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通信基站美化天线周围电磁辐射水平分析及污染防治措施

2015-09-11 14:03:53来源:论文网浏览:评论:0

  本文对常见的七种类型的美化天线进行了简单的介绍,并对21个位于各种环境敏感功能区域内的美化基站周围电磁辐射水平进行了现场监测,还对一个常用于各种环境敏感功能区的方柱型美化天线的典型基站周围的电磁辐射分布特点进行了详细分析。监测结果表明,各种美化基站周围50m范围公众可到达区域内,功率密度随着与天线距离的增加而减小,但均低于《电磁环境控制限值》(GB8702-2014)规定的公众曝露限值0.4 W/m2(40μW/cm2)。此外,本文还探讨了使用美化天线的利与弊,美化天线的使用原则,并针对存在的弊端提出了相应的污染防治措施,旨在强化美化天线电磁辐射环境管理,保障公众健康与安全。

  前言

  近年来,随着移动通信业的迅猛发展,移动用户数量飞速增长,通信基站的建设数量逐年增加。从城市的高层办公写字楼到普通的小区住宅楼,移动通信发射天线随处可见。通信基站的天线是电磁波向周围环境发射窗口,同时也是环境电磁辐射的源头,引发潜在的电磁辐射污染问题。裸露的基站天线常常与周边环境格格不入,影响城市景观,更有可能引发公众对通信基站电磁辐射的过度心理恐惧和担忧,最终导致居民对基站运营商投诉的激增。因而,城市景观问题与公众担忧已经成为了通信基站建设运行过程中两个敏感议题。为了解决这两大问题,美化天线应运而生,并逐步受到广泛应用。

  美化天线也称为“伪装天线”,即在不影响天线正常功能的情况下,采用损耗小、反射少的非金属材料对天线本身的外表进行装饰,或是在天线外部加装美化罩,使天线与楼宇及周边环境相和谐,进而达到美化的目的[1]。美化天线的应用在一定程度上还减少了公众对基站电磁辐射的心理恐惧和抵触情绪,减少了公众与基站运营商之间的纠纷,为社会和谐做出了贡献。然而,由于缺乏对美化天线的电磁辐射水平的系统分析研究,天线的美化并不能从根本上消除公众对基站电磁辐射污染的担忧,仍有不少居民对美化后的基站进行投诉。此外,美化天线的隐蔽性及多样性也增加了辐射环境监管的难度,若监管不善,可能会加剧基站对周边环境的电磁辐射污染。本文通过对各种典型环境敏感区域内不同类型的美化天线类型周围的电磁辐射水平进行监测分析,以揭示不同类型美化天线周围电磁辐射水平,并在此基础上提出美化天线周围电磁辐射污染防治措施及管理措施。

  1 常见美化天线的介绍

  常见的美化天线一般采用外罩罩住天线 ,根据外罩的外形特点可以将美化天线分成以下几种[2]:

  (1)方(圆)柱型

  一般可做成方柱型或圆柱型立在楼顶天面的面源或者楼梯堡的天面上,高度约为2~4m,外观的颜色与楼面颜色相似。该类型的美化天线也是目前实际应用最广泛的一种。

  (2)排气管型

  排气管型美化天线,多应用于高层居民小区或商业区楼房天面之上,外观颜色以白色为主,结构与尺寸与真实的排气管一致,一般高度为高出天面2m。

  (3)变色龙型

  为了符合楼房外墙装饰颜色,外表跟外墙的颜色、花纹一致。可以根据天线的实际尺寸和数量做成需要的造型,如半圆形、方形及椭圆形等,既能满足通信信号覆盖,又不影响城市建筑的景观。

  (4)空调机型

  空调机型美化天线一般根据安装天线的尺寸及数量,可以选择做成4匹或6匹的室外空调机外型,主要应用于人群比较密集的居民生活小区内或者是商业区。由于空调机型天线的高度有限(一般不超过5m),为了达到尽可能大的覆盖范围,一般安装在信号覆盖区域内的最高楼层天面或者挂在外墙上。

  (5)灯杆型

  灯杆型美化天线适用于商业区、交通道路两旁,立于街边的高度一般为6~25m,可用于街道的信号覆盖;放在楼顶的天面上的高度一般为6~10m,可以用于普通的住宅小区或商业区环境中。

  (6)水箱型

  一般常见于旧城区普通居民楼上或者乡村,可做成高达6m的水箱型,馈线用PVC管包装入水箱中,从外部看像水管,与居民放置在屋顶的太阳能水箱相似。

  (7)美化树型

  一般用于风景区、公园、居民区的花园或周边的山上以及厂房较多的工业园区或者新开发区的路边绿化带等等。外表看上去像一棵树,隐藏在绿色植物当中,可以根据周围的环境做成合适的高度。可以和周围的风景形成一致,既不破风景又能达到有效的信号覆盖。

  2 电磁辐射环境质量标准

  根据我国的国家标准《电磁环境控制限值》(GB8702-2014)[3]中的表1规定,频率在30~3000MHz之间,公众曝露限值为:电场强度12V/m,功率密度0.4W/m2(40μW/cm2)。《辐射环境保护管理导则―电磁环境影响评价与方法》(HJ10.3-1996)对单个项目的影响必须控制在GB8702-1998(GB8702-2014《磁环境控制限值》自2015年1月1日起实施后替代GB8702-88)限值的若干分之一[4])。因此单个基站的管理目标值选取GB8702-2014《电磁环境控制限值》中相应频段功率密度限值的1/5,即0.08 W/m2(8μW/cm2)。

  3 移动基站美化天线周围电磁辐射水平实测

  3.1 监测方法

  3.1.1 监测布点

  本研究选取广东省内位于各种典型环境敏感区域内7种不同类型的美化基站21个(具体见表1),对基站美化天线周围的电磁辐射水平进行现场测量。依据《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》(试行)(环发[2007]114号)[5]规定进行监测布点,基站电磁辐射水平监测点位优先布设在公众可以到达距离天线的最近处,原则上设在天线主瓣方向内。防护区内如有敏感目标,则通过巡测找出辐射水平较高的测点,如无敏感目标,则在天线前方50m内选取代表向监测点。对于发射天线架设在楼顶的基站,在楼顶公众可活动范围内布设监测点位。点位选择应设法避免或尽量减少周围偶发的其他辐射源干扰。   3.1.2 监测时间、频次及环境条件

  移动通信的电磁辐射与基站发射功率、天线增益、频率以及话务量密切相关。话务量指在特定时间段内呼叫次数与每次呼叫平均占用时间的乘积,通常随着话务量的升高,基站实际发射功率会增大,因而产生的电磁辐射也会有所增强[6]。故监测时间为移动通信基站正常工作时话务量的高峰时间段,即一天内的8:00~20: 00。监测在无雪、无雨、无雾、无冰雹的天气条件下进行,同时记录下现场环境温度和相对湿度。

  每个监测点位应进行连续5次电场强度测定,每次测量时间不少于15s,并读取稳定状态下的最大值。

  3.1.3 监测仪器

  现场监测采用仪器为德国Narda公司生产的EMR-300型综合场强仪,该仪器配备18C型探头。仪器响应频率为100kHz~3GHz,量程为0.20~400V/m,检测限为0.20V/m。

  3.1.4 测量频段与数据处理

  测量选取的美化基站为中国电信CDMA2000,发射频段为870-880MHz。CDMA基站天线的辐射近场与远场的界限大约是8 m,测量选取的美化基站周围公众可达到范围属于电磁辐射的远场,在远场中功率密度与电场强度的关系式为:Pd=E2/377,因此在远场中,通过电场强度的测量即可求得功率密度。

  3.2 结果与分析

  3.2.1不同类型美化天线周围电磁辐射水平

  基站的电磁辐射水平不仅会受到周围地理、环境条件的影响,还可能与天线的形式结构有关。为此,本研究对21个位于典型环境功能区内(包括居住、医疗卫生、文化教育、科研、行政办公区等)不同类型的美化基站周围电磁辐射电场强度进行测量,并重点关注以发射天线为中心、半径50m范围内可能受到影响的居民和人群,结果见表1。监测结果表明,位于不同环境敏感区域内7种常见美化天线基站正常运行时,周边50m范围内可到达区域环境功率密度在0.01~7.17μW/cm2之间,低于《电磁环境控制限值》中规定的30~3000 MHz频率范围内公众曝露限值0.4W/m2(40μW/cm2)。同时也满足单个移动通信基站运行对周围电磁辐射环境影的管理限值0.08W/m2(8μW/cm2)。测量所选择的7种类型美化天线有6中常用于公众关注的居民区,测量结果表明其周围50m范围内公众可到达范围满足文献[3]中规定的公众曝露限值。

  3.2.2 典型美化基站周围电磁辐射水平分析

  方柱型美化天线因其外部美化罩可以装饰成墙体的颜色而与周围景观形成一致,在美化基站中得到广泛的应用,常用于各种环境敏感功能区域如:居住、文化教育、医疗卫生区、行政办公区、科研区等。为了进一步探究美化基站周围电磁场的分布特性,本研究选取位于河源市东源县滨江花园10层居民楼天面的方柱型美化基站作为典型基站。对该基站周围50m范围内公众可到达区域进行了详细测测量,采用巡测的方式,找到公众活动区域内电磁辐射最大点位,14个监测位点的分布如图1所示。该基站周围电磁辐射环境监测结果见表2。

  从图1中可以看出监测点位覆盖了公众可到达的离天线最近、高差最小的区域。表2中美化天线周围电磁环境辐射监测结果看以看出该基站周围50m范围内电磁环境辐射功率密度范围为0.01~5.25μW/cm2,其中功率密度最大点位出现在天线架设天面与天线水平距离11m垂直距离6m处(点位2#)。结合图1与表2可知,天线主瓣方向(监测点位为1#、8#、9#、10#)区域内的功率密度高于天线副瓣(2#、7#)区域,且离天线水平距离越远、高差越大的区域功率密度越小。以上结果表明该基站美化天线周围50m范围内功电磁辐射率密度均低于文献[3]中规定的公众曝露限值。

  4 美化天线的利与弊

  4.1 美化天线的有利方面

  美化天线的发展和推广在一定程度上是因为公众的环保意识的加强及对城市景观要求的提高,对环保以及经济发展有很大的积极意义。主要表面为三个方面:①美化天线具有的仿生、掩蔽的特征使得基站与其所在的周围环境能很好的融合在一起,避免了普通天线杂乱架设对城市及乡村景观的负面影响;②天线为基站的外置部分,美化天线的采用会减少基站天线对公众的视觉冲击,能够在保障通信的覆盖与质量的同时,避免了居民对天线辐射的过分恐惧和抵触,减少了居民心理负担,有利于基站的建设运行[7];③对于运营商来说,美化天线采用分体拆装结构,体积小,运输、安装更加简便,水平转角可调且调整方便,节省运行费用。

  4.2 美化天线的不利方面

  虽然美化天线具有多方面的优点,但是从环境保护和保障公众知情角度来说也存在不可忽视的弊端,集中表现在四个方面:①某些运营商使用美化天线只是为了降低公众对移动通信基站建设运行的关注度,进而损害了公众的环境权益和知情权;②美化天线种类繁多、隐蔽性较强,伪装成生活中常见的各种实物,增加了环境保护部门辐射环境监管难度;③由于美化天线外部加有美化罩,在环境保护部门日常监管、抽查测量电磁辐射水平时很难准确判断天线主瓣方向、安装位置及天线的数量等关系辐射环境影响的因素,也难以确定基站电磁环境辐射重点监测范围;④有可能激发公众更强烈的抵触情绪,比如,美化天线在建设及运行的过程中未充分做好与公众的沟通工作,公众获知美化天线的存在后,情绪更加激动,处理不当反而会激化公众与基站运营商之间的矛盾。

  5 美化天线使用原则与电磁环境污染防治对策

  5.1 美化天线架设原则

  5.1.1 推荐性使用原则

  在风景名胜区、旅游景区、公园、小区周边的花园等对环境质量要求较高的地方,推荐建设美化天线,以保持上述区域的景观协调,减小普通裸露天线对公众视觉的冲击,使天线能更好的融入周边的环境。

  5.1.2 限制性使用原则

  在楼房密集或楼层较低的居民区及作为公众经常活动区域的天面等限制性使用美化天线,因为美化天线本身具有的架设高度低、隐蔽性等特点,在上述区域架设时公众经常活动区域容易出现超标情况。   5.2 美化天线的电磁污染防治对策

  1、优化基站选址,首先应先调查当地的电磁辐射环境背景情况,避免在电磁辐射环境背景值较高的地方建立基站;其次尽量选择共用设施的楼房上而避开私人居民楼,应该尽量选择公众不能经常到达的天面或者非公众居住建筑物,尽可能避免影响周围公众的活动;第三,还应该避免在同一个天面架设过多的天线,防止由于场强的叠加,使该天面的电磁辐射水平高于超过管理目标值;第四,对于架设在楼顶的基站,应加强通往该楼顶的通道管理并在通往天线处悬挂警示牌[8]。

  2、合理选取美化天线的主瓣方向,安装时尽量使天线的主瓣方向避开公众活动区域;市区基站应避免天线主瓣方向非安全距离前方处有高大楼房,以免其受到较大的电磁辐射影响而产生不必要的民事纠纷。

  3、在美化天线周围张贴电磁辐射警示标识并划定一定方位的限制公众活动区域,以防止公众因不知道美化天线的存在而靠近,受到不必要的辐射。

  4、加强监督与管理工作,通信基站的运营商不得随意提高基站的发射功率,应尽可能地降低基站的发射功率,以确保天面的电磁辐射水平低于目标管理值;基站正常运行时,环境保护监管部门应不定期电磁辐射环境抽测检查,保证天面上的电磁辐射水平满足国家标准。

  5、运营商应委托有电磁辐射检测资质的单位或企业每年抽取一定比例的美化基站进行电磁辐射检测并建立电磁环境检测数据档案,以及时发现电磁辐射环境问题。

  6、明确针对于美化天线基站环境影响评及验收阶段的公众参与要求。美化天线的“隐蔽性”引发公众环境知情权等相关问题。从短期看,其隐蔽性有助于基站的建设,但如果处理不当势必会导致严重的群众环境事件,因此,及早主动处理沟通才能发挥美化天线的景观优势而避免其负面影响的积累。而环境影响评价及验收阶段的公众参与的主动沟通、协调可从根本上解决环境问题的积累。

  6 结语

  美化天线建设已被广泛采纳,在通信基站建设中所占的比例也逐年升高,运行效果良好,既起到了美化环境的作用又达到了移动信号覆盖的目的。本研究对21个位于各种环境敏感区域内不同类型的美化天线类型周围电磁辐射进行现场检测,结果表明:美化天线周围50m范围内的公众可到达区域环境电磁辐射功率密度在0.01~7.17μW/cm2之间,典型的方柱型美化基站周围50m范围内的公众可到达区域环境电磁辐射功率密度在0.01~5.25μW/cm2之间,均低于《电磁环境控制限值》(GB8702-2014)中规定的30~3000MHz频率范围内公众曝露限值40μW/cm2,天线主瓣方向区域内的功率密度高于天线副瓣区域,且离天线水平距离越远、高差越大的区域功率密度越小。但是美化天线仍存在许多不足之处,需要把握美化天线的使用原则,从基站选址到正常运行都要做好各面的环保工作,并保证环评阶段、验收阶段的公众参与制度,与公众多方面沟通协调,只有这样美化天线才能体现真正的“美”。

 

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