http://www.raiationhealth.org/ 一 GSM 通 信 基 站 安 全 距 离 计 算 方 法 ( 撰 写 ) 通 信 基 站 设 备 和 天 线 的 连 接 关 系 www.raiationhealth.org www.raiationhealth.org 1
http://www.raiationhealth.org/ 摘 要 : 以 前 的 报 告 或 研 究 文 献 一 般 都 是 直 接 按 通 信 基 站 的 发 射 频 点 数 量 计 算 通 信 基 站 的 安 全 距 离 和 等 效 辐 射 功 率, 但 当 通 信 基 站 发 射 频 点 数 量 较 多 时, 可 能 会 采 用 耦 合 器 将 多 个 频 点 的 微 波 信 号 合 路, 耦 合 器 在 合 路 时 是 有 损 耗 的, 所 以 通 信 基 站 实 际 的 发 射 功 率 并 没 有 那 么 大, 此 时 若 单 纯 地 按 照 发 射 频 点 数 量 计 算, 就 会 造 成 理 论 计 算 出 的 等 效 辐 射 功 率 偏 大, 安 全 距 离 过 长, 不 符 合 实 际 情 况, 基 于 此, 本 实 验 室 在 经 过 大 量 调 查 研 究 的 基 础 上, 提 出 了 一 种 基 于 按 输 入 天 线 馈 线 数 量 的 计 算 方 法, 该 计 算 方 法 考 虑 到 了 采 用 耦 合 器 时 微 波 发 射 信 号 的 衰 减, 和 实 际 情 况 比 较 相 符 一 般 常 常 在 室 外 只 看 到 天 线, 和 天 线 连 在 一 起 的 天 线 馈 线, 那 先 将 前 面 这 张 图 做 一 个 简 单 的 说 明 1) 基 站 设 备 : 就 是 通 信 基 站 的 发 射 设 备, 主 要 有 载 频 插 板 和 微 波 功 率 放 大 器 ( 在 上 图 只 画 出 载 频 插 板 ), 一 般 一 个 基 站 配 置 有 3 个 扇 区, 每 个 扇 区 配 置 有 4-8 个 频 率 信 号 ( 常 称 为 频 点 或 载 频 ), 在 话 务 量 比 较 密 集 的 区 域, 有 些 扇 区 的 载 频 数 量 会 达 到 甚 至 12 个 频 点 2) 载 频 插 板 : 一 般 情 况 下, 基 站 设 备 上 每 一 块 载 频 插 板 可 以 发 射 两 个 载 频 ( 也 就 是 两 个 频 点 ), 每 个 频 点 的 发 射 功 率 为 20W, 在 一 些 配 置 比 较 大 的 基 站, 上 图 中 的 基 站 设 备 就 会 上 下 叠 加 放 置, 成 为 好 几 个 机 柜, 这 个 时 候 基 站 发 射 的 频 点 往 往 很 多, 辐 射 量 也 会 较 大 3) 载 频 输 出 馈 线 : 这 个 载 频 输 出 馈 线 在 需 要 耦 合 的 时 候 会 存 在, 当 需 要 发 射 在 频 点 数 量 很 多 时, 而 架 设 在 楼 顶 或 者 铁 塔 上 的 天 线 较 少 时, 此 时 就 会 用 到 载 频 输 出 馈 线, 每 根 载 频 输 出 馈 线 连 接 一 块 载 频 插 板, 此 时 每 根 载 频 输 出 馈 线 里 含 有 2 个 频 点, 也 就 是 共 40W 的 发 射 功 率 4) 耦 合 器 : 当 需 要 发 射 在 频 点 数 量 很 多 时, 而 架 设 在 楼 顶 或 者 铁 塔 上 的 天 线 较 少 时, 此 时 就 会 用 到 耦 合 器, 耦 合 器 的 作 用 就 是 将 多 个 频 点 信 号 耦 合 到 一 根 天 线 馈 线 上 发 送, 耦 合 器 的 损 耗 一 般 为 3B, 即 输 入 的 功 率 会 损 失 一 半 也 就 是 说 当 两 根 载 频 输 出 馈 线 从 A 点 输 入 时, 总 共 的 输 入 功 率 为 80W, 但 由 于 有 3B 损 耗 ( 功 率 损 失 一 半 ), 输 出 B 点 的 总 功 率 仍 然 只 有 40W 5) 天 线 馈 线 : 天 线 馈 线 一 般 比 较 长, 所 以 有 一 定 的 损 耗, 一 般 情 况 下,900MHz 的 损 耗 为 3B,1800MHz 的 损 耗 为 4.5B, 后 面 有 详 细 说 明 6) 天 线 : 天 线 负 责 将 微 波 发 射 出 去, 天 线 的 增 益 越 大, 辐 射 越 大, 目 前 常 用 的 天 线 增 益 为 18B, 换 算 成 放 大 倍 数 为 63 倍 3B 波 束 宽 度 - 3B 点 65 峰 值 - 3B 点 www.raiationhealth.org 2 天 线 水 平 方 向 波 束 图
http://www.raiationhealth.org/ - 3B 点 www.raiationhealth.org 8 峰 值 - 3B 点 天 线 垂 直 方 向 波 束 图 了 解 以 上 知 识 就 知 道 怎 么 计 算 发 射 功 率 了 : A 点 : 若 是 两 个 频 点, 即 在 该 点 的 微 波 总 功 率 为 40W B 点 : 一 般 耦 合 后 两 个 40W 的 输 入, 最 后 的 输 出 功 率 还 是 40W C 点 : 要 经 过 天 线 馈 线 和 接 头 的 衰 耗,900MHz 为 3B,1800MHz 为 4.5B 二 等 效 辐 射 功 率 计 算 上 面 说 的 A 点 B 点 C 点 功 率 只 是 设 备 的 发 射 功 率, 那 么 这 些 微 波 信 号 输 入 到 天 线 后, 天 线 再 将 微 波 发 射 到 空 间 中 去, 在 发 射 微 波 时 天 线 是 有 增 益 的 在 计 算 等 效 辐 射 功 率 时, 必 须 考 虑 天 线 的 增 益 和 微 波 经 过 天 线 馈 线 时 的 损 耗 情 况 (1) 关 于 天 线 增 益 和 馈 线 损 耗 的 计 算 (a) 天 线 的 增 益 : 像 目 前 用 得 最 多 的 GSM 板 状 天 线, 它 的 增 益 一 般 为 18Bi, 换 算 成 放 大 的 倍 数 为 : 18/ G = = 63.0957344 倍 (1) (b) 天 线 馈 线 的 损 耗 : 从 基 站 设 备 到 发 射 天 线 需 要 使 用 馈 线 连 接, 一 般 情 况 下, 基 站 需 要 用 15m 长 的 1/2 软 跳 线 和 40m 长 的 7/8 硬 馈 线 根 据 设 备 资 料,1/2 软 跳 线 在 900MHz 频 段 每 百 米 衰 减 6.9B 1800MHz 频 段 每 百 米 衰 减.1B;7/8 硬 馈 线 在 900MHz 频 段 每 百 米 衰 减 3.8B 1800MHz 频 段 每 百 米 衰 减 5.6B 馈 线 中 还 需 要 增 加 避 雷 器 和 馈 线 接 头 等 的 损 耗, 典 型 的 GSM900MHz 基 站 的 馈 线 和 接 头 损 耗 共 为 3B,GSM1800MHz 基 站 的 馈 线 和 接 头 损 耗 共 为 4.5B 从 上 面 分 析 可 知, 基 站 设 备 发 射 的 微 波 从 天 线 馈 线 的 B 点 到 天 线 的 输 入 点 C 点, 考 虑 到 馈 线 和 接 头 的 损 耗, 对 于 900MHz 频 段, 微 波 在 这 一 段 的 衰 减 一 般 为 3B 左 右, 对 于 1800MHz, 3
http://www.raiationhealth.org/ 微 波 在 这 一 段 的 衰 减 有 4.5B 左 右 (2)GSM 900MHZ 等 效 辐 射 功 率 计 算 方 法 对 于 900MHz 等 效 辐 射 功 率 计 算 思 路 是 这 样 的 : 先 计 算 单 根 天 线 馈 线 输 入 到 天 线 后, 再 由 天 线 发 射 的 等 效 辐 射 功 率 情 况 上 面 已 经 知 道, 在 B 点 的 发 射 功 率 为 40W, 那 么 从 B 点 到 C 点 的 损 耗 为 3B, 而 天 线 的 增 益 为 18B, 那 么 最 后 总 的 增 益 为 18-3=15B 则 单 根 天 线 馈 线 输 入 到 天 线 发 射 时, 其 等 效 辐 射 功 率 为 : P = 40W 一 副 天 线 只 有 单 根 天 线 馈 线 输 入 时 等 效 辐 射 功 率 (18-3)/ = 40 31.62277 = 1264.911 W 而 一 副 天 线 一 般 是 有 两 根 天 线 馈 线 输 入, 它 的 等 效 辐 射 功 率 为 : P = 40 + 40 一 副 天 线 有 两 根 天 线 馈 线 输 入 时 等 效 辐 射 功 率 (18-3)/ (18-3)/ = 2 40 31.62277 = 2529.822 W 若 一 个 铁 塔 上 有 同 方 向 挂 有 多 幅 天 线 时, 那 么 可 按 照 上 述 方 法 进 行 相 加 (2) (3) (3) GSM 1800MHZ 频 段 等 效 辐 射 功 率 计 算 方 法 对 于 1800MHz 等 效 辐 射 功 率 计 算 思 路 和 900MHz 是 一 样 的, 唯 一 的 区 别 就 是 从 B 点 到 C 点 微 波 的 衰 耗 大 一 点, 为 4.5B 先 计 算 单 根 天 线 馈 线 输 入 到 天 线 后, 再 由 天 线 发 射 的 等 效 辐 射 功 率 情 况 上 面 已 经 知 道, 在 B 点 的 发 射 功 率 为 40W, 那 么 从 B 点 到 C 点 的 损 耗 为 4.5B, 而 天 线 的 增 益 为 18B, 那 么 最 后 总 的 增 益 为 18-4.5=13.5B 则 单 根 天 线 馈 线 输 入 到 天 线 发 射 其 等 效 辐 射 功 率 为 : P = 40 一 副 天 线 只 有 单 根 天 线 馈 线 输 入 时 等 效 辐 射 功 率 (18-4.5)/ = 40 22.38721 = 895.4884 W 一 副 天 线 一 般 是 有 两 根 天 线 馈 线 输 入, 它 的 等 效 辐 射 功 率 为 : (4) P = 40 + 40 一 副 天 线 有 两 根 天 线 馈 线 输 入 时 等 效 辐 射 功 率 (18-4.5)/ (18-4.5)/ = 2 40 22.38721 = 1790.9769 W (5) 若 一 个 铁 塔 上 同 方 向 挂 有 多 幅 天 线 时, 那 么 可 按 照 上 述 方 法 进 行 相 加 4
http://www.raiationhealth.org/ 从 上 面 计 算 的 等 效 辐 射 功 率, 可 以 很 清 楚 地 看 到, 一 个 基 站 的 等 效 辐 射 功 率 还 是 相 当 大 的, 这 就 是 为 什 么 国 家 环 境 保 护 局 要 求 通 信 基 站 在 建 设 前 必 须 先 进 行 环 境 影 响 评 价, 环 境 影 响 评 价 合 格 后 才 能 进 行 施 工 建 设 三 安 全 距 离 计 算 方 法 根 据 电 磁 辐 射 监 测 仪 器 和 方 法 (HJ/T.2-1996) 中 远 场 轴 向 功 率 密 度 的 计 算 公 式 : P 1 0 0 P 4 π 2 G = (6) 式 中 : P 功 率 密 度 μw/cm 2 ; P 设 备 机 顶 发 射 功 率 W; G 信 号 最 大 辐 射 方 向 的 功 率 增 益 ( 倍 数 ); 离 天 线 直 线 距 离 m 由 上 式 可 以 推 算 出 功 率 密 度 与 天 线 主 射 线 方 向 距 离 的 关 系, 即 : 0P = (7) 4π P 式 中 : 离 天 线 直 线 距 离 m; P 总 的 等 效 辐 射 功 率 W, 前 面 已 经 计 算 过 ; P = PG i 其 中,i 为 输 入 到 天 线 的 馈 线 数 量 i P 功 率 密 度 μw/cm 2, 当 计 算 基 站 的 水 平 保 护 距 离 ( 即 功 率 密 度 达 到 评 价 标 准 时 的 水 平 距 离 ) 时,P =8μW/cm 2 5
http://www.raiationhealth.org/ 天 线 水 平 距 离 L 垂 直 距 离 H 超 标 区 安 全 区 安 全 区 安 全 区 基 站 水 平 垂 直 安 全 距 离 示 意 图 则 对 于 只 有 一 副 GSM 900MHz 发 射 天 线 时, 其 安 全 距 离 : 0 0 2529.822 = = = 50.17705 米 (8) 4π 8 若 同 方 向 有 两 幅 900MHz 发 射 天 线 时, 其 安 全 距 离 : 0 0 (2529.822 2) = = = 70.967 米 (9) 4π 8 则 对 于 只 有 一 副 GSM1800MHz 发 射 天 线 时, 其 安 全 距 离 : 0 0 1790.9769 = = = 42.21873 米 () 4π 8 若 同 方 向 有 两 幅 1800MHz 发 射 天 线 时, 其 安 全 距 离 : 0 0 1790.9769 2 = = = 59.7063 米 (11) 4π 8 6
http://www.raiationhealth.org/ 四 关 于 通 信 基 站 安 全 距 离 的 解 释 上 面 安 全 距 离 计 算 是 参 考 1988 年 出 台 的 国 家 标 准 电 磁 辐 射 与 防 护 规 定 GB8702-88 和 1996 年 国 家 环 境 保 护 局 出 台 的 行 业 标 准 电 磁 辐 射 环 境 影 响 评 价 方 法 与 标 准 HJ/T.3-1996 进 行 计 算 的 上 述 计 算 的 通 信 基 站 安 全 距 离 是 基 于 多 年 以 前 和 20 年 以 前 制 定 的 标 准 计 算 的, 近 十 年 移 动 通 信 发 展 相 当 迅 速, 在 1997 年 前 后, 一 般 的 大 中 型 城 市, 架 设 的 基 站 数 目 不 到 1 百 个, 而 到 现 在, 在 大 多 数 大 中 型 城 市, 架 设 的 基 站 数 量 已 经 上 升 到 几 千 个, 在 我 国 不 少 大 型 城 市 基 站 数 量 已 经 突 破 1 万 个, 因 此 到 底 在 什 么 情 况 下 才 是 真 正 的 安 全, 目 前 仍 然 存 在 很 多 的 争 议 还 是 很 多 在 该 领 域 研 究 的 专 家 常 说 的 那 句 话 : 超 标 肯 定 影 响 很 大, 不 超 标 不 意 味 着 没 有 影 响 通 信 基 站 安 全 距 离 还 和 基 站 与 房 间 的 相 对 位 置 等 有 很 大 的 关 系, 同 时 前 面 给 出 的 发 射 天 线 辐 射 方 向 图 是 理 想 的, 不 排 除 天 线 在 某 个 方 向 辐 射 能 量 出 现 畸 高 等 现 象, 造 成 发 射 天 线 对 着 的 某 个 方 位 辐 射 能 量 特 别 大 五 声 明 本 实 验 室 在 撰 写 此 报 告 时, 实 验 室 人 员 共 调 研 了 近 3000 个 通 信 基 站 发 射 设 备 工 作 情 况, 走 访 了 很 多 地 区, 同 时 也 对 近 8000 个 通 信 基 站 进 行 了 相 关 测 试, 应 该 来 讲, 本 报 告 的 撰 写 是 比 较 严 谨, 也 做 了 大 量 的 工 作 但 是 不 排 除 我 们 的 工 作 存 在 疏 漏, 或 者 研 究 思 路 有 不 对 的 地 方, 或 者 说 上 述 计 算 还 存 在 错 误 的 地 方, 我 们 认 为 肯 定 还 有 其 它 更 为 准 确 的 计 算 方 法, 因 此 本 实 验 室 提 供 的 计 算 方 法 只 是 本 实 验 室 做 的 研 究 性 报 告 而 已, 没 有 任 何 权 威 性 或 代 表 性, 只 供 学 习 参 考 所 用, 任 何 单 位 或 个 人 不 得 将 此 报 告 用 于 商 业 或 任 何 其 它 用 途 7