眾所處位置均存在一定的角度差和高度差。

調(diào)查選取了代表性基站及其相鄰建筑位置進(jìn)行了調(diào)查監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖8。

圖8 基站鄰近建筑位置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.8 Monitoring data of buildings near the base stations

從臨近基站且處于天線主射投影線上的公眾位置測(cè)值來看，由于距離基站較遠(yuǎn) (通常在20m以上)、且與基站發(fā)射天線有1～3層樓的高度差(約3m～10m)，從測(cè)試的基站來看，測(cè)值最大僅0.0093W/m2，測(cè)值相比天線所在樓頂小近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

通過對(duì)城區(qū)典型移動(dòng)通信基站電磁環(huán)境影響監(jiān)測(cè)分析結(jié)果，移動(dòng)通信基站產(chǎn)生的電磁電磁環(huán)境影響隨著距離增加總體上呈減少趨勢(shì)，在距離基站30m范圍外的測(cè)值都處于10－4W/m2量級(jí)以下，對(duì)基站所在樓頂面的影響值處于10－2W/m2量級(jí)及以下，對(duì)基站所在樓內(nèi)的影響值大多處于10 W/m量級(jí)，對(duì)鄰近建筑位置的影響值處于10－3W/m2量級(jí)及以下，均滿足國(guó)標(biāo)公眾照射限值0.4W/m2的要求［6］。

4.2 建議

建設(shè)單位在進(jìn)行移動(dòng)通信基站選址時(shí)應(yīng)首先考慮鄰近現(xiàn)有或規(guī)劃建筑物高度、方位，其次考慮基站天線方向，保持基站與周邊建筑的距離及高差，最大限度減小移動(dòng)通信基站在建筑物處產(chǎn)生的電磁環(huán)境影響，另外還加強(qiáng)移動(dòng)通信基站產(chǎn)生電磁環(huán)境影響特性的宣傳。

［1］林少龍，蔡賢生.移動(dòng)通信基站天線設(shè)置與電磁輻射影響分析［J］. 中國(guó)無線電，2005，(5):42-43.

［2］劉學(xué)觀，郭輝萍編著.《微波技術(shù)與天線》［M］.西安:西安電子科大出版社，2004.118-130.

［3］(美)克勞斯(Kraus，J.D)等著;章文勛譯.天線(第三版)(上冊(cè))［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.55-66.

［4］談儒猛.通信基站的電磁輻射水平及其安全防護(hù)研究［J］.安全與電磁兼容.2005，(2):48-51.

［5］楊維耿，翟國(guó)慶.環(huán)境電磁監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)［M］.杭州:浙江大學(xué)出版社，2011.

［6］GB8702－1988，電磁輻射防護(hù)規(guī)定［S］.