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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(chǎng)功率密度問(wèn)題。通過(guò)菲涅爾半徑F1和輔助余隙的計(jì)算可以控制建筑高度，保護(hù)國(guó)家重要微波電路通道。通過(guò)電磁場(chǎng)計(jì)算，認(rèn)為微波電路傳輸?shù)哪芰窟h(yuǎn)遠(yuǎn)小于我國(guó)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(diǎn)
微波接力通信主要指無(wú)線電頻率3GHz-30GHz，波長(zhǎng)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(bào)、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(guò)微波電路來(lái)傳送。
1.天線前方的凈空區(qū)和菲涅爾區(qū)F0
假如兩個(gè)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(jì)算，突起部分為50M。見圖（1）
實(shí)際電磁波的空間傳播要復(fù)雜的多。例如城市有大量的高層建筑，電磁波被阻擋就會(huì)產(chǎn)生折射作用，大氣層的溫度、濕度、壓強(qiáng)以及天氣的變化都會(huì)使電磁波產(chǎn)生不同的折射，都會(huì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)拋物面天線直徑D=3.5m時(shí)，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(gè)接一個(gè)新的波前面，就像一個(gè)個(gè)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(chǎng)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(wèn)題
收發(fā)之間的直射線恰好與地形的最高點(diǎn)相切，信號(hào)就不能作為自由空間傳播的模式計(jì)算，接收點(diǎn)不可能得到相應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度，有關(guān)資料表明需要6dB以上的衰耗。此外，低空大氣對(duì)流層是受氣象變化的不均勻的媒質(zhì)，不同的氣象條件會(huì)造成電波的折射作用，引起反射
波電場(chǎng)的變化，改變?cè)鄙洳ǖ穆窂�，影響信�?hào)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(wú)線電管理和通信業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，上海微波路由的輔助余隙控制在10米為恰當(dāng)。
二、微波路由的阻擋問(wèn)題
1.高層建筑阻擋微波路由日益趨嚴(yán)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(yùn)、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(chǎng)旁的上海電信大樓樓高120米，二十多年前剛建成時(shí)，他們的微波通信電路到各個(gè)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(shí)阻擋了該站經(jīng)嘉定區(qū)到江蘇的國(guó)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(shí)間達(dá)數(shù)月，經(jīng)濟(jì)損失數(shù)千萬(wàn)。這樣的例子目前時(shí)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?cái)[在我們面前。
2.上海規(guī)劃建設(shè)的“藍(lán)線”控制
為了合理的解決矛盾，上海市規(guī)劃局和上海市無(wú)線電管理局幾年前聯(lián)合調(diào)查過(guò)上海微波通道的狀況，把國(guó)家微波干線的空中通道作為城市“藍(lán)線”控制，納入城市規(guī)劃控制要素管理，凡是涉及“藍(lán)線”的高層建筑的建設(shè)都要得到上海無(wú)線電管理局的咨詢指導(dǎo)。
三、衛(wèi)生和電磁場(chǎng)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)
1.環(huán)境問(wèn)題日益受人關(guān)注
一方面城市高層建筑越來(lái)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(lái)越多地接近電磁場(chǎng)環(huán)境，人們也越來(lái)越關(guān)心自己的居住的環(huán)境，有些人看到天線就會(huì)感到緊張，感到不舒服，管理部門受理電磁場(chǎng)環(huán)境的投訴事件時(shí)有上升。
2.我國(guó)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)
關(guān)于微波的容許幅射限值即衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)最早是有前蘇聯(lián)和美國(guó)分別于20世紀(jì)50年代提出的，80年代，我國(guó)根據(jù)國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期研究和實(shí)踐的積累，提出了、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家規(guī)定GB10436-89幅射衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)是：對(duì)連續(xù)發(fā)射的電磁波，每日的8小時(shí)中平均功率密度為50μw/cm2。
四、微波阻擋問(wèn)題的解決方法
微波阻擋問(wèn)題是世界各大城市普遍遇到的問(wèn)題，國(guó)家無(wú)線電管理局和國(guó)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(gè)人經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)提出一些看法和算法。
1.嚴(yán)格保護(hù)若干國(guó)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(hù)的微波通道須限定保護(hù)時(shí)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(gè)方面的測(cè)算，特別重要的電路大致數(shù)十條，主要用于中國(guó)電信的公眾通信、中國(guó)電力的跨省調(diào)度通信，中國(guó)海運(yùn)的國(guó)際通信等，這些單位的電路應(yīng)嚴(yán)格保護(hù)。中國(guó)電信的六條電路還報(bào)市人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)通過(guò)保護(hù)時(shí)限。這些電路的主管部門應(yīng)及時(shí)將自己的微波站電臺(tái)參數(shù)、條件，定期地向市規(guī)劃部門和無(wú)線電局報(bào)告，取得這些部門的支持。
為了不制約城市發(fā)展，同時(shí)要求通信部門加強(qiáng)微波被有線電替代的計(jì)劃的實(shí)施，如超過(guò)保護(hù)時(shí)限、時(shí)期，必須重新審定其重要程度，該撤銷的撤銷，該延長(zhǎng)的延長(zhǎng)，不搞”一勞永逸”的終身制。
2.新建長(zhǎng)途傳輸電路樞紐站一般不得用微波通信方式進(jìn)入城市中心和開發(fā)區(qū)。
目前國(guó)家通信部門的多家經(jīng)營(yíng)化，例中國(guó)移動(dòng)，中國(guó)聯(lián)通，中國(guó)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(hù)的要求。對(duì)于新興的通信部門，通信和無(wú)線電主管部門要求他們?cè)谕ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的策劃階段就開始多用有線方式，不支持用無(wú)線作為干線進(jìn)入中心城區(qū)、開發(fā)區(qū)，不用無(wú)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(lì)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(chǎng)合。
隨著城市的不斷擴(kuò)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(chǎng)合是有線電遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)，完善已建立的空中保護(hù)通道。因?yàn)樾陆ㄒ粭l微波保護(hù)通道是極其不容易的。以中國(guó)電信為例，上海電信大樓是通向我國(guó)北方、南方、衛(wèi)星地球站和國(guó)際海纜登陸局等數(shù)個(gè)方向的重要微波樞紐站，上海規(guī)劃部門多年來(lái)一直致力于對(duì)他們的空中保護(hù)，因此對(duì)幾個(gè)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(gè)新的微波樞紐站，并通過(guò)光纜連接各樞紐站。由于中心城區(qū)的不斷擴(kuò)大，微波通信的需求也在不斷擴(kuò)大，因此可以考慮中心城區(qū)的周圍新設(shè)幾個(gè)微波中轉(zhuǎn)站．但必須搞集約化建設(shè)，鼓勵(lì)多個(gè)通信部門在集約化的指導(dǎo)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(gè)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(gè)樞紐站集中，再由光纜互相連接，必需時(shí)也可用微波連接。
6.嚴(yán)格管理城市微波電路。設(shè)臺(tái)的參數(shù)諸如設(shè)臺(tái)地址、臺(tái)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(jī)動(dòng)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(shí)有發(fā)生，在此有必要強(qiáng)調(diào)無(wú)線電管理的法規(guī)意識(shí)。
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(guó)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(gè)端點(diǎn)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(diǎn)。
8.重要的微波電路、路由與高層建筑發(fā)生沖突時(shí)，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(shí)際情況建立協(xié)調(diào)程序。在上海對(duì)于國(guó)家級(jí)保護(hù)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(guó)家保護(hù)電路的菲涅爾區(qū)的地方，必須由無(wú)線電管理局提供技術(shù)咨詢。發(fā)生有沖突可能時(shí)，應(yīng)及有工作小組協(xié)調(diào)處理。例如，中國(guó)電信曾有一條上海大陸通達(dá)長(zhǎng)江口長(zhǎng)興島的電路，當(dāng)時(shí)長(zhǎng)興島受國(guó)家重點(diǎn)工程的征用，經(jīng)過(guò)友好協(xié)商，很快解決問(wèn)題，中國(guó)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(jì)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(chǎng)強(qiáng)度E（電場(chǎng)強(qiáng)度），H（磁場(chǎng)強(qiáng)度），S（功率密度）的計(jì)算都是需要顧及的。
五、對(duì)重要微波電路的關(guān)鍵結(jié)論：
1.嚴(yán)格保護(hù)重要微波天線近場(chǎng)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(yuǎn)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(jì)算，且附加余隙10米。
3.滿足計(jì)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(xué)無(wú)線電系，長(zhǎng)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(wú)線電頻率、臺(tái)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(duì)策研究，獲得上�？萍汲晒�(jiǎng)。
摘自 中國(guó)電信
