TD－SCDMA智能天線電磁環境測試方法研究*

劉潤杰，劉紅欣，申金媛

（鄭州大學信息工程學院，河南鄭州 450001）

0 引言

為了保證通話的質量，移動通信的基站建設十分密集，通常在市區中隔200～300 m就有一個基站。公眾在享受現代通信方便的同時，也逐漸意識到密集的移動通信基站產生的電磁輻射能量會對人體健康構成威脅，因此，對電磁輻射場強強度的測量已成為業界關注的一個重點。

在TD-SCDMA系統中，為了降低干擾和發射功率，采用了智能天線技術。在使用了智能天線技術的TD-SCDMA系統中，每個天線波束跟蹤一個用戶，當用戶移動時，波束的方向也隨著發生變化，因此，不存在一個固定的所謂“主瓣方向”，即電磁輻射的最大輻射方向［1］。在使用了智能天線的TD-SCDMA系統中，電磁輻射量最大的方向與用戶的瞬時分布是緊密相關的，這個特點就決定了智能天線電磁輻射的測量方法與傳統的天線有本質的區別。為了保證新建基站對人的影響符合環境評價要求，要通過合適的布點方案對TD-SCDMA基站的輻射進行準確地測量。文獻［2］提出了一種布點方法，但是由于智能天線的工作方式與傳統天線的工作方式不一樣，因此，它所提出的方法不能夠準確地反映TD-SCDMA基站附近電磁場強的分布情況，同時文獻［3］也沒有考慮通信量對場強強度的影響。

為了解決上述問題，本文通過智能天線與電磁環境測試方法的研究，提出了一種新的布點方案和測量方法，并通過對測量結果的分析，可以得知，TD-SCDMA基站附近的電磁輻射的輻射場強強度和場強的分布情況，對指導TD-SCDMA基站的電磁輻射環境影響評價，為管理部門提供理論與科學依據，具有現實的意義。

1 智能天線

智能天線的基本思想是在基站采用陣列天線自適應的形成多個波束，分別跟蹤共享同一個信道的用戶，并在接收時采用空域波束濾波抑制同信道干擾并將其分離;在下行發射時通過多波束形成使期望用戶接收的信號功率最大，而其他位置上非期望用戶所受到的干擾最小。TD-SCDMA基站的智能天線有2種工作模式:波束賦形模式和廣播模式。

2 電磁輻射評價標準

根據文獻［4］，為使公眾受到總照射劑量小于GB 8702—1988的規定值，單個項目的影響必須限制在GB 8702—1988限值的若干分之一。對于由環境保護部負責審批的大型項目可取GB 8702—1988中場強限值的1/2，或功率密度限值的1/2;其他項目則取場強限值的1/5，或功率密度限值的1/5作為評價標準。TD-SCDMA單個基站環境管理目標值選取GB 87022—1988中相應頻段功率密度的1/5作為評價標準，即以0．08 W/m2或電場強度5．367 V/m作為公眾照射導出限值。

3 TD-SCDMA智能天線測量

輻射功率是電磁輻射環境監測范圍所要考慮的主要因素。根據文獻［5］中規定，監測點一般布設在以發射天線為中心半徑為50 m的范圍內可能受到輻射的保護對象的位置。具體點位優先布設在公眾可以到達的距離天線最近處，也可根據不同目的選擇監測點位。

3．1 測量布點方案

移動通信基站的天線輻射具有水平和垂直2種方向特性［6］。全向天線對周圍環境的輻射是均勻的;定向天線水平輻射雖然有強度最大的主軸效應，但當3塊夾角為120°的智能天線同時工作時，信號就可以比較均勻地覆蓋天線周圍的用戶。智能天線輻射的能量主要集中在半功率角范圍以內，故在環境影響評價中，主要考慮在天線輻射半功率角以內的電磁輻射環境影響程度，因此，主瓣方向為布點的重點。

在實際測量時，要根據TD-SCDMA基站智能天線的安裝方向和下傾角確定測量點的分布。根據上述確定的該布點方案為:布點的中心點為經實地考察計算得出智能天線下傾角方向的距基站水平距離最近的點，保證該點沒有建筑物或樹木遮擋，反射或折射值達到最小。中心點確定之后，以中心點和天線作為一條直線，該直線作為主瓣方向。布點的主旨為，主瓣上的測量點分布多，而旁瓣或者副瓣上的測量點少。

3．2 測量點的位置

1）根據文獻［4］中規定，按間隔45°的8個方位為測量線;又由文獻［7］可知，TD-SCDMA系統使用的天線垂直方向半功率角為（7±1）°，水平方向半功率角為（65±6）°。所以，在扇形區中，每隔30°布一個點，在一個扇形區中的一條弧線上布5個點。

2）根據文獻［5］中規定，監測點一般布設在以發射天線為中心半徑50 m的范圍內，因此，在測量的主瓣方向上從10 m處開始等間隔的布設5個點。如圖1所示。

圖1 布點方案圖Fig 1 Layout scheme chart

3．3 測量方法

根據圖1所示的布點圖對TD—基站布點完成后，就可以選擇合適的測量方案進行測量。實際測量方案如下:

1）單個用戶與TD-SCDMA基站進行通信，分別測量各個測量點的電場強度。

2）2 個用戶同時與TD-SCDMA基站進行通信且這2個用戶在同一方向上，分別測量各個測量點的電場強度。

3）2 個用戶同時與TD-SCDMA基站進行通信且這2個用戶不在同一方向上，分別測量各個測量點的電場強度。

4）多個節點同時與TD-SCDMA基站進行通信且這些用戶分布不規律，分別測量各個測量點的電場強度。實際測量中，由于測量的布點數遠小于基站的通信容量，所以，第4種測量方案實施的意義不大，只完成前3種方案的測量。

3．4 測量結果

3種測量方案的測量結果見圖2～圖4，其主瓣方向電場強度值見圖5。

圖2 方案1結果Fig 2 Results of scheme 1

圖3 方案2結果Fig 3 Results of scheme 2

從圖2，圖3和圖4中可以看出:測量值都符合環境評價準則，且天線的能量主要集中在主瓣方向內，電磁場強輻射的強度隨著水平距離的增加而衰減，在近距離處衰減速度快，隨著距離的進一步增加，衰減速度變得越來越緩慢。

圖4 方案3結果Fig 4 Results of scheme 3

圖5 三種測量方案下主瓣方向電場強度值Fig 5 Field strength values of main lobe direction of three measurement solutions

從圖5中可以看出:當用戶增加時，由于電場強度的疊加，各點的電場強度值會增大，且用戶在同一方向時比不在同一方向時對電場強度的影響大。

4 結束語

本文在基于環境評價準則的基礎上，根據智能天線的工作原理與特性，提出了一種新的布點方案和測量方法，測量結果能準確地反映出TD-SCDMA基站附近電磁場強的分布，對指導TD-SCDMA基站的電磁輻射環境影響評價，為管理部門提供理論與科學依據，具有現實的意義。

［1］ 馬文華．TD-SCDMA基站電磁輻射監測與測試研究［J］．電信工程技術與標準化，2008（10）:75－78．

［2］ 陳園園．TD-SCDMA基站電磁輻射測量和預測方法研究［D］．鄭州:鄭州大學，2012．

［3］ 馬華興．TD-SCDMA智能天線電磁輻射計算方法分析［J］．工程與設計，2009（1）:24－26．

［4］ 張海鷗，潘 超，夏遠芬．移動通信基站電磁輻射時空分布及衰減特征［J］．電力環境保護，2009（8）:55－57．

［5］ 李 軍．TD-SCDMA基站電磁輻射環境影響分析［D］．天津:天津大學，2009．

［6］ 國家環境保護總局．移動通信基站電磁輻射環境監測方法［EB/OL］．［2007—07—31］．http:∥www．zhb．gov．cn/gkml/zj/wj/200910/t20091022_172470．htm．

［7］ HJ/T 10．3—1996輻射環境保護管理導則—電磁輻射環境影響評價方法與標準［S］．北京:中國環境科學出版社，1996．