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1、电磁辐射与防护研究实验室 http:/www.radiationhealth.org/ 电磁辐射与防护研究实验室 1 GSM 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） GSM 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 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 www.radiationhealth.org 电磁辐射与防护研究实验室 www.radiationhealth.org 电磁辐射与防护研究实验室 http:/www.radiationhealth.org/ 电磁辐射与防护研究实验室 2 一般
2、常常在室外只看到天线，和天线连在一起的天线馈线，那先将这张图做一个简单 的说明。 1) 基站设备：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：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
3、，辐射量也会较大。 3) 载频输出馈线：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：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
4、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：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：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峰值峰值 - 3dB点点 - 3dB点点 3dB 波束宽度波束宽度 天线水平方向波束图 电磁辐射与防护研究实验室 www.radiationhealth.org 电磁辐射与防护研究实验室 http:/www.radiati
5、onhealth.org/ 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 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
6、线增益和馈线损耗的计算 （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： 18/10 1063.0957344G = 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。
7、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点点 - 3dB点点 8 峰值峰值 电磁辐射与防护研究实验室 www.radiationhealth.org 电磁辐射与防护研究实验室 http:/www.radiationhealth.org
8、/ 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）GSM 900MHZ 等效辐射功率计算方法 （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 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： 40W 10 40 31.62277 1264.911 W P= = = (18-3)/10
9、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： 40 1040 10 2 40 31.62277 2529.822 W P=+ = = (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) GSM 1800MHZ 频段等效辐射功率计算方法 (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 4.5
10、dB。 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： 40 10 40 22.38721 895.4884 W P= = = (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： 40 1040 10 2 40 22.38721 1790.9769 W P=+ = = (18-4.
11、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 http:/www.radiationhealth.org/ 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。 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
12、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 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： 2 1 0 0 4 d PG P d = （6） 式中： Pd 功率密度 W/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） ； 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： 100 4 d P d P = （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； ii PPG = 其中，i 为输入到天线的馈线数
13、量。 Pd 功率密度W/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，Pd =8W/cm 2。 电磁辐射与防护研究实验室 http:/www.radiationhealth.org/ 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 GSM 900MHz 发射天线时，其安全距离： () 100 100 2529.822 50.17705 448 ii d PG d P = 米 （8） 若同方向有两幅 900MHz 发射天线时，其安全距离: () 100 100 (2529.822 2) 70.96107 448 ii d PG d P
14、= 米 （9） 则对于只有一副 GSM1800MHz 发射天线时，其安全距离： 超标区 d 垂直距离 H 安全区 安全区 安全区 水平距离 L 电磁辐射与防护研究实验室 www.radiationhealth.org 电磁辐射与防护研究实验室 http:/www.radiationhealth.org/ 电磁辐射与防护研究实验室 7 () 100 100 1790.9769 42.21873 448 ii d PG d P = 米 （10） 若同方向有两幅 1800MHz 发射天线时，其安全距离: () 100 100 1790.9769 2 59.7063 448 ii d PG d P =
15、 米 （11） 四、 关于“通信基站安全距离”的解释 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 10.3-1996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，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” 。 上述计算的“通信基站安全距离”是基于 10 多
