基站安全距离

电磁辐射与防护研究实验室电磁辐射与防护研究实验室1GSM通信基站安全距离计算方法（电磁辐射与防护研究实验室撰写）一、通信基站设备和天线的连接关系电磁辐射与防护研究实验室电磁辐射与防护研究实验室2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10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3dB，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3dB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3dB，1800MHz的损耗为4.5dB，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18dB，换算成放大倍数为63倍。65°峰值-3dB点-3dB点3dB波束宽度天线水平方向波束图电磁辐射与防护研究实验室电磁辐射与防护研究实验室3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3dB，1800MHz为4.5dB。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18dBi，换算成放大的倍数为：18/101063.0957344G==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6.9dB、1800MHz频段每百米衰减10.1dB；7/8硬馈线在900MHz频段每百米衰减3.8dB、1800MHz频段每百米衰减5.6dB。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3dB，GSM1800MHz基站的馈线和接头损耗共为4.5dB。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3dB左右,对于1800MHz，天线垂直方向波束图-3dB点-3dB点8°峰值电磁辐射与防护研究实验室电磁辐射与防护研究实验室4微波在这一段的衰减有4.5dB左右。（2）GSM900MHZ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3dB，而天线的增益为18dB，那么最后总的增益为18-3=15dB。则单根天线馈线输入到天线发射时，其等效辐射功率为：40W104031.622771264.911WP=×=×=(18-3)/10一副天线只有单根天线馈线输入时等效辐射功率（2）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：4010401024031.622772529.822WP=×+×=××=(18-3)/10(18-3)/10一副天线有两根天线馈线输入时等效辐射功率（3）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。(3)GSM1800MHZ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4.5dB。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4.5dB，而天线的增益为18dB，那么最后总的增益为18-4.5=13.5dB。则单根天线馈线输入到天线发射其等效辐射功率为：40104022.38721895.4884WP=×=×=(18-4.5)/10一副天线只有单根天线馈线输入时等效辐射功率（4）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：4010401024022.387211790.9769WP=×+×=××=(18-4.5)/10(18-4.5)/10一副天线有两根天线馈线输入时等效辐射功率（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。电磁辐射与防护研究实验室电磁辐射与防护研究实验室5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/T10.2-1996）中远场轴向功率密度的计算公式：21004dPGPdπ×=（6）式中：Pd—功率密度μW/cm2；；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）；d—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：1004dPdPπ∑=（7）式中：d—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；iiPPG∑=∑其中，i为输入到天线的馈线数量。Pd—功率密度μW/cm2，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，Pd=8μW/cm2。电磁辐射与防护研究实验室电磁辐射与防护研究实验室6基站水平、垂直安全距离示意图则对于只有一副GSM900MHz发射天线时，其安全距离：()1001002529.82250.17705448iidPGdPππ×××===×∑米（8）若同方向有两幅900MHz发射天线时，其安全距离:()100100(2529.8222)70.96107448iidPGdPππ××××===×∑米（9）则对于只有一副GSM1800MHz发射天线时，其安全距离：()1001001790.976942.21873448iidPGdPππ×××===×∑米（10）若同方向有两幅1800MHz发射天线时，其安全距离:()1001001790.9769259.7063448iidPGdPππ××××===×∑米（11）超标区d垂直距离H安全区安全区安全区水平距离L天线电磁辐射与防护研究实验室电磁辐射与防护研究实验室7四、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/T10.3-1996》进行计算的。上述计算的“通信基站安全距离”是基于10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。电磁辐射与防护研究实验室