南通市移动通信基站电磁辐射时空分布特征

姚颖，武攀峰，陆炜

( 南通市环境监测中心站，江苏 南通 226001)

南通市移动通信基站电磁辐射时空分布特征

姚颖，武攀峰*，陆炜

( 南通市环境监测中心站，江苏 南通 226001)

为了解南通市移动通信基站电磁辐射时空分布特征，随机实测504座典型基站，着重从水平和垂直方向50 m范围内开展监测，并选取典型基站开展24 h连续监测。结果表明，南通市移动通信基站电磁辐射水平满足《电磁环境控制限值》(GB 8702—2014)中公众曝露控制限值要求；基站电磁辐射水平分布随距离增大呈现先增加后逐渐减小的趋势，地面最大投射点的距离基本为20～30 m；垂直方向最大监测值出现在与天线高度相近的楼层；24 h基站电场强度随时间呈明显变化，与话务量和数据流量分别进行相关性分析，相关系数为0.968 3和0.709 8，说明目前话务量仍是电磁辐射强度的重要影响因素。

移动通信基站；电磁辐射；水平方向；垂直方向；24 h变化规律；南通

近年来，我国移动通信事业呈现爆发式增长，2015年3月，中国移动电话用户总数达12.9亿，4G用户达1.6亿[1]，移动通信基站(下称“基站”)的建设密度也随之迅速增加。

《南通市辐射环境质量报告书(2014年度) 》表明，截至2014年底南通市共建基站7 479个，以南通市辖面积按8 000 km2计算，平均每km2就覆盖1个基站。

一方面，移动通讯已成为生活必需，人们对移动信号通讯要求高；另一方面，由于担心电磁辐射影响危害，基站建设受阻严重。现于2015年2月6—7日随机选取南通市504座典型基站进行布点监测与分析，研究基站周围50 m范围内电磁辐射时空分布情况，以使公众了解南通地区基站电磁辐射影响及分布特征，并为移动基站布局规划及建设提供数据支撑。

1 研究方法

1.1 研究对象

根据南通市移动通信基站的实际建设情况，以市区、县城为主，兼顾乡镇地区，涵盖南通市3个区、四个县级市和2个县共9个行政区。随机选取504个典型基站进行现场实测，涉及具有代表性的楼顶抱杆等9种不同类型的基站，所测基站均为定向天线，有单一站，也有共址站，发射频率涵盖目前电信、移动、联通所有2 G、3 G网络 (基站功率为15～20 W/扇区，天线高度为9～80 m，天线增益为12～18 dBi，垂直半功率角为7～14°，水平半功率角为65～90°)。

1.2 测试仪器及方法

测试仪器采用德国Narda公司生产的非选频式NBM-550电磁分析仪，选用8号探头，量程0.01～800 V/m，响应频率100 kHz～3 GHz。测试方法严格按照《移动通信基站电磁辐射环境监测方法(试行)》(环发[2007]114号)。

1.3 点位布设

点位布设在天线主瓣方向上，天线投影地面(楼底或塔底)距离50 m范围内，测量时段选在话务量较高的08：00—20：00(24 h连续测量除外)。

1.4 数据统计与分析

现场测试共获取数据6 386个，采用IBM SPSS22.0软件进行统计及相关性分析。按下式计算电磁辐射功率密度。

S=E2/Z

式中：S——功率密度，W/m2；

E——电场强度，V/m；

Z——自由空间的阻抗，取值377。

2 结果与讨论

2.1 基站周围水平方向电磁辐射分布特征

抽测504座基站，结果表明，地面水平50 m范围内电磁辐射最大功率密度值为0.045 W/m2，符合文献[2]中公众曝露控制限值，见表1。

表1 基站周围功率密度测试结果统计 10-2 W/m2

续表

从地面水平分布变化来看，由于基站板状天线只能向一定角度范围辐射，在楼下近距离处形成辐射阴影，天线辐射能量不能直达阴影处，该处的功率密度为电磁环境本底值；之后受天线挂设高度及下倾角等影响，监测点位从近距离逐渐进入天线主瓣影响区域，功率密度出现最大值，当监测点位逐渐远离主瓣影响区域时，功率密度随距离增大而减小。

由此分析得出，基站电磁辐射功率密度值随距离增大基本呈现先增加后逐渐减小的趋势，这与文献[3-7]结论基本一致，且地面最大值距离基站基本为20～30 m，天线架设类型不同，分布特征有一定差异。

2.2 基站周围垂直方向电磁辐射分布特征

选取“长江一号”作为典型基站，该基站的技术参数见表2。

对该基站地面水平距离38 m处的一幢25层建筑物进行逐层布点监测，每层选取阳台、窗口等处监测，监测结果见图1。

表2 “长江一号”基站技术参数

图1 典型基站电磁辐射垂直方向变化趋势

由图1可见，功率密度值在15 m(5层)以下<0.003 5 W/m2，基本处于本底水平，之后随着楼层的升高，呈现平稳上升趋势，在27 m(9层)处达到最大值0.02 W/m2，随后逐渐降低，从33 m(13层)至顶层一直趋于稳定。由表2可见，该典型基站天线高度为30 m，天线俯角为5°，垂直半功率角为7°，天线下倾角较小。基站电磁辐射垂直分布最大功率密度值出现在与天线高度相近的楼层，之后随着楼层的下降或升高，监测值都呈下降趋势，并于背景值一致。

如果基站架设在楼顶边缘女儿墙上，存在一定下倾角并且水平保护距离不能满足要求的状况下，对主瓣方向上邻近高度相近楼层的住户或者楼顶人员可达处，可能存在电磁辐射超标。针对这样的情况，可以通过增加基站的架设高度、改变主瓣方向、调整下倾角、加强楼顶管理等途径确保电磁辐射环境满足标准要求。

2.3 典型基站24 h内电磁辐射分析

选取“标二基站”作为典型基站连续24 h监测，并对监测结果进行评价，基站参数见表3。

表3 典型基站基本参数

该基站发射功率为20 W，频率为900 MHz，测点位于天线主瓣方向，距离基站15 m处。24 h监测结果见图2。基站电场强度随时间呈明显变化，01：00—07：00电磁辐射功率密度呈现谷值，最低值约1.55 V/m，08：00后逐渐增大，峰值出现在18：00，最大值为1.89 V/m，22：00以后又呈现明显下降趋势，这与大部分南通居民作息时间一致。

图2 2015年2月6—7日基站电场强度的日变化

文献[7]表明，话务量是影响电磁辐射强度的重要因素。随着智能手机的普及，数据流量也逐渐成为移动通信基站的主要业务统计单位。选取监测24 h内的话务量和数据流量进行统计分析，结果见图3(a)(b)。

图3 2015年2月6—7日话务量、数据流量日变化

由图3可见，话务量的谷值在01：00—08：00，峰值出现在20：00；数据流量谷值出现在06：00，峰值出现在21：00。

对电磁辐射功率密度与话务量和数据流量分别进行相关性分析表明，相关系数分别为0.968 3和0.709 8，说明目前南通地区话务量仍是电磁辐射强度的重要影响因素，这与很多学者的研究结果是一致的。

随着“宽带中国”战略[8]的稳步推进以及4G业务的广泛普及，单个终端设备的信息传输量将大幅增加，移动通信数据流量将逐渐成为核心动力，移动互联网数据流量的高速增长将会是必然趋势。

3 结论

(1) 南通市移动通信基站电磁辐射水平符合《电磁环境控制限值》(GB 8702—2014)中公众曝露控制限值的要求。地面电磁辐射分布随距离增大呈现先增加后逐渐减小的趋势。基站水平方向对环境主要影响范围为天线主瓣方向， 受天线挂设高度及下倾角等影响，地面最大值距离基站为20～30 m；

(2) 垂直方向上基站电磁辐射影响范围在天线主瓣方向的正对处，电磁辐射最大值出现在与天线高度最接近的楼层。针对基站架设在楼顶边缘女儿墙的情况，在水平距离不能满足的情况下，通过增加基站的架设高度、改变主瓣方向、调整下倾角等途径确保电磁辐射水平满足要求；

(3) 典型基站24 h内，话务量谷值为 01：00—08：00，峰值出现在20：00，数据流量谷值出现在06：00，峰值出现在21：00。电磁辐射功率密度与话务量和数据流量的相关系数分别为0.968 3和0.709 8。话务量仍是目前南通地区电磁辐射的主要影响因素，随着“宽带中国”战略的稳步推进以及4G业务的广泛普及，移动通信数据流量将成为主导因素。

[1] 199IT.工信部：2015年3月中国移动电话用户总数为12.9亿，4G用户达1.6亿.[2015-04-29]http：//news.zj.com/detail/2015/04/29/1575256.html.

[2] 环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.电磁环境控制限值：GB 8702—2014 [S].北京：中国标准出版社，2014.

[3] 陆炜，姚颖，武攀峰.楼顶式移动基站电磁辐射污染调查[J].环境监控与预警，2016，8(4)：54-57.

[4] 赵一亮，梅雯，秦勤.通讯基站环境电磁辐射监管平台设计及运用[J].环境监控与预警，2016，8(1)：68-70.

[5] 张海鸥，潘超，夏远芬，等.移动通信基站电磁辐射时空分布及衰减特征[J].电力环境保护，2009，25(4)：55-57.

[6] 王淑娟.移动通信基站电磁辐射在环境中的分布研究[D].湖北：华中农业大学，2010.

[7] 张邦俊，张莉，翟国庆，等.移动基站近距离区域电磁辐射污染分布特征[J].中国环境科学，2002，22(6)：565-568.

[8] 国务院办公厅.国务院关于印发“宽带中国”战略及实施方案的通知，国发[2013]31号[EB].(2013-8-1)[2013-8-17]. http：//www.gov.cn/zwgk/2013-08/17/content_2468348.htm.

The Spatial and Temporal Distribution Features of Mobile Communication Base Stationsin Nantong

YAO Ying，WU Pan-feng*，LU Wei

(NantongEnvironmentalMonitoringCenter，Nantong，Jiangsu226001，China)

To study the spatial and temporal distribution features of mobile communication base stations in Nantong， 504 typical base stations were monitored randomly within the scope of 50 meters horizontally and vertically. Some of them were selected for 24-hour monitoring. The research showed the intensity of electromagnetic radiation of mobile communication base stations in Nantong met the standard of GB 8702—2014 in terms of public exposure. Its horizontal distribution also had a tendency of increase followed by a decrease with the progress of space. The projection points with maximum intensity were normally 20 to 30 meters far away from the base station horizontally. The vertical maximum intensity was detected at the parallel floors to the antenna. The electric filed intensity of the 24-hour-monitored base stations varied obviously with time. After correlation analysis with respect to telephone traffic and data traffic， the correlation coefficients were 0.968 3 and 0.709 8 respectively， which indicated the former factor was still an important one that affected the electromagnetic radiation intensity.

Mobile communication base station；Electromagnetic radiation；Horizontal direction；Vertical direction；24-hour variation pattern；Nantong

2016-02-29；

2016-08-20

江苏省环保科研基金资助项目(2014030)；南通市科技计划-社会事业科技创新与示范基金资助项目(HS2014022)；南通市“226工程”培养对象科研基金资助项目(2013007)

姚颖(1982—)，女，工程师，本科，从事环境监测与污染防治工作。

*通讯作者：武攀峰 E-mail： wuda81@163.com

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B

1674-6732(2016)06-0052-05