5G发射功率和天线辐射

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2024年4月5日发(作者：)

5G网络是新一代移动系统，与现有4G网络相比可提供更快的速度、

更低的延迟和扩展的连接性。新的5G系统将提供广泛的新服务，其

中物联网、智能家居应用和广泛使用智能设备的领域需要扩展连接。

5G(NR)还将包括毫米波区域中，提供高达30GHz的更高频率电磁波。

这些新频率更容易受到自然障碍的影响，如障碍物和极端天气条件，

其覆盖距离将更短。为此使用高频波段时为达到覆盖相同效果，在相

关区域所需的移动天线站的数量将大大增加。

但是天线的发射功率该如何设置？基站发射的信号，使用更多天线是

否会对人类有害？

电磁波介绍

我们都知道无线信号是通过电磁波，由以波的形式传播到空间中的电

场和磁场组成；电磁波通常以光速传播。电磁辐射的水平各不不同，

具体取决于每个连续波的频率或长度。

电磁波长是一个电波周期所覆盖的距离，频率是在一秒周期内通过特

定点的波周期数。

无线电波是由天线上的电荷运动产生的，并且被称为射频 (RF) 电磁

辐射，从其源(即发射天线)向外辐射。

微波是频率在300 MHz至300 GHz之间的电磁波。它们波长分别

从1M到1ms不等。这类电磁信号广泛用于各种电信应用,如手机(移

动)电话、雷达、机场扫描仪、无线电和卫星通信。

电磁辐射

在自然界中目前有两种电磁波，它们分别是电离型和非电离型电磁波；

其中：

非电离辐射是电磁辐射,其携带的能量相对较低,不足以引起电离。非电

离辐射不会对人体产生电、化学和其他影响。微波属于此类非电离辐

射的无线电波。

电离是危险的，因为它会导致遗传物质的改变并导致有害的健康影响，

如癌症（如X 射线、伽马射线等），无线电波在某些条件下的主要生

物学结果是暴露于它的组织的温度升高。迄今为止的研究尚未证实此

类辐射与对人类健康的有害影响之间存在确定性关系。

因此，必须区分电离辐射和非电离辐射，并能够区分电磁辐射可能引

起的实际风险。

非电离辐射特性

非电离辐射对健康的潜在有害影响是在暴露期间或之后立即发生的，

并且仅在超过特定限值的暴露时发生。

考虑到每个人特殊性以及存在特定人群（例如幼儿、患者和老年人)的

事实，存在“基本限制”以确保遵守这些限制并且不会对健康造成有害

影响。由于采用了重要的安全因素，因此主要限制来自已证实的对健

康不利影响的限制。

然而重大限制并不直接涉及发射成像环境中的可测量尺寸，而是难以

测量的人体内的固有量级。出于这个原因并考虑到辐射与人类耦合的

不利条件，“参考水平”是电磁辐射的易于测量的特征。遵守这些规定还

确保符合规定的限制，因此不会对人类健康产生有害影响。

技术规定

对于0-300GHz频率范围内的电磁场，世界卫生组织、国际电离辐射

防护委员会和欧盟通过了基本值和参考水平，并发布了公众安全暴露

于低和整个现代应用和服务范围的高频环境。国际非电离辐射防护委

员会 (ICNIRP) 描述了在不同国家应用的计算方法。允许的最大电场

强度和功率通量密度取决于辐射信号的频率。

计算通常基于最坏的情况，假设最大天线增益永久应用于整个服务区

域，即使实际上最大天线增益在特定范围内的位置不断移动，如+/-

60° 水平和+/-30° 垂直。

5G(NR)发射功率

无线(RF)输出功率很大程度上取决于可用带宽和目标数据速率。输出

功率通常受站点的EMF约束。

通常标称输出功率必须由小区覆盖和小区边缘所需的数据速率定义。

尽管如此，假设3.5GHz 5G天线的天线增益介于22 dBi和24 dBi之

间，可确保补偿大部分额外的自由空气损耗(与1.8GHz加5 dB相

比,3.5GHz具有大约6-9dB的额外传播损耗额外的建筑物穿透损失)。

为了保持与LTE系统类似的每MHz功率密度，100MHz 3.5GHz频

谱将需要5x 80W，这并不容易实现。5G试验需要在覆盖范围、功耗、

EMF限制和性能之间定义一个现实的输出功率权衡。

对于100MHz带宽，通常应使用分布在可用TRX路径上的120W射

频输出功率。就可用带宽而言，这明显低于LTE(80W/20MHz)。然而

固定用户设备输出功率为23dBm(20mW)的上行链路无论如何将是

限制因素。

用户设备(UE)输出功率将限制在23dBm。这也与假设有多少传输路

径有关。在典型的5G配置中，UE必须至少支持4Rx 集。

5G RAN天线系统上的EMF

EMF(Electromagnetic Field)意为“电磁场”，表示电磁场对人体的影

响和对策。为了获得RAN站点部署许可，网络运营商必须证明人们对

EMF的暴露低于给定的阈值。与传统天线系统(如具有2×2MIMO的

无源天线)相比，大规模MIMO将为现场带来更高的功率通量密度。

这是因为mMIMO天线系统将具有大约26dBi的天线增益，并且馈

入天线的功率将从2x40Watt上升到120Watt甚至更多,而传统天线

系统通常只有18dBi增益。

5G 系统EMF计算

获得RAN站点部署许可的典型应用方法是计算天线系统周围的最大

可能辐射功率。在某些情况下该计算会被RF测量补充甚至替代，这可

能会带来额外的成本。还应考虑到天线系统所需安全距离的计算。通

常会计算两个安全距离，对于知道如何在靠近天线处表现的熟练工人

来说较软的限制，以及对于所有其他人的较硬限制，对于“公共访问”，

甚至可能不知道天线系统的存在。

应用方法的细节因国家而异。最常见的对策是将天线系统部署在公共

无法进入的位置，例如在桅杆或屋顶上。如果天线系统是在街道层面

实现的，公共接入，则应使用较低的功率水平。

目前正在讨论几种关于5G大规模MIMO天线实施的方法。在站点部

署期间必须考虑总EMF限制，以确保高性能并提供所需的安全性，以

确保公众对5G辐射的看法并继续向5G系统演进。

本文标签： 天线系统限制应用辐射