随着移动通信的快速发展, 为了提高移动通信的通话质量和话务容量, 城市内的移动通信基站分布越来越密集, 在城区网络覆盖率已达到或超过99%, 电磁辐射的水平也就相应地不断增强。于是社会上形成了这样一种矛盾:一方面使用者希望移动通信基站越多越好, 以保证自己的通话质量; 而另一方面, 由于很多基站因为规划布局需要而建于人口密集的城市中心区域, 有些需要安装在住宅楼顶, 而电磁辐射是一种看不见、摸不着、闻不到的能量流, 人们容易产生恐惧感, 担心会影响健康, 于是阻挠基站建设。居民对基站的投诉已成为环保投诉的热点之一。因此, 有必要对大量存在的GSM移动通信基站(以下简称基站)的电磁辐射特性进行分析和研究。

1 GSM基站电磁辐射的空间分布

基站天线向外发射的空间电磁辐射强度主要由发射功率、天线增益、与天线的距离、与天线的相对高度等因素决定。图 1是典型定向天线增益方向性模拟三维图, 由图中可看出天线向外辐射的能量主要集中在垂直于天线面板轴向一个较小的角度内, 天线下方接收到的辐射能量较少。

根据《辐射环境保护管理导则———电磁辐射环境影响评价方法与标准》(HJ/T10.3— 1996)、相关文章^[1]所提供的基站预测模式和表 1所列典型GSM基站的技术参数, 可得到它的电磁辐射空间分布情况, 图 2是二维轴向平面分布图, 图 3是高差为3m时的三维分布图, 图 4是对基站(与预测基的技术参数不同)的实测结果。由图 2、图 4可知, 在发射功率、天线确定后, 与天线的高度差越大, 电磁辐射水平越小; 与天线距离较近的区域, 此时主要受天线旁瓣和零点的影响, 基站电磁辐射水平分布呈波浪状, 随着距离的增大, 起主要作用的是天线主瓣与距离, 基站电磁辐射水平呈不断减弱的趋势。由图 3可知, 与天线纵轴的夹角越大, 基站电磁辐射水平越小。

2 GSM基站电磁辐射的时间分布

基站电磁辐射水平在一天24h的变化是与基站的话务量直接相关的。利用EMR300综合场强仪进行24h测量, 每秒1个数据, 为便于观察, 作图时取5min均值。测量的同时向移动公司获取相应时段的话务量记录, 话务量为小时均值统计值。测量结果见图 5, 由图中可看出基站24h电磁辐射水平变化趋势与话务量的变化趋势是基本一致的, 主要分为两部分:繁忙时段和空闲时段, 繁忙时段的电磁辐射水平较强, 空闲时段电磁辐射水平较弱; 基站电磁辐射水平高峰时间段是8:00 ~ 24:00, 这与广东地区居民的作息时间基本一致。

3 GSM基站电磁辐射与容量的关系

基站经常会遇到在不增加天线而只增加载波数是否会增强基站的电磁辐射水平的扩容问题。从此点出发, 在不同测量高度(离地2.8m和7m)对单载波和双载波的同一基站别进行了实际测量, 测量结果见图 6。由图 6可知, 不同测量高度的结果均显示单载波、双载波的测量结果基本一致, 这说明增加载波数并不会增加基站的电磁辐射水平, 这主要是与基站系统内的合路器损耗有关。

4 结论

通过上述分析, 要得到以下结论:

(1) 在发射功率、天线确定后, 与天线的高度差越大, 电磁辐射水平越小; 与天线纵轴的夹角越大, 基站电磁辐射水平越小。

(2) 基站24小时电磁辐射水平变化趋势与话务量的变化趋势是基本一致的, 繁忙时段的电磁辐射水平较强, 空闲时段电磁辐射水平较弱。

(3) 增加载波数不会增加基站的电磁辐射水平。

(4) 通过对GSM基站电磁辐射的规律性研究, 可为基站的环境保护管理与决策提供技术依据。