发布时间：2023-10-11 17:33:52
绪论：一篇引人入胜的电磁波和辐射的区别，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
论文摘要:从泄漏同轴电缆的辐射理论出发，以屏蔽良好的室内空间为例分析了其中的辐射场，再根据耦合损耗的定义，利用接收功率和电缆传输功率得出了漏缆的耦合损耗，同时讨论了室内墙壁的材质对耦合损耗的影响，并通过仿真对结果进行了验证.该理论和结果可以扩展到其他场所，对于进一步研究闭域空间中的无线通信问题具有较强的参考价值.
泄漏同轴电缆(简称漏缆)是遵循特定的电磁场理论，沿着同轴电缆的外部导体周期性或非周期性配置开槽口而形成的.电信号在该电缆中传输的同时，能把电磁能量的一部分按要求从特殊开槽口以电磁波的形式放射到周围的外部空间，既具有传输线的性质又具有无线电发射天线的性质.由于其场强覆盖均匀、适应性强、电磁污染小等优点，漏缆近年来已经广泛应用于隧道、矿井、铁路等通信领域，并且已经渗透到了室内无线通信系统中[1].耦合损耗是漏缆区别于其他射频电缆的惟一指标，它决定了电磁波的覆盖范围，是漏缆设计的关键指标之一.文中以屏蔽良好的矩形室内空间为例，计算了漏缆的耦合损耗，同时讨论了墙壁的材质对耦合损耗的影响，并通过仿真对结果进行了验证.该理论和结果对于进一步研究闭域空间中的无线通信问题具有较强的参考价值.
1 基本理论和计算方法
1. 1 射线追踪法
室内无线通信系统的工作频率一般比较高，因而波长与建筑物尺寸相比要小得多，此时电磁波的传播可以用几何光学来近似，即认为电磁波沿直线传播，远场区的电磁波可视为局部平面波，从而可以用射线追踪法来进行研究[2].
分析中采用射线追踪法.在室内的某处放置一个天线，则空间中任一点的辐射场除了直射场以外，还有天棚、地板和4个墙壁的反射场.实际问题中含有多次反射，但由于经过2次或多次反射后的电磁波衰减很大而计算却很复杂，所以可以只考虑墙壁对电磁波的一次反射.根据以上原理，可以确定共需要考虑7条电磁波传播路径.图1给出了辐射源O点到达接收天线处P点的直射场和天棚、地板以及一个左侧墙壁的反射场的示意图.
1. 2 漏缆辐射场的计算
图2(a)所示的漏缆外导体上的开槽电场分布为[3]
别为漏缆的内、外导体半径，V0为激励电压，k0为自由空间的波数，α为开缝角度，w为缝隙宽度.由于w很小，故可以认为Ez沿z向是不变的.
如图2(b)所示，O点为缝隙位置，它和自由空间中某点距离为r，r在xoy面上投影为r′，φ为r′与x轴所成的角度，θ为r与漏缆轴向z所成的角度，则自由空间中某点的周向辐射场为[4]
式中:m=k0b，由以上2式即可求出自由空间某点的周向极化电场.以图1中路径4为例，分析经过反射后某一缝隙的辐射场，则总的辐射场可由漏缆上各缝隙叠加得到.根据参考文献[5]，可以得到该场强Eφ的垂直极化分量为
式中:x0和w0分别表示O点和P点到左侧墙壁的水平距离，z0表示O点到反射点的纵向水平距离，h0表示O点到反射点的垂直距离，iP表示第i个缝隙在z轴上的坐标，Γh为水平极化波的反射系数，ε1-jε1′为墙壁的复介电系数，而垂直极化波的反射系数为
转贴于
总的场强可由各缝隙作用的叠加得到
i=1
对于其他反射路径，可以用同样的方法分析.再将电磁波的7条传播路径进行叠加，便可得到室内接收天线处由漏缆产生的总辐射场.内接收天线处由漏缆产生的总辐射场.
1. 3 耦合损耗的计算
通常以标准半波偶极天线在距漏缆2m处接收到的功率作为计算漏缆耦合损耗的依据.偶极天线的接收功率可由到达天线的坡印廷矢量与标准半波偶极天线有效面积的乘积得到，标准半波偶极天线的有效面积为0. 13λ2[6]，则天线的接收功率为
式中:η0=120π为自由空间的波阻抗，V0为漏缆内外导体之间的电压，Z0为电缆的特性阻抗.最后漏缆的耦合损耗可由其定义式计算Lc=-10 log(Pr/Pt).
2 计算与分析
在计算时，设室内空间为矩形，其长、宽和高分别是20 m、8 m和5 m.漏缆在室内沿纵向悬挂，距右壁0.4m，距顶部0.6m，其特性阻抗为50Ω，内、外导体半径分别为9mm和22.8mm，之间电压为1 V，开缝角度为π/4，介质层的介电常数为1. 28，开缝周期为0. 26 m，工作频率为900 MHz.测试点距地面1. 5 m，距漏缆2 m，用计算机程序算出了漏缆的耦合损耗如图3、4所示，其中横轴表示测试点距漏缆中心的轴向距离.
比较图3、4可以发现，随着相对介电系数的增加，漏缆的耦合损耗相反的减小. (干燥混凝土的复介电系数为4-j0.3，土壤的复介电系数为20-j0.02).这是因为相对介电系数较大的墙壁，通常会得到较大的反射系数，从而被反射的能量较大，接收到的能量就较大，因此漏缆的耦合损耗就较小.
3 结束语
从漏缆的辐射理论出发，结合射线追踪法和场的叠加原理，并根据耦合损耗的定义，计算了屏蔽良好的室内空间中漏缆的耦合损耗，同时讨论了墙壁的材质对耦合损耗的影响.仿真结果表明:墙壁的相对介电系数越大，漏缆的耦合损耗就越小.该理论和结果可以根据实际情况扩展到其他闭域空间，为漏缆的优化设计提供了必要的理论依据.
参考文献:
[1]张 昕，杨晓冬.适用于闭域或半闭域空间无线通信用泄漏电缆研究[J].哈尔滨工程大学学报， 2005， 26(5):672-674.
[2]季 忠，黎滨洪，王豪行.用射线跟踪法对室内电波传播进行预测[J].电波科学学报， 1999， 14(2): 160-165.
[3]王均宏，简水生.漏泄同轴电缆耦合损耗的计算[J].铁道学报， 1996， 18(6): 17-22.
辐射源在哪里？
辐射源一：电子产品
有专家对手机、Wi-Fi、电脑进行了辐射测试。结果显示，拨通手机，使用高频探头，在被呼叫方铃声响起5秒内将探头靠近某品牌手机，显示最高数据为4.42V/m，5秒后仪器数据不断下降，一度接近1V/m。当探头处于5米之外时，未检测到通话手机的辐射数据；探头测定某品牌无线路由器时，Wi-Fi辐射值为0.93V/m，当探头远离时，立刻测不出辐射值。再将无线路由器开机，待手机接收到无线网络时，将探头靠近无线路由器，测得辐射值为1.34V/m；当测试一台液晶台式电脑时，主机辐射值为LOW状态，未显示辐射数据。电脑液晶显示屏的数据为1.73V/m。
上海防辐射协会的专家介绍，手机的频率比较高，属于微波辐射，一般为900多兆，1 800多兆或2 400多兆。Wi-Fi也一样，一般在2 400多兆。不过，电脑键盘并非微波辐射，它是频率非常低的工频，是50Hz的工频。
辐射源二：医疗器械
据了解，人体接受的辐射80%来自天然辐射，20%源于人为的辐射，而在人为辐射中，医疗辐射几乎占据了98%。按照不同的标准，医学辐射又可以分为多种，如果按照病人接受辐射的方式可以分为体外照射和体内辐射，体外照射就是我们常见的如X光、CT、骨密度检查、核医学显像等。
CT跟X光线辐射属于电离辐射，电离辐射跟我们平常讲的虚电辐射有很大区别，比如说我们穿的屏蔽服是针对辐射较低的非电离辐射，但电离辐射频率就很高，一般在1015Hz以上。
高频时根据物理学的原理电磁波具有波和粒子的双重性，它的粒子磁场能量很大，可以直接破坏细胞。做CT时，人体接触X光的时间会比一般X光摄片的时间长些，所以中小学生一般都禁止使用CT，采用X光射线来代替。它属于电离辐射，我们一般屏蔽都不能预防它，只有铅做成的屏蔽层才能阻挡X光。
辐射源三：家用电器
有不少人认为，家用电器的“个头”越大辐射越大，“个头”越小，辐射也就越小。
有研究人员对工作中的家用电器做了测试。结果显示，冰箱的测试数据基本保持在2.63～2.64A/m之间，将探头逐渐远离电冰箱，仪器显示数据为LOW状态，辐射非常微小；小小的节能灯测得数据为2.74V/M，远离后数据为LOW，基本没有辐射。不过，当宽频探头靠近微波炉，仪器数据不断波动，测得数据为15～16V/m之间，将探头远离微波炉0.5米，测得数据为5～10V/m之间。
因此，电器中冰箱的辐射不可怕，因为它的辐射是50Hz的工频，不同的频率规定的限值不一样，所以我国现有的标准对冰箱还没有具体的规定，但是国际辐射防护委员会规定50Hz的磁场限值为400A/m。
节能电灯的频率比较低，它的频率正好是人所听到的音频频率再高一些，大概为20千赫以上。但是我们曾经测过节能灯辐射的量还是比较大，虽然这个频率对人体一直都没有标准，但是对节能灯本身辐射有一个产品标准，有些节能灯的变压器辐射出来的电场强度可能会超标。一般人在使用节能灯时离的距离都很近，所以是不是超过人体的卫生标准还不好讲，但据说很近时会超过人体卫生标准，稍微离远一些就会很安全。
微波炉的频率属于微波频率，辐射量一般也较大。如在微波炉门上的观察窗上的辐射能达到100多个微瓦每平方厘米。根据我国的卫生标准，一般的老百姓长时间接触微波的强度应该小于10个微瓦每平方厘米，因此微波炉这里的辐射强度已经超过了我们正常标准的10倍以上。
辐射的杀伤力有多大？
热效应、非热效应、累计效应
一般的电磁波虽然没有电离辐射这么可怕，但是对电磁波也有一定规定，如果超过限值，还是会对人体造成一定损伤。对人体造成的损伤有几个不同的类型。
一是热效应，即电磁波照在人体上，人体局部组织会发热，温度会上升，有可能对组织造成损伤。比如我们的眼睛当受到电磁波量较大影响时，可能得白内障，在20世纪50年代时就发现过一种雷达病，有人得白内障就是因为雷达的大功率辐射导致，这是最早发现电磁波对人体发生损害的例子。
再一个是非热效应。即看起来电磁波的能量不大，如高压线下的人接受电磁波的能量经做过计算是非常的小，几乎跟人的新陈代谢的量差不多，但人在高压线下的确会受到伤害，所以叫非热效应。这种效应是最近20年～30年才被人重视的，高压线下儿童的白血病发病率比不是高压线下儿童要高几倍。
还有一个叫累计效应。虽然电磁波的量没有超过标准，但通过长时间的累计，一般接触到电磁波后，人体会逐渐修复细胞收到的损伤。但是如果时间比较长，量比较大，虽然没有超过标准，但是长时间的影响，它会积累起来，以后对身体造成一定的损伤。
离公交车刷卡机、
商场防盗感应门远一点儿
虽然生活中的辐射源不少，但是也不用过于担心。比如低频50Hz，这个没有什么可怕的。有些人说家电不安全，但是应注意低频的对人体伤害主要是磁场，低频的磁场我们只要离它稍远一点，它的强度就会很快下降，通常它跟距离的3次方成反比，如果距离拉大一倍，它的磁场强度就是原来的1/8。比如说，在使用微波炉时，只要保持距离即可。当微波炉开时，离它1米的距离时微波辐射就很小了。
中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）103-0236-04
0引言
随着移动通信网络建设的逐步深入发展、特别是3G牌照发放以后，我国多家运营商、多种通信制式并存的情况，必然导致多副天线共用基站天面的现象；而随着我国公民环保意识的增强，多天支、多天线的建设方式直接导致了基站选址和建设难度的增加。在2G、3G网络大规模建设的今天，通过多家运营商的共建共享来减少业主投诉、降低协调难度、解决建站难题，成为一种既有效又节约成本的手段，而多频天线、美化天线、RRU天线等多类型天线的综合考虑和灵活选择运用就成为实现这一目标的必要条件。本文结合不同类型天线的应用效果，对中国联通WCDMA网络规划建设中，不同场景中天线应用的实际经验进行总结，为后续网络建设中天线系统的设计考虑提供借鉴。
1天线系统在网络规划建设中的重要性
1.1 天线的基本原理
如果导线上存在有交变的电流，就可能会形成电磁波的辐射，并且辐射能力与导线的长度和形状都有关系。当两根导线靠的很近，导线间产生的感应电动势互相抵消，电场就会被束缚在两根导线之间，电磁波辐射十分微弱；将两根导线逐渐分离开来、形成直线形状，导线上的交变电流方向相同，产生的感应电动势方向也就相同，辐射就会增强。
如果辐射电磁波的导线长度远小于电磁波的波长、导线上交变电流较小电磁波辐射就十分微弱；当导线长度与电磁波长基本相等、导线上交变电流变大，辐射就会增强。
能有效辐射和接收电磁波的长直导线被称为振子，振子是天线的基本单元。两臂长度相等的振子被称做对称振子，对称振子是一种经典的、迄今为止应用最广泛的天线；而对称振子中最多的就是半波对称振子，半波对称振子的单臂长度等于波长的四分之一、总长等于波长的二分之一。半波对称振子上的电场分布和磁场分布情况如图2所示。
根据麦克斯韦电磁场理论，交变的电场产生变化的磁场，变化的磁场又激发交变的电场。天线振子上的交变电流激发出变化的磁场，变化的磁场又激发出交变电场，电场磁场相互激发就形成了电磁波在空间传播。
电磁波被发信天线辐射出去之后，就会沿着地表面的任何方向传播；如果放置一根导线在这个交变的电磁场中，当磁力线切割该导线时，这根导线的两端就会被磁力线激励出交变的电压——电动势，而且这根导线上的电动势的频率会与发信天线辐射出的电磁波的频率一致；将该导线上的电动势频率通过收信机解调就能得到发信天线发出的信号电流。在这个过程中，被放置在电磁场中的导线将接收到的电磁波能量转换成了高频信号电流能量，一般称之为收信天线。发信天线、收信天线的作用是能量转换，同一副天线，既可当发信天线使用，也可当收信天线使用。通信网络中大都是收、发共用一副天线。
1.2 天线的主要功能
在现在的无线通信系统中，天线系统主要有两个方面的作用：
1）辐射和接收电磁波
无线通信系统传递信息的基本原理就是通过无线电波来传递电流信号，因此通信系统必须要包含能够辐射和接收电磁波的单元装置，而发信天线的主要功能就是辐射电磁波、收信天线的主要功能就是接收电磁波。
2）能量转换
发信机并不能把无线电波直接送入发信天线，从收信天线传送到收信机的也不是无线电波，发信天线和收信天线首先要进行能量转换的工作。发信机把高频振荡电流送入发信天线的输入端后，天线就把高频电流转换为电磁波，并且以电磁波的形式向周围空间进行辐射；接收时，收信天线会先把收到的电磁波能量转换成高频电流，再送到收信机。
1.3天线系统的主要指标
天线系统的指标参数有很多，其中对于对于性能影响较大的主要有两类指标：一类是传输特性指标，主要包括驻波系数、频带宽度、隔离度、功率容量等；另一类是辐射特性指标，主要包括增益、极化、波瓣宽度、前后辐射比等。
1.4 天线系统对移动通信网络的影响
现阶段，我国移动通信运营商每年支出资金的大部分都是被移动网络工程建设所占用；而对移动网投资占比进行分析，与基站主设备、电源设备、配套项目的投资占比相比较，天线系统的投资在整个网络建设投资中所占比重很小，但是对移动通信网络的质量却有着较大的影响。根据实际工程经验，1dB天线性能的改善基本相当于2dB系统性能的改善，3dB天线性能的改善等于1倍系统发射功率的改善及1倍系统接收功率的改善。因此，在网络规划建设中，天线系统的灵活选择运用、巧妙设计和后期优化调整是提高网络质量非常简单而有效的方法。
2 WCDMA网络规划建设中天线系统的选择和应用
2.1 多频天线的应用
2.1.1 多频天线与普通天线的区别
目前，我国移动通信网络中常用的室外基站天线大体可以分为以下三类：
1）单频天线：工作的频段仅能覆盖一个通信制式，内部为单一的馈电及移相网络；
2）宽频天线：工作的频段能覆盖两个或两个以上的通信制式，但内部仍为单一的馈电及移相网络，也就是说单一的馈电及移相网络能够被各频段、各通信制式共用；
3）多频天线：工作的频段能覆盖两个或两个以上的通信制式，各频段的阵列的馈电及移相网络都是独立的，因此各阵列都能独立的设置下倾角；根据端口数量又被区分成两端口共馈线（内部带合路器）和多端口不共馈线（内部不带合路器）两类。
三类天线内部示意图如图4所示：
2.1.2 多频天线的主要技术指标
现阶段，我国还没有针对多频天线制定出相应的国家或行业标准，不同天线厂家由于设计考虑和工艺水平的差别，电气性能指标有着一定的差异。对中国联通某省公司WCDMA网络中现阶段正在使用的四个天线厂家同一类别多频天线的技术指标统计数据进行对比分析，可以得到影响多频天线性能的主要技术指标的大致范围：
1）端口隔离度一般应保证在30dB左右；
2）前后辐射比应大于25dB；
3）不同频段天线阵列的电子下倾角需单独可调并在10度左右。
四个天线厂家三频天线的主要技术指标统计如表3所示：
2.1.3 多频天线的工程应用
多频天线在中国联通WCDMA网络的规划建设中有着广泛的使用，多应用于天面条件受限、不能安装多幅天线的基站，或与其他运营商共建共享的基站；另外，多频天线与美化天线罩的综合使用还很好的解决了居民环保意识增加、建站难度加大的问题。中国联通某省公司WCDMA网络工程建设中多频天线的应用案例如下：
美化路灯杆安装多频天线
在某城市一处商业街区内，中国联通WCDMA网络覆盖质量较差；由于周围基站较远，通过网络优化等手段无法有效提升该区域信号质量，商业街店铺室内投诉严重。由于该商业街区多为景观式楼房，业主协调难度大，建站计划一直无法实施。后中国联通和中国电信共同与市政部门协调，确定在中心广场附近由两家运营商共建一座美化灯杆。
由于美化灯杆罩内体积有限，且还需要安装两家运营商的RRU设备，因此两家运营商协议采用多频天线不共馈线的建站方式。基站建设后，经过网络优化和对测试结果的分析，电信的CDMA网络质量和联通的GSM、WCDMA网络质量及网管统计KPI指标均符合两家运营商的建设目标；同时由于选用的多频天线的端口隔离度实际测试结果达到了32dB，对电信CDMA和联通GSM间的实际系统隔离效果优于两家运营商使用不同的天线、采用水平空间隔离的效果，很好的规避了电信CDMA系统对联通GSM系统造成干扰。
2.2 RRU天线的应用
随着WCDMA网络的大规模建设，分布式基站设备逐步取代了传统基站设备成为网络建设中的主流设备；而为了解决业主对于基站建设的抵触心理，能够与RRU拉远的建设方式较好结合的RRU集成天线就成为了天线系统新的发展方向。
2.2.1 RRU天线的参数
目前，设备供应商已经在中国联通WCDMA网络规划建设中推出了商用化的RRU集成天线，根据厂家提供的天线指标数据，RRU天线主要有以下几个特点：
1）RRU集成天线的增益一般较低，目前厂家提供的RRU天线增益只能达到12dBi；
2）垂直波瓣宽度较大，达到了20°，需要考虑覆盖范围和干扰控制；
3）下倾角受限，无法进行电子倾角的调整（天线为固定3°的电子下倾角）；
4）尺寸较小，与RRU集成，安装隐蔽性高，适合快速布站。
2.2.2 RRU天线的工程应用
根据RRU天线的技术指标特点，RRU天线主要适用于覆盖范围较小的覆盖盲点或具备安装位置但安装条件受限的场景；而由于RRU天线与RRU一体化、尺寸小且外型上与普通天线有着较大的差异，一些业主难协调、建设压力较大的站点也可以采用RRU拉远与RRU天线结合的建设方式。中国联通某省公司WCDMA网络中RRU天线应用案例如下：
居民小区内安装RRU天线：
在某城市一处居民小区内，中国联通WCDMA网络覆盖较差，由于楼宇密集，小区外基站无法较好的覆盖小区内部的居民楼，用户投诉较多；而由于小区内部分居民对基站建设有抵触情绪，一直未能建设基站解决覆盖问题。后通过与小区物业公司及一投诉用户进行协调，在外墙上安装拉远RRU天线解决了小区覆盖问题，RSCP>-85dBm的区域从75.6%提高到了95.6%。该小区RRU天线安装情况和安装前后网络质量对比如图5、6所示。
2.3 隧道场景中的天线系统设计
随着我国地铁、高铁的快速发展，提升隧道中无线信号有效覆盖变得至关重要。因此在地铁和高铁等场景的无线网络规划中，需要分析隧道的特点、选择合适的天线。一般情况下地铁、高铁隧洞多为往返单洞单车道，隧道狭小，采用多频板状天线无法有效覆盖。为保证移动用户的网络体验，达到良好的网络覆盖效果，此类场景往往采用布放泄露电缆的方式进行网络覆盖；另外，由于此类项目协调难度大，运营商常利用大型POI合路系统（上下行泄露电缆分离，垂直隔离不小于300mm），采用共建共享的模式进行网络建设。表5、图7分别为某运营商地铁隧道泄露电缆技术指标和设备系统示意图。
3 结论
