基站電磁輻射測試及環(huán)境影響評估

祁 征，馬 娜（中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司，河南鄭州450007）

0 前言

隨著3G、4G大規(guī)模的建設(shè)，國內(nèi)基站數(shù)量與日俱增，電磁輻射伴隨著通信基站的發(fā)展，對人們的生活也造成了一定的影響。對基站天線是否有害人體健康這一問題，人們一直存有不同看法。移動通信一方面劇烈地改變著人類生活面貌，給人們的生活和生產(chǎn)帶來便利的同時，另一方面因其日益普及所造成的電磁輻射也給人類的身體健康帶來了一定的負(fù)面影響。關(guān)于移動通信基站的電磁輻射情況，它是否會影響到其附近生活工作的人們的身體健康的問題，逐漸成為產(chǎn)業(yè)界乃至整個社會所關(guān)心和討論的熱點話題。電磁波輻射被越來越多的人了解并感到恐懼，甚至在一些城市，已經(jīng)發(fā)生了居民區(qū)強(qiáng)烈要求拆除已設(shè)基站，砍斷饋線或者阻止再設(shè)新基站的現(xiàn)象。通信運營商在建設(shè)新的基站遇到各種各樣的阻礙，國內(nèi)不少地區(qū)不時有投訴問題發(fā)生。

為防止電磁輻射污染環(huán)境，保護(hù)公眾健康，國家環(huán)境保護(hù)局與衛(wèi)生部先后頒發(fā)了《公眾照射導(dǎo)出限值》（GB 8702-88）、《環(huán)境電磁波容許輻射強(qiáng)度分級標(biāo)準(zhǔn)》（GB 9175-88）2個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，新版將這2個標(biāo)準(zhǔn)整合為《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014），以此來限制電磁輻射可能超標(biāo)的問題。

根據(jù)電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)（HJ/T10.3-96），為使公眾受到的總照射劑量小于GB 8702-2014 的規(guī)定值，對單個項目的影響必須限制在GB 8702-2014限值的若干分之一。在評價時，對于由國家環(huán)境保護(hù)局負(fù)責(zé)審批的大型項目可取GB 8702-2014 中場強(qiáng)限值的1/或功率密度限值的1/2。其他項目可取場強(qiáng)限值的1/，或功率密度限值的1/5作為評價標(biāo)準(zhǔn)。因此，單個項目的評價標(biāo)準(zhǔn)為功率密度0.08 W/m2（折合為電場強(qiáng)度5.4 V/m）。

本文將以現(xiàn)場測量為主，理論分析和實驗研究為輔。通過大規(guī)模精細(xì)測試，了解一下現(xiàn)在各類不同制式的基站天線實際輻射情況，找出天線輻射與影響的一些規(guī)律。為此選擇了廣州、深圳、江門等3個城市的中國移動、中國聯(lián)通、中國電信不同類型、不同頻率、不同調(diào)制方式的數(shù)百個基站進(jìn)行了檢測。

1 基站電磁輻射測量及分析

筆者對深圳、廣州的基站進(jìn)行了測量，深圳、廣州城區(qū)的基站天線通常采用地面通信桿、美化樹、樓頂增高架或拉線塔、樓頂抱桿、樓頂美化天線等架設(shè)方式。

1.1 基站天線電磁輻射功率密度理論計算

電磁輻射測量均為天線遠(yuǎn)場區(qū)測量。

遠(yuǎn)場軸向功率密度計算公式為：

式中：

Pd——遠(yuǎn)場軸向功率密度值（W/m2）

P——饋入天線端口實際發(fā)射功率（W）

G——天線增益（倍數(shù)）

r——在天線軸向上，測量位置與天線的距離（m）

由此可以推算出功率密度與天線主射方向距離的關(guān)系：

其中Pd的單位為μW/cm2。

以宏基站為例：假設(shè)機(jī)頂發(fā)射功率為40 W，7/8’饋線長為55 m，有1 個合路器；基站天線增益為18 dBi，饋線和接頭損耗為3 dB。可以從理論上分別算出8 μW/cm2和40 μW/cm2對應(yīng)的距離。

根據(jù)常用饋線性能指標(biāo)，可以計算出1800M 系統(tǒng)55 m 長7/8’饋線的衰減為3 dBm。一般情況下，合路器衰減為0.3 dBm，接頭衰減為3 dBm。

則基站天線發(fā)射功率增益為：46-3-3-0.3+18=57.7（dBm）。換算成功率為588 W。

令Pd=8 μW/cm2帶入式（2），得d=24.19 m。令Pd=40 μW/cm2，帶人式（2）得d=10.8 m。

即距離天線25 m以外時，功率密度小于8 μW/cm2，距離天線11 m以外時，功率密度即小于40 μW/cm2。

1.2 地面通信桿

筆者對數(shù)十個通信桿、美化樹進(jìn)行了檢測，由現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)可以看出，測量的所有通信桿、鐵塔和美化樹的功率密度均在0.5 μW/cm2以下，最大的為0.430 5 μW/cm2，遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)限值40 μW/cm2。一般情況下，地面通信桿、鐵塔和美化樹位于路邊綠化帶，通常高度在30 m以上，距離地面較高，覆蓋范圍較廣，30 m以內(nèi)沒有聚居人群。這類天線不會對人體造成電磁輻射傷害。

以珠江公園北基站為例，該站塔架類型為通信桿，高約30 m，測量人員手持儀表，分別在距離通信桿5～40 m處每隔5 m測量一次，測量結(jié)果如表1所示，功率密度和場強(qiáng)值遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)限值。

表1 珠江公園北基站測量數(shù)據(jù)

1.3 樓頂增高架、抱桿及美化天線

1.3.1 水平方向電磁輻射檢測及分析

通過檢測結(jié)果可以看出，基站發(fā)射的電磁波在地面上有一個最大值點，功率密度的最大值點和天線的高差、距離、天線參數(shù)等有關(guān)，以最大值點為原點，遠(yuǎn)離原點方向，不論距天線的距離是增加還是減少，電磁波功率密度都在衰減。

以廣州市金穗路基站為例，監(jiān)測點距離天線高差為9 m，沿天線主射方向，水平距離從5 m到30 m每隔5 m測量一次。測量結(jié)果如表2所示。

從表2 中可以看出，測量的功率密度和場強(qiáng)值在測量點距天線水平距離為20 m時達(dá)到最大值，其他測量值都隨著遠(yuǎn)離20 m點而減小。

表2 金穗基站測量值

1.3.2 垂直方向電磁輻射檢測及分析

以深圳市布吉坂億源通工業(yè)園基站為例，監(jiān)測點距離天線水平距離為20 m，在天線主射方向，監(jiān)測點與天線高差從4 m到28 m每隔4 m測量一次。測量結(jié)果如表3所示。

表3 布吉坂億源通工業(yè)園基站測量值

從測量結(jié)果可以看出，監(jiān)測點距離天線高差最小時，功率密度測量值最大，隨著監(jiān)測點與天線高差的增大，測量值急劇減小。功率密度隨高度變化很快，當(dāng)測量高度未達(dá)到天線主射方向時，功率密度測量值很小，不同高度變化也不大，當(dāng)測量點進(jìn)入天線主射方向時，測量值急劇增大。

2 基站電磁輻射量超標(biāo)原因分析

2.1 電磁輻射超標(biāo)基站統(tǒng)計

不同測量值的基站數(shù)統(tǒng)計如表4所示。

表4 不同測量值的基站數(shù)統(tǒng)計

國標(biāo)《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》（GB 8702-2014）中規(guī)定：公眾照射：在一天24 h內(nèi)，環(huán)境電磁輻射場的參數(shù)在任意連續(xù)6 min內(nèi)的方均根值應(yīng)滿足表5要求。

表5 公眾照射要求

由此可見，功率密度超過40 μW/cm2（0.4 W/m2）時為超標(biāo)，從抽測的基站來看，廣州和深圳2地基站電磁輻射超標(biāo)數(shù)為4個，超標(biāo)率為1.1%。

根據(jù)《電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 10.3-96）為使公眾受到的總照射劑量小于GB 8702-2014 的規(guī)定值，對單個項目的影響必須限制在GB 8702-2014 限值的若干分之一。在評價時，對于由國家環(huán)境保護(hù)局負(fù)責(zé)審批的大型項目可取GB 8702-2014中場強(qiáng)限值的1/，或功率密度限值的1/2。其他項目可取場強(qiáng)限值的1/，或功率密度限值的1/5作為評價標(biāo)準(zhǔn)。因此，通信基站的單個項目的評價標(biāo)準(zhǔn)為功率密度8 μW/cm2。由此標(biāo)準(zhǔn)，廣州和深圳2 地抽測的基站超標(biāo)數(shù)將達(dá)到34個，占總站數(shù)的12.3%。

2.2 電磁輻射超標(biāo)測量點統(tǒng)計

廣州共測量基站241個，按環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)超過8 μW/cm2的超標(biāo)站82個，82個站的超標(biāo)點位統(tǒng)計如表6所示。

表6 不同高差區(qū)間超標(biāo)點位數(shù)統(tǒng)計

根據(jù)以上分析，廣州市電磁輻射超標(biāo)點位與天線之間的高差均在22 m 以下，其中10 m 以下的占了98%。

深圳市共測量基站117個，按環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)超過8 μW/cm2的超標(biāo)站14個。

測量點與天線間的不同仰角區(qū)間超標(biāo)點位數(shù)如表7所示。

表7 不同仰角區(qū)間點位數(shù)

由以上表格可統(tǒng)計出測量點與天線間的不同高差區(qū)間點位數(shù)（見表8）。

表8 不同高差區(qū)間點位數(shù)

根據(jù)以上分析，深圳市電磁輻射超標(biāo)點位與天線之間的仰角均在30°以下，其中20°以下的占了93%，高差均在15 m以下，其中10 m以下的占了90%。

江門市是用選頻儀表測量的城市，共測量22 站，單個項目超過8 μW/cm2的站數(shù)有5 個，超標(biāo)率占了22.7%。

2.3 電磁輻射超標(biāo)原因分析

由于《電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 10.3-96）中規(guī)定對于單個通信基站的評價標(biāo)準(zhǔn)為功率密度8 μW/cm2，通過對以上統(tǒng)計的廣州、深圳兩地的超標(biāo)站點分析，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)超過8 μW/cm2的監(jiān)測點周邊都有不止一個基站，比如既有中國聯(lián)通、中國電信，也有中國移動的天線，所以用寬帶高頻場強(qiáng)測量儀測出的功率密度包含了3 家運營商的輻射值，并不是單個項目的輻射值。

從圖1可見，有多個天線正對監(jiān)測點，測量信號存在多個天線功率密度疊加的情況，因此測量信號很容易超標(biāo)。

圖1 測試現(xiàn)場

從選頻儀表測量結(jié)果來看，江門市共測量22 個站，單個頻段超過8 μW/cm2的站數(shù)有5個，超標(biāo)率占了22.7%。從測量數(shù)據(jù)來看，全部是900 MHz 的頻段超標(biāo)，從常用饋線性能指標(biāo)來看，900M 系統(tǒng)饋線100 m插損比1800M 系統(tǒng)小1.71 dB，即當(dāng)900M 和1800M 系統(tǒng)有同樣的發(fā)射功率，相同長度的饋線時，900M 比1800M 系統(tǒng)的天線等效輻射功率大1.48 倍。這也是900M系統(tǒng)比其他系統(tǒng)天線更容易超標(biāo)的一個原因。

3 結(jié)論

地面塔類型基站一般都在郊區(qū)或近郊，高度一般在50 m 左右。由于天線位置比較高，發(fā)射距離比較遠(yuǎn)，所以地面的輻射強(qiáng)度很小。

地面通信桿、美化樹與鐵塔站類似，通常位于路邊綠化帶，高度在30 m以上，距離地面較高，覆蓋范圍較廣，20 m以內(nèi)沒有聚居人群。這時天線不會對人體造成電磁輻射傷害。

對于單一系統(tǒng)，測試數(shù)據(jù)表明，無超標(biāo)的基站。

當(dāng)一個建筑物有多家運營商基站時，可能存在2家或3 家運營商對同一個方向都有信號覆蓋要求，因此這個方向的測量值就是幾個發(fā)射功率的疊加，很容易出現(xiàn)超標(biāo)的情況。因此在市區(qū)建筑物密集區(qū)，盡可能避免在同一個建筑物上有多家運營商基站的情況存在，如果存在這類情況應(yīng)使不同系統(tǒng)的天線方向錯開，形成單一系統(tǒng)的模式，避免出現(xiàn)超標(biāo)的情況。

用寬帶高頻場強(qiáng)測量儀測出的功率密度包含了3家運營商的輻射值，并不是單個項目的輻射值，所以應(yīng)按國標(biāo)40 μW/cm2標(biāo)準(zhǔn)限值評估基站電磁輻射是否超標(biāo)。

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