本發(fā)明涉及一種墻壁面向通信基站的室內(nèi)電磁輻射預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和手機的大量普及，興建了大量的移動通信基站,加大了環(huán)境中的電磁輻射暴露水平，人們對此產(chǎn)生了廣泛的擔憂。大多時間人們都呆在室內(nèi)，因此精確的預(yù)測基站周邊室內(nèi)環(huán)境中的電磁輻射強度具有很大的意義。然而大量的室內(nèi)輻射預(yù)測方法僅僅只是在室外的基礎(chǔ)上多加了個建筑物的損耗，而在實際情況中，基站天線發(fā)射的電磁波在穿過墻壁時會發(fā)射折射和反射，不同建筑物墻壁材質(zhì)的不同會導(dǎo)致室內(nèi)電磁輻射強度有很大的差異，若要準確的預(yù)測室內(nèi)各個位置的輻射分布情況，必須要考慮建筑物墻壁的影響。目前針對通信基站室內(nèi)電磁輻射的預(yù)測，文獻《determinationofexposureduetomobilephonebasestationsinanepidemiologicalstudy》(neitzkehp,osterhoffj,peklok,etal.determinationofexposureduetomobilephonebasestationsinanepidemiologicalstudy.[j].radiationprotectiondosimetry,2007,124(1):35-9.)把室外基站輻射傳播到室內(nèi)環(huán)境的衰減分成了三部分：室外空間的自由傳播，室外基站到建筑物之間障礙物的影響，輻射穿透墻壁產(chǎn)生的損耗，沒有考慮建筑物材質(zhì)的影響和折射影響。文獻《modellingindoorelectromagneticfields(emf)frommobilephonebasestationsforepidemiologicalstudies》(beekhuizenj,vermeulenr,eijsdenmv,etal.modellingindoorelectromagneticfields(emf)frommobilephonebasestationsforepidemiologicalstudies[j].environmentinternational,2014,67(2):22-26.)首先對一個城市的多個地點進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，再采用nismap軟件來模擬室內(nèi)電磁輻射分布情況，但在處理建筑物對輻射的衰減時，把墻壁當做一個固定值損耗值來處理，同樣沒有考慮建筑物材質(zhì)的影響和折射影響。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種墻壁面向通信基站的室內(nèi)電磁輻射預(yù)測方法，該方法采用穿透理論模型來分析，考慮了建筑物材質(zhì)和折射因素，能夠準確的預(yù)測室內(nèi)各個位置的電磁輻射強度。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種墻壁面向通信基站的室內(nèi)電磁輻射預(yù)測方法，包括以下步驟：1)、通過弗林斯傳輸公式、基站的發(fā)射功率、增益、距離等信息，計算出室外基站電磁波傳播到建筑物墻壁某點位電場強度的表達式；2)、根據(jù)建筑物與基站的位置信息、建筑物的墻壁材質(zhì)與穿透理論模型相結(jié)合，得到室內(nèi)各個位置的電磁輻射分布情況；上述的一種墻壁面向通信基站的室內(nèi)電磁輻射預(yù)測方法，所述步驟1)中，室外通信基站電磁波傳播到建筑物墻壁某點位電場強度的表達式為：其中，e是建筑物墻外某點位的電場強度，單位為v/m，p是發(fā)射天線的發(fā)射功率，單位為w，g是發(fā)射天線的增益，單位為dbi，r1是基站發(fā)射天線到室外墻壁穿透點的距離，單位為m。上述的一種墻壁面向通信基站的室內(nèi)電磁輻射預(yù)測方法，所述步驟2)中，室內(nèi)任一位置的電磁輻射值為：其中，ep是室內(nèi)某預(yù)測點p的電磁輻射強度，單位為v/m，p是發(fā)射天線的發(fā)射功率，單位為w，g是發(fā)射天線的增益，單位為dbi，r1是基站發(fā)射天線到室外墻壁穿透點的距離，單位為m，r2是基站電磁波穿過墻壁內(nèi)部的距離，單位為m，r3是接收點到室內(nèi)墻壁穿透點的距離，單位為m，t1和t2分別表示從自由空間到墻壁和從墻壁到自由空間的傳輸系數(shù)，其具體表達式為：其中，ηo和η2表示自由空間和墻壁媒介的波阻抗，單位為ω，θi和θt表示基站到墻壁的入射角和折射角。k1和k2分別表示自由空間和墻壁媒介的相位常量，其計算公式為：其中，ω表示電磁波的角頻率，μ0表示自由空間的磁導(dǎo)率，單位為h/m，ε0表示自由空間的介電常數(shù)，單位為f/m，εr表示墻壁媒介的相對介電常數(shù)，單位為f/m，δ表示墻壁媒介的損耗角，δ的表達式為σ/ωε0εr。α1和α2分別表示墻壁媒介的衰減和室內(nèi)環(huán)境的衰減，單位為db/m，其α1的表達式為：本發(fā)明的有益效果是：1.不僅考慮到了建筑物墻壁的材質(zhì)和折射角，同時又結(jié)合了基站的具體參數(shù)，能夠準確的預(yù)測出室內(nèi)各個位置的電磁輻射強度。2.可讓人們充分了解室內(nèi)的輻射分布情況，并指導(dǎo)基站環(huán)境影響評價與環(huán)境保護。附圖說明圖1為本發(fā)明的場景模型圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明主要是分析基站周邊室內(nèi)環(huán)境的電磁輻射強度，所以測量地點選在基站附近的普通居民樓。圖1為本發(fā)明的場景模型圖，基站位于樓頂，根據(jù)基站與墻壁的位置，建立x-y-z三維坐標系，室外基站與坐標原點在x軸向的距離為32米，在y軸向為30米，在z軸向為16米，可知基站q的坐標為(-32,30，16)。空氣的相對介電常數(shù)εr為1f/m，電導(dǎo)率σ為0s/m，墻壁材質(zhì)是普通的鋼筋混凝土，其相對介電常數(shù)εr為7f/m，電導(dǎo)率σ為0.01s/m，墻壁厚度d＝28cm。室內(nèi)的衰減系數(shù)α2取0.3db/m?；咎炀€的發(fā)射功率為20w，增益為16dbi(39.8倍)。測量設(shè)備是便攜式頻譜分析儀(keysightn9918a)和接收天線(hyperlog60180)。本發(fā)明一種墻壁面向通信基站的室內(nèi)電磁預(yù)測方法，包括以下步驟：1)、通過弗林斯傳輸公式、基站的發(fā)射功率、增益、距離等信息，計算出室外基站電磁波傳播到建筑物墻外電場強度的表達式；2)、根據(jù)建筑物與基站的位置信息、建筑物的墻壁材質(zhì)與穿透理論模型相結(jié)合，得到室內(nèi)各個位置的電磁輻射分布情況；所述步驟1中，通過弗林斯傳輸公式、基站的發(fā)射功率、增益、距離等信息，計算出室外基站電磁波傳播到建筑物墻外電場強度的表達式，包括以下內(nèi)容：本實施例中，基站天線的發(fā)射功率p＝20w，增益g＝16dbi(39.8倍)，計算出基站發(fā)射天線到建筑物室外墻壁穿透點距離為r1處電場場強度為：所述步驟2中，根據(jù)建筑物與基站的位置信息、建筑物的墻壁材質(zhì)與穿透理論模型相結(jié)合，得到室內(nèi)各個位置的電磁輻射分布情況，包括以下內(nèi)容：根據(jù)圖1的場景示意圖，以建筑物靠近基站的角落為坐標原點，建立x-y-z三維坐標系，單位為米，室外基站天線的坐標為q(-32,30,16)，假設(shè)室內(nèi)接收天線的坐標為p(xr,yr,zr)，室外基站發(fā)射的電磁波與建筑物交點的坐標為h(x,y,z)，根據(jù)它們之間的坐標關(guān)系，建立如下方程：墻壁的y軸坐標為0，可得：t＝0-yr/30-yrx＝t(-32-xr)+xry＝t(30-yr)+yrz＝t(16-zr)+zr基站到建筑物墻壁面上的距離r1為：基站天線發(fā)射電磁波入射到建筑物的入射角的余弦為：基站電磁波穿過墻壁內(nèi)部的距離r2為：接收點到室內(nèi)墻壁穿透點的距離r3為：自由空間和墻壁的波阻抗η0、η2分別是377歐和154歐，可以計算出自由空間到墻壁和從墻壁到自由空間的傳輸系數(shù)t1、t2分別為：本實施例中分析的是gsm信號，其中心頻率為956.6mhz，所以角頻率ω＝2πf＝6·109，自由空間的磁導(dǎo)率μ0、介電常數(shù)εo表示為：μ0＝4π×10-7h/m所以自由空間和墻壁媒介的相位常量分別為：墻壁衰減系數(shù)所以室內(nèi)p點的電磁輻射強度為：由上述數(shù)學(xué)表達式可知，r1、r2、r3都是關(guān)于墻壁穿透點坐標的函數(shù)，只要知道室內(nèi)預(yù)測點p的具體坐標數(shù)值就能得到墻壁穿透點的坐標，就可計算出室內(nèi)預(yù)測點p的電磁輻射值。本實施例中選取了三個預(yù)測點p1、p2、p3進行計算，并將預(yù)測值與實際測量值相比較檢驗預(yù)測效果，p1的坐標為(2，2，1.2)，p2的坐標為(3，3，1.2)，p3的坐標為(4，4，1.2),通過上述計算公式得出預(yù)測值。同時我們對這三個點位進行了測試，預(yù)測結(jié)果和實際測量結(jié)果如表1所示：表1預(yù)測值與測量值的對比預(yù)測點預(yù)測值(v/m)測量值(v/m)p10.960.79p20.610.45p30.390.28從數(shù)據(jù)對比上可以看出，測量值和預(yù)測值非常接近，證實本發(fā)明所使用方法的有效性。當前第1頁12