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本文提出了城市微波通道和建筑高層環(huán)境的兩大矛盾：建筑阻擋和電磁場功率密度問題。通過菲涅爾半徑F1和輔助余隙的計算可以控制建筑高度，保護國家重要微波電路通道。通過電磁場計算，認為微波電路傳輸?shù)哪芰窟h遠小于我國環(huán)保與衛(wèi)生部門規(guī)定的幅射量。并從政策管理上提出了自己的見解。
一、微波通信傳播及其特點
微波接力通信主要指無線電頻率3GHz-30GHz，波長在10cm-1cm，使用拋物面狀天線，視距傳波空間直射波的通信方式。由于其頻帶寬，容量大，如電話、電報、數(shù)據(jù)、傳真以及彩色電視等各種電信業(yè)務(wù)均可以通過微波電路來傳送。
1.天線前方的凈空區(qū)和菲涅爾區(qū)F0
假如兩個微波站之間均在平原田野地區(qū)，可視間距為50KM，根據(jù)地球表面的曲率半徑計算，突起部分為50M。見圖（1）
實際電磁波的空間傳播要復雜的多。例如城市有大量的高層建筑，電磁波被阻擋就會產(chǎn)生折射作用，大氣層的溫度、濕度、壓強以及天氣的變化都會使電磁波產(chǎn)生不同的折射，都會引起路由的不規(guī)則性，因此要有足夠的余隙。
微波通信的直線傳播原理決定了微波傳輸路由上的不可阻擋性，就像空中飛行航路一樣，需要一定的“凈空區(qū)”，國家標準GB-4821規(guī)定：微波接力站天線的正前方有一定的空曠地帶（即凈空區(qū)）。凈空區(qū)要求見圖（2）所示。在此范圍內(nèi)不應(yīng)有森林、較高的樹木、 建筑物，金屬構(gòu)筑物等。當拋物面天線直徑D=3.5m時，10D=35m 8.3D=30m 17.20D2/λ=1500m=1.5km
根據(jù)惠更斯——菲涅爾原理，波源在一定的介質(zhì)內(nèi)按一定的規(guī)律傳播，由于波的干涉作用的結(jié)果，就形成一個接一個新的波前面，就像一個個環(huán)帶，這種現(xiàn)象稱為菲涅爾帶。在微波發(fā)信和收信之間所形成的通道稱為菲涅爾區(qū)。微波接力通信的電磁波能量及所攜帶的信息就是菲涅爾區(qū)內(nèi)輻射場的總和。為了提高傳輸方向性，使用的拋物面天線，它的傳輸菲涅爾區(qū)呈橢圓狀形，而主要能量集中在第一菲涅爾區(qū)內(nèi)，第一菲涅爾區(qū)半徑用F1表示，（如圖3）其最小菲涅爾半徑用F0表示。FO=0.577F1。F0也可理解為“禁區(qū)’。阻擋物不可闖入微波通信通道的“禁區(qū)”。
2.輔助余隙問題
收發(fā)之間的直射線恰好與地形的最高點相切，信號就不能作為自由空間傳播的模式計算，接收點不可能得到相應(yīng)的信號強度，有關(guān)資料表明需要6dB以上的衰耗。此外，低空大氣對流層是受氣象變化的不均勻的媒質(zhì)，不同的氣象條件會造成電波的折射作用，引起反射
波電場的變化，改變原直射波的路徑，影響信號的穩(wěn)定度。此外，城市高層樓頂上的附加建筑構(gòu)件，如廣告、燈箱、塔座等等都是應(yīng)該考慮的因數(shù)，因此，城市上空的微波通道路由一定要留有“輔助余隙”。
上海無線電管理和通信業(yè)內(nèi)人士普遍認為，上海微波路由的輔助余隙控制在10米為恰當。
二、微波路由的阻擋問題
1.高層建筑阻擋微波路由日益趨嚴重
目前上海城區(qū)上空大概有近200條微波電路。它們有不同的頻率，不同的高度，不同的路由，不同的極化方式，彼此避讓，互相協(xié)調(diào)，是一張看不見空中交通網(wǎng)。這些通信微波站的微波電路分布在電信、電力、海運、海事、廣播電視、氣象、公安、防汛、海關(guān)、鐵路、政府等各類部門一這幾年，城市發(fā)展了，各通信單位把微波通信的鐵塔架到了高層頂上，希望改善空中路由的條件，但是他們周圍的高樓紛紛拔地而起，給通信造成了新的困難，像地處人民廣場旁的上海電信大樓樓高120米，二十多年前剛建成時，他們的微波通信電路到各個方向非常暢通，電路質(zhì)量十分理想，而現(xiàn)在，他的周圍高樓林立，幾乎處于包圍之中（如圖3照片），幾年前，在他前面的一棟大樓施工時阻擋了該站經(jīng)嘉定區(qū)到江蘇的國家干線路由。由于電路重要不能受影響，工程不得不暫停，協(xié)調(diào)時間達數(shù)月，經(jīng)濟損失數(shù)千萬。這樣的例子目前時有發(fā)生，微波通道和高層建筑之間協(xié)調(diào)的課題明顯地擺在我們面前。
2.上海規(guī)劃建設(shè)的“藍線”控制
為了合理的解決矛盾，上海市規(guī)劃局和上海市無線電管理局幾年前聯(lián)合調(diào)查過上海微波通道的狀況，把國家微波干線的空中通道作為城市“藍線”控制，納入城市規(guī)劃控制要素管理，凡是涉及“藍線”的高層建筑的建設(shè)都要得到上海無線電管理局的咨詢指導。
三、衛(wèi)生和電磁場環(huán)境的標準
1.環(huán)境問題日益受人關(guān)注
一方面城市高層建筑越來越多地阻擋微波電路，影響通信質(zhì)量。另一方面高層居住者越來越多地接近電磁場環(huán)境，人們也越來越關(guān)心自己的居住的環(huán)境，有些人看到天線就會感到緊張，感到不舒服，管理部門受理電磁場環(huán)境的投訴事件時有上升。
2.我國衛(wèi)生標準
關(guān)于微波的容許幅射限值即衛(wèi)生標準最早是有前蘇聯(lián)和美國分別于20世紀50年代提出的，80年代，我國根據(jù)國內(nèi)外長期研究和實踐的積累，提出了、中國標準。國家規(guī)定GB10436-89幅射衛(wèi)生標準是：對連續(xù)發(fā)射的電磁波，每日的8小時中平均功率密度為50μw/cm2。
四、微波阻擋問題的解決方法
微波阻擋問題是世界各大城市普遍遇到的問題，國家無線電管理局和國家建設(shè)部2004年著手聯(lián)合就《微波通道和城市高層協(xié)調(diào)發(fā)展》調(diào)研，在此就我個人經(jīng)驗和體會提出一些看法和算法。
1.嚴格保護若干國家重要微波電路空中通道，并納入城鄉(xiāng)規(guī)劃管理要素，已受保護的微波通道須限定保護時間。前面提及本市微波電路有兩百余條，根據(jù)電路容量，路由跨度，可替代性等幾個方面的測算，特別重要的電路大致數(shù)十條，主要用于中國電信的公眾通信、中國電力的跨省調(diào)度通信，中國海運的國際通信等，這些單位的電路應(yīng)嚴格保護。中國電信的六條電路還報市人民代表大會常務(wù)委員會通過保護時限。這些電路的主管部門應(yīng)及時將自己的微波站電臺參數(shù)、條件，定期地向市規(guī)劃部門和無線電局報告，取得這些部門的支持。
為了不制約城市發(fā)展，同時要求通信部門加強微波被有線電替代的計劃的實施，如超過保護時限、時期，必須重新審定其重要程度，該撤銷的撤銷，該延長的延長，不搞”一勞永逸”的終身制。
2.新建長途傳輸電路樞紐站一般不得用微波通信方式進入城市中心和開發(fā)區(qū)。
目前國家通信部門的多家經(jīng)營化，例中國移動，中國聯(lián)通，中國網(wǎng)通也開始大量使用微波，有的也是跨省際的，他們也紛紛提出保護的要求。對于新興的通信部門，通信和無線電主管部門要求他們在通信網(wǎng)絡(luò)的策劃階段就開始多用有線方式，不支持用無線作為干線進入中心城區(qū)、開發(fā)區(qū)，不用無線作為電路樞紐，盡量避免引發(fā)微波通信和城市規(guī)劃高樓之間的新矛盾。
3.鼓勵微波傳輸作為應(yīng)急通信手段，備份手段。更多地用于抗災(zāi)、救災(zāi)、突發(fā)事件等場合。
隨著城市的不斷擴大，伴隨著不少突發(fā)事件和災(zāi)難的發(fā)生。例如局部的積水、路面破壞、局部火警火災(zāi)、人為破壞等等。而微波的應(yīng)急能力在上述場合是有線電遠遠不能及的。因此微波通信設(shè)施多用于突發(fā)和應(yīng)急情況為上策。
4.合理利用城市新建的建筑高層制高點，完善已建立的空中保護通道。因為新建一條微波保護通道是極其不容易的。以中國電信為例，上海電信大樓是通向我國北方、南方、衛(wèi)星地球站和國際海纜登陸局等數(shù)個方向的重要微波樞紐站，上海規(guī)劃部門多年來一直致力于對他們的空中保護，因此對幾個固定方向的路由，若遇到阻擋現(xiàn)象可考慮在新建大樓頂上設(shè)立微波中轉(zhuǎn)站，從而盡量保留和改善原有的通道。
5.在中心城區(qū)周圍建立幾個新的微波樞紐站，并通過光纜連接各樞紐站。由于中心城區(qū)的不斷擴大，微波通信的需求也在不斷擴大，因此可以考慮中心城區(qū)的周圍新設(shè)幾個微波中轉(zhuǎn)站．但必須搞集約化建設(shè)，鼓勵多個通信部門在集約化的指導下，建設(shè)新的樞紐站。據(jù)有關(guān)部門的初步調(diào)查，可以在徐家匯，寶山，陸家嘴幾個高層集中的地方新建微波樞紐站，各大通信公司若有新的路由需求，可向幾個樞紐站集中，再由光纜互相連接，必需時也可用微波連接。
6.嚴格管理城市微波電路。設(shè)臺的參數(shù)諸如設(shè)臺地址、臺站的數(shù)量、通道路由、天線高度等不得任意更改。由于各家電路使用單位都有自己的特殊性，以及微波通信的靈活性，機動性，因此造成目前有些通信單位隨意更改電路和路由，缺乏事先規(guī)劃，所以造成和城市高樓阻擋之間的矛盾時有發(fā)生，在此有必要強調(diào)無線電管理的法規(guī)意識。
7.城市中心不得單立微波高塔。在高層樓頂而立的微波天線要有一定的審批程序，注意城市的自然景觀和生態(tài)環(huán)境。單立微波高塔的情況在世界各地都有。這些微波站或通信站的設(shè)立，往往避開高密度人口，少有高層建筑的地方。我國各大城市單立高塔的情況也不是少見。有些地方微波通信的兩個端點很可能其中有一端是單立微波高塔的，由于受高塔建設(shè)成本的制約，所建高塔樣式單調(diào)，而且和周圍環(huán)境不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象非常普遍，因此有必要提出這一點。
8.重要的微波電路、路由與高層建筑發(fā)生沖突時，應(yīng)執(zhí)行管理部門的協(xié)調(diào)方案。矛盾常常是不可避免的，為此協(xié)調(diào)工作也是不可少的。各地城市有必要根據(jù)自己城市管理的實際情況建立協(xié)調(diào)程序。在上海對于國家級保護電路，規(guī)劃部門要求他們能提供1∶2000的路由地圖。在可能涉及國家保護電路的菲涅爾區(qū)的地方，必須由無線電管理局提供技術(shù)咨詢。發(fā)生有沖突可能時，應(yīng)及有工作小組協(xié)調(diào)處理。例如，中國電信曾有一條上海大陸通達長江口長興島的電路，當時長興島受國家重點工程的征用，經(jīng)過友好協(xié)商，很快解決問題，中國電信調(diào)整了微波通信路由。
9.除了城市規(guī)劃控制的主要程序，在全市近二百條微波通道的管理中，我們還有許多具體情況需要處理，有些電路需要具體的計算，諸如擬建的建筑物物頂可能和電波相交的高度，擬建建筑物最大極限高度，環(huán)保衛(wèi)生部門所關(guān)心的電磁場強度E（電場強度），H（磁場強度），S（功率密度）的計算都是需要顧及的。
五、對重要微波電路的關(guān)鍵結(jié)論：
1.嚴格保護重要微波天線近場區(qū)。以電信大樓樓頂3.5小米拋物面天線為例，寬度為35m，遠近1500m以內(nèi)為凈空區(qū)。不能有任何阻擋物。
2.通道路由寬度，根據(jù)第一菲涅耳區(qū)半徑計算，且附加余隙10米。
3.滿足計算的限高和寬度，S、E、H、值都能滿足衛(wèi)生和環(huán)保部門的要求。
章惠祥 1947年6月出生。1975年畢業(yè)于上海市工程技術(shù)大學無線電系，長期從事微波、短波和衛(wèi)星地球的通信工作。1991年開始從事無線電頻率、臺站管理工作。曾參與上海微波通信和城市高層建筑協(xié)調(diào)發(fā)現(xiàn)和管理對策研究，獲得上�？萍汲晒�。
摘自 中國電信
