CN110333397B - 一种lte基站电磁辐射评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LTE基站电磁辐射评估方法,该方法根据垂直极化接收天线与基站±45°双极化发射天线的极化方式,结合实际基站发射天线下倾角、接收天线的高度、基站发射天线的高度以及接收天线距离基站发射天线的水平距离,得到两者的极化单位矢量,从而得到垂直极化接收天线与实际基站±45°双极化发射天线之间的极化匹配系数,结合Friis传输公式,从而得到评估点的基站电磁辐射强度。通过本发明提出的评估方法,对LTE基站电磁辐射评估有着很大的参考价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种LTE基站电磁辐射评估方法。
背景技术
随着通信事业的快速发展,移动通信已经渗透到社会生活各个方面,给人们带来极大的便利,也使人们对移动通信基站的电磁辐射问题产生焦虑,目前移动通信基站为了提高在不同空间方向上移动终端的接收效率,基站的发射天线采用的是±45°双极化天线,而一般采用的接收天线也是极化天线,因此接收天线与基站天线之间极化匹配系数将直接影响基站辐射波接收效率,因此如果不考虑接收天线与基站天线之间极化匹配系数,很难对基站电磁辐射进行有效的评估,在目前已公开的文献和专利中,还没有针对接收天线与基站天线之间极化匹配系数的一种基站电磁辐射评估方法。
针对现有技术中存在的不足,本专利提出了一种LTE基站电磁辐射评估方法,该方法根据垂直极化接收天线与基站±45°双极化发射天线的极化方式,结合实际基站发射天线下倾角、垂直极化接收天线的高度、基站双极化发射天线的高度以及垂直极化接收天线距离基站双极化发射天线的水平距离,得到两者的极化单位矢量,从而得到垂直极化接收天线与实际基站±45°双极化发射天线之间的极化匹配系数,结合Friis传输公式,从而得到评估点的基站电磁辐射强度。通过本发明提出的评估方法,对LTE基站电磁辐射评估有着很大的参考价值。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种LTE基站电磁辐射评估方法,包括以下步骤:
1)、根据垂直极化接收天线以及基站±45°双极化发射天线的极化方式,并建立本地直角坐标系o-xyz,分别得到垂直极化接收天线的极化单位矢量基站+45°极化发射天线的极化单位矢量以及基站-45°极化发射天线的极化单位矢量
2)、根据步骤1)得到的极化单位矢量以及极化单位矢量并结合实际基站双极化发射天线下倾角、垂直极化接收天线的高度、基站双极化发射天线的高度以及垂直极化接收天线距离基站双极化发射天线的水平距离,分别得到实际基站+45°极化发射天线修正后的极化单位矢量实际基站-45°极化发射天线修正后的极化单位矢量
3)、根据步骤1)得到的极化单位矢量以及步骤2)得到的修正后的极化单位矢量和极化单位矢量分别得到垂直极化接收天线与实际基站+45°极化发射天线之间的极化匹配系数mp1、垂直极化接收天线与实际基站-45°极化发射天线之间的极化匹配系数mp2;
4)、根据步骤3)得到的极化匹配系数mp1以及极化匹配系数mp2,结合Friis传输公式,分别得到垂直极化接收天线接收实际基站+45°极化发射天线的总功率P1、垂直极化接收天线接收实际基站-45°极化发射天线的总功率P2,单位为W,从而求出入射波的总功率Ptotal,单位为W;
5)、通过步骤4)得到的总功率Ptotal,得到电磁辐射强度E,单位为V/m。
上述的一种LTE基站电磁辐射评估方法,所述步骤2)中,根据步骤1)得到的极化单位矢量以及极化单位矢量得到实际基站+45°极化发射天线修正后的极化单位矢量实际基站-45°极化发射天线修正后的极化单位矢量的表达式分别为:
上式中,为实际基站+45°极化发射天线修正后的极化单位矢量,为实际基站-45°极化发射天线修正后的极化单位矢量,为本地直角坐标系o-xyz的x轴单位矢量,本地直角坐标系o-xyz的y轴单位矢量,为本地直角坐标系o-xyz的z轴单位矢量,θ1为实际基站双极化发射天线下倾角,单位为度,H为基站双极化发射天线高度,单位为m,h为垂直极化接收天线高度,单位为m,d为垂直极化接收天线距离基站双极化发射天线的水平距离,单位为m。
上述的一种LTE基站电磁辐射评估方法,所述步骤3)中,垂直极化接收天线与实际基站+45°极化发射天线之间的极化匹配系数mp1、垂直极化接收天线与实际基站-45°极化发射天线之间的极化匹配系数mp2的表达式分别为:
上式中,mp1为垂直极化接收天线与实际基站+45°极化发射天线之间的极化匹配系数,mp2为垂直极化接收天线与实际基站-45°极化发射天线之间的极化匹配系数,为垂直极化接收天线的极化单位矢量,为实际基站+45°极化发射天线修正后的极化单位矢量,为实际基站-45°极化发射天线修正后的极化单位矢量,θ1为实际基站双极化发射天线下倾角,单位为度,H为基站双极化发射天线高度,单位为m,h为垂直极化接收天线高度,单位为m,d为垂直极化接收天线距离基站双极化发射天线的水平距离,单位为m。
上述的一种LTE基站电磁辐射评估方法,所述步骤4)中,Friis传输公式的表达式为:
上式中,Pr为天线接收功率,单位为W,Pt为双极化发射天线功率,单位为W,Gr为垂直极化接收天线增益,单位为dB,Gt为双极化发射天线增益,单位为dB,λ为波长,单位为m,R为测量点到基站之间的直线距离,单位为m;
结合步骤3)得到的极化匹配系数mp1以及极化匹配系数mp2,得到垂直极化接收天线接收实际基站+45°极化发射天线的总功率P1、垂直极化接收天线接收实际基站-45°极化发射天线的总功率P2分别为:
上式中,P1为垂直极化接收天线接收实际基站+45°极化发射天线的总功率,单位为W,P2为垂直极化接收天线接收实际基站-45°极化发射天线的总功率,单位为W,Pt为双极化发射天线功率,单位为W,Gr为垂直极化接收天线增益,单位为dB,Gt为双极化发射天线增益,单位为dB,λ为波长,单位为m,R为测量点到基站之间的直线距离,单位为m,mp1为垂直极化接收天线与实际基站+45°极化发射天线之间的极化匹配系数,mp2为垂直极化接收天线与实际基站-45°极化发射天线之间的极化匹配系数;
由于基站±45°双极化发射天线包括实际基站+45°极化发射天线以及实际基站-45°极化发射天线,因此入射波的总功率Ptotal为:
Ptotal=P1+P2
上式中,Ptotal为入射波的总功率,单位为W,P1为垂直极化接收天线接收实际基站+45°极化发射天线的总功率,单位为W,P2为垂直极化接收天线接收实际基站-45°极化发射天线的总功率,单位为W。
上述的一种LTE基站电磁辐射评估方法,所述步骤5)中,通过步骤4)得到的总功率Ptotal,求出电磁辐射强度E:
上式中,E为电磁辐射强度,单位为V/m,Ptotal为入射波的总功率,单位为W,Z为射频电缆的阻抗,单位为Ω,AF为天线因子,单位为dB/m,ARF为电缆损耗,单位为dB。
本发明的有益效果在于:本方法根据垂直极化接收天线与基站±45°双极化发射天线的极化方式,结合实际基站双极化发射天线下倾角、垂直极化接收天线的高度、基站双极化发射天线的高度以及垂直极化接收天线距离基站双极化发射天线的水平距离,得到两者的极化单位矢量,从而得到垂直极化接收天线与实际基站±45°双极化发射天线之间的极化匹配系数,结合Friis传输公式,从而得到评估点的基站电磁辐射强度。通过本发明提出的评估方法,对LTE基站电磁辐射评估有着很大的参考价值。
附图说明
图1为本发明的基站±45°双极化发射天线与垂直极化接收天线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施地点为室外,实施对象为LTE基站,基站的架设方式为屋顶塔,基站双极化发射天线高度H为28m,基站双极化发射天线功率Pt=20W,基站双极化发射天线增益Gt=16dB,实际基站双极化发射天线下倾角θ1=7°,发射波长λ=0.16m,测量设备采用KEYSIGHT N9918A便携式频谱分析仪和垂直极化接收天线,垂直极化接收天线的天线因子AF为30.33dB/m,其增益Gr=5.3dB,线缆损耗ARF=3dB,输出阻抗Z=50Ω,垂直极化接收天线高度h为0.55m。
本发明的一种LTE基站电磁辐射评估方法,包括以下步骤:
1)、根据垂直极化接收天线以及基站±45°双极化发射天线的极化方式,并建立本地直角坐标系o-xyz,分别得到垂直极化接收天线的极化单位矢量基站+45°极化发射天线的极化单位矢量以及基站-45°极化发射天线的极化单位矢量
2)、根据步骤1)得到的极化单位矢量以及极化单位矢量并结合实际基站双极化发射天线下倾角、垂直极化接收天线的高度、基站双极化发射天线的高度以及垂直极化接收天线距离基站双极化发射天线的水平距离,分别得到实际基站+45°极化发射天线修正后的极化单位矢量实际基站-45°极化发射天线修正后的极化单位矢量
3)、根据步骤1)得到的极化单位矢量以及步骤2)得到的修正后的极化单位矢量和极化单位矢量分别得到垂直极化接收天线与实际基站+45°极化发射天线之间的极化匹配系数mp1、垂直极化接收天线与实际基站-45°极化发射天线之间的极化匹配系数mp2;
4)、根据步骤3)得到的极化匹配系数mp1以及极化匹配系数mp2,结合Friis传输公式,分别得到垂直极化接收天线接收实际基站+45°极化发射天线的总功率P1、垂直极化接收天线接收实际基站-45°极化发射天线的总功率P2,单位为W,从而求出入射波的总功率Ptotal,单位为W;
5)、通过步骤4)得到的总功率Ptotal,得到电磁辐射强度E,单位为V/m。
所述步骤2)中,已知基站双极化发射天线高度H为28m,实际基站天线下倾角θ1=7°,垂直极化接收天线高度h为0.55m,选择评估点距离基站双极化发射天线的水平距离d=10m,则得到实际基站+45°极化发射天线修正后的极化单位矢量实际基站-45°极化发射天线修正后的极化单位矢量分别为:
所述步骤3)中,垂直极化接收天线与实际基站+45°极化发射天线之间的极化匹配系数mp1、垂直极化接收天线与实际基站-45°极化发射天线之间的极化匹配系数mp2分别为:
所述步骤4)中,基站双极化发射天线功率Pt=20W,基站双极化发射天线增益Gt=16dB,发射波长λ=0.16m,垂直极化接收天线增益Gr=5.3dB,选择评估点距离基站双极化发射天线的水平距离d=10m,得到垂直极化接收天线接收实际基站+45°极化发射天线的总功率P1、垂直极化接收天线接收实际基站-45°极化发射天线的总功率P2分别为:
因此入射波的总功率Ptotal为:
Ptotal=P1+P2=2.578×10-4W
所述步骤5)中,通过步骤4)得到的总功率Ptotal,并且已知垂直极化接收天线的天线因子AF为30.33dB/m,线缆损耗ARF=3dB,输出阻抗Z=50Ω,因此得到电磁辐射强度E:
经过与实际电磁辐射强度测量值5.12V/m对比,发现理论值与测量值比较一致,验证了本发明专利提出的评估方法的有效性。
Claims (1)
1.一种LTE基站电磁辐射评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)、根据垂直极化接收天线以及基站±45°双极化发射天线的极化方式,并建立本地直角坐标系o-xyz,分别得到垂直极化接收天线的极化单位矢量基站+45°极化发射天线的极化单位矢量以及基站-45°极化发射天线的极化单位矢量
2)、根据步骤1)得到的极化单位矢量以及极化单位矢量并结合实际基站双极化发射天线下倾角、垂直极化接收天线的高度、基站双极化发射天线的高度以及垂直极化接收天线距离基站双极化发射天线的水平距离,分别得到实际基站+45°极化发射天线修正后的极化单位矢量实际基站-45°极化发射天线修正后的极化单位矢量
上式中,为实际基站+45°极化发射天线修正后的极化单位矢量,为实际基站-45°极化发射天线修正后的极化单位矢量,为本地直角坐标系o-xyz的x轴单位矢量,本地直角坐标系o-xyz的y轴单位矢量,为本地直角坐标系o-xyz的z轴单位矢量,θ1为实际基站双极化发射天线下倾角,单位为度,H为基站双极化发射天线高度,单位为m,h为垂直极化接收天线高度,单位为m,d为垂直极化接收天线距离基站双极化发射天线的水平距离,单位为m;
3)、根据步骤1)得到的极化单位矢量以及步骤2)得到的修正后的极化单位矢量和极化单位矢量分别得到垂直极化接收天线与实际基站+45°极化发射天线之间的极化匹配系数mp1、垂直极化接收天线与实际基站-45°极化发射天线之间的极化匹配系数mp2:
上式中,mp1为垂直极化接收天线与实际基站+45°极化发射天线之间的极化匹配系数,mp2为垂直极化接收天线与实际基站-45°极化发射天线之间的极化匹配系数,为垂直极化接收天线的极化单位矢量,为实际基站+45°极化发射天线修正后的极化单位矢量,为实际基站-45°极化发射天线修正后的极化单位矢量,θ1为实际基站双极化发射天线下倾角,单位为度,H为基站双极化发射天线高度,单位为m,h为垂直极化接收天线高度,单位为m,d为垂直极化接收天线距离基站双极化发射天线的水平距离,单位为m;
4)、根据步骤3)得到的极化匹配系数mp1以及极化匹配系数mp2,结合Friis传输公式,分别得到垂直极化接收天线接收实际基站+45°极化发射天线的总功率P1、垂直极化接收天线接收实际基站-45°极化发射天线的总功率P2,单位为W,从而求出入射波的总功率Ptotal,单位为W;
Friis传输公式的表达式为:
上式中,Pr为垂直极化接收天线接收功率,单位为W,Pt为双极化发射天线功率,单位为W,Gr为垂直极化接收天线增益,单位为dB,Gt为双极化发射天线增益,单位为dB,λ为波长,单位为m,R为测量点到基站之间的直线距离,单位为m;
结合步骤3)得到的极化匹配系数mp1以及极化匹配系数mp2,得到垂直极化接收天线接收实际基站+45°极化发射天线的总功率P1、垂直极化接收天线接收实际基站-45°极化发射天线的总功率P2分别为:
上式中,P1为垂直极化接收天线接收实际基站+45°极化发射天线的总功率,单位为W,P2为垂直极化接收天线接收实际基站-45°极化发射天线的总功率,单位为W,Pt为双极化发射天线功率,单位为W,Gr为垂直极化接收天线增益,单位为dB,Gt为双极化发射天线增益,单位为dB,λ为波长,单位为m,R为测量点到基站之间的直线距离,单位为m,mp1为垂直极化接收天线与实际基站+45°极化发射天线之间的极化匹配系数,mp2为垂直极化接收天线与实际基站-45°极化发射天线之间的极化匹配系数;
由于基站±45°双极化发射天线包括实际基站+45°极化发射天线以及实际基站-45°极化发射天线,因此入射波的总功率Ptotal为:
Ptotal=P1+P2
上式中,Ptotal为入射波的总功率,单位为W,P1为垂直极化接收天线接收实际基站+45°极化发射天线的总功率,单位为W,P2为垂直极化接收天线接收实际基站-45°极化发射天线的总功率,单位为W;
5)、通过步骤4)得到的总功率Ptotal,得到电磁辐射强度E:
上式中,E为电磁辐射强度,单位为V/m,Ptotal为入射波的总功率,单位为W,Z为射频电缆的阻抗,单位为Ω,AF为天线因子,单位为dB/m,ARF为电缆损耗,单位为dB。
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