考慮功率分配情形下

1、考慮功率分配的情形下，研究單基站覆蓋范圍內(nèi)任意一點(diǎn)功率密度計算方法 姓名：薛真真 學(xué)號：S130101203主要內(nèi)容1.研究背景2.基站電磁輻射場區(qū)的劃分3.近場區(qū)功率密度計算方法4.遠(yuǎn)場區(qū)功率密度計算方法 研究背景 近年來,人們對移動通信基站電磁輻射的擔(dān)心越來越重，甚至發(fā)展成“恐輻心理”，城市中的移動通信基站也越來越密集，移動基站所產(chǎn)生的電磁輻射對周圍環(huán)境的影響，越來越受到人們的重視。大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，過量的電磁輻射是有害的，但是當(dāng)電磁輻射水平在比較小的范圍內(nèi)時，對人體是安全的，無害的。v 大功率地面站發(fā)射天線輻射和功率漏失對周圍環(huán)境的輻射是重要的電磁污染源，因此計算地面站發(fā)射天線的功率密度

2、，確定天線功率密度是否滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁輻射安全限值是很重要的。v 移動通信基站對周圍電磁輻射環(huán)境的影響主要是由其發(fā)射天線發(fā)射的電磁波造成的，文中還對等效輻射功率進(jìn)行了說明，可以為后續(xù)電磁輻射分析提供依據(jù)。 電磁輻射場區(qū)的劃分 根據(jù)離天線口徑的距離，在工程上討論天線輻射場區(qū)時，一般可分為感應(yīng)區(qū)、近場區(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)。 1.感應(yīng)近場區(qū) r/4 其中，為電磁波的波長（m）。 由于電磁感應(yīng)場區(qū)范圍很小，一般可不用考慮，在工程中討論天線輻射場區(qū)時，只進(jìn)行近場區(qū)與遠(yuǎn)場區(qū)的劃分。2.輻射近場區(qū) 輻射近場區(qū)觀測點(diǎn)到天線的距離r在如下范圍， /4r2D2/ 其中，D為天線口徑最大尺寸（m）。3.遠(yuǎn)場區(qū) 遠(yuǎn)場區(qū)觀

3、測點(diǎn)到天線的距離r在如下范圍， r2D2/ 當(dāng)距離r位于天線不同場區(qū)內(nèi)，天線輻射功率密度的計算方法是不同的。近場區(qū)功率密度的計算方法v1近場區(qū)功率密度計算基本公式v 圓口徑天線的歸一化方向圖可用下式近似計算v 去掉二次相位誤差項(xiàng)，可獲得天線遠(yuǎn)場近似計算公式為：100sinF( , )=( )Df x Jx xdx 1200sinF( , )=( )exp8jDf xxJx xdx v 如果G0表示天線遠(yuǎn)場增益,則天線近區(qū)增益G( , )為:v 式中，F(xiàn)(0)表示 =0o方向上的F( )。對于圓口徑天線，天線效率為 ，則天線增益可由下式計算:220( ,)G( ,)=(0)FGF 20G=Dv

4、若已知天線的發(fā)射功率為Pt,在距離R處，偏角為 處的近區(qū)功率密度PD為:v 代入可得:v 式中，PDfac為近區(qū)功率密度因子，則:2022(,)4(0 )tFP GP DRF20416tfacPGPDPDR1200fac2120sin( )exp8PD( )jDf xxJx xdxf x xdxv 2.近區(qū)軸向功率密度的計算v 近區(qū)軸向功率密度是指 =0方向上的天線近區(qū)功率密度，天線近區(qū)軸向功率密度因子PDfac0為:v 則天線軸向近區(qū)功率密度為;1200fac02120sin( )exp8PD( )jDf xxJx xdxf x xdx200041 6tf a cP GP DP DDv 只要

5、知道天線口面場分布函數(shù)，利用數(shù)值積分法即可以確定天線近區(qū)功率密度因子的大小，然后乘以常數(shù)PtG02/16D4 ，即可求出天線近區(qū)軸向功率密度的大小。對于偏軸的近區(qū)功率密度，將常數(shù)項(xiàng)中天線軸向增益G0換成偏軸增益即可。下面以常見的圓口徑天線的口面場分布函數(shù)為均勻分布、錐削分布和高斯分布為例，推導(dǎo)了軸向近區(qū)功率密度因子的簡單計算公式。v 2.1圓口徑均勻分布的近區(qū)功率密度v 均勻分布是一種理想的口面場分布函數(shù)，即f(x)=1，將此式代入進(jìn)行積分，并化簡可得圓口徑均勻分布的近區(qū)功率密度因子為：v 則圓口徑均勻分布天線的軸向近區(qū)功率密度為：fac02128PD1 cos8200421281 cos16

6、8tPGPDDv 2.2 圓口徑錐削分布的近區(qū)功率密度的計算v v 圓口徑錐削分布是一種常見的口面場分布函數(shù)，其口面場分布函數(shù)為:f(x)=1-x2， 將上式代入進(jìn)行積分，并化簡可得圓口徑錐削分布的近區(qū)功率密度因子為: 則圓口徑錐削分布軸向近區(qū)功率密度為:2fac02225616128PD1sin1 cos882200422256161281sin1 cos1688tPGPDDv 2.3 圓口徑高斯分布的近區(qū)功率密度v 圓口徑高斯分布亦是一種常見的口面場分布函數(shù)，其口面場分布函數(shù)為:f(x)=exp(-cx2) ，式中，c為常數(shù)，不同的照射錐削其取值不同，常用照射錐削電平為10 dB，相應(yīng)的c

7、常數(shù)為1.151。將此式代入進(jìn)行積分，并化簡可得: v 則圓口徑高斯分布軸向近區(qū)功率密度為:22fac02222641-2cos8PD(+64)(1)cccceece22200422 22641-2cos816(+64)(1)cctcceePGPDDcev 3 偏軸近區(qū)功率密度的估算v 只要知道天線口面場分布，就可以計算離開天線任意位置的近區(qū)功率密度。當(dāng) 等于0時,表示天線軸向近區(qū)功率密度；當(dāng) 不等于0時，表示天線偏軸近區(qū)功率密度。若將G0用偏軸增益G( )代替，就表示天線的偏軸近區(qū)功率密度。v 天線偏軸近區(qū)功率密度計算公式為:20041 6tfa cP GP DP DD（）遠(yuǎn)場區(qū)功率密度的計算v 在此區(qū)域內(nèi)，天線場分布和增益與距離無關(guān)，則天線遠(yuǎn)場區(qū)的功率密度與距離的平方成反比。顯然天線遠(yuǎn)區(qū)的功率密度計算是很簡單的。v 觀測點(diǎn)的功率密度可按下式計算：v 其中，PERP為等效輻射功率，單位為W；r為觀測點(diǎn)與天線的距離，單位為m;為發(fā)射系數(shù)的絕對值，取值在01； 為觀測點(diǎn)與天線間連線與天線最大輻射方向的垂直夾角； 觀測點(diǎn)與天線間連線與天線最大輻射方向的水平夾角； f(,)為天線的相對場區(qū)分布系數(shù)，取值在0 1。202( , ) (1)