2024年2月15日发(作者：李柔蔓)
通信机房电磁屏蔽效能量化设计仿真分析
摘 要移动通信基站机房内部交换机、服务器等电子信息系统面临着移动通信天线近距离的电磁辐射威胁，存在一定的电磁安全隐患。针对机房基本结构特点，通过对可能存在的机房缝隙孔口耦合和贯通线缆耦合两种途径进行了仿真计算，量化了机房电磁屏蔽建设的基本原则，为移动通信基站机房的电磁屏蔽参数化设计和实施提供了理论依据。
关键词 机房，电磁屏蔽，仿真
1
1 移动通信机房屏蔽指标论证
（1）手机信号频率范围
三大运营商手机信号频率覆盖频率范围为885MHz~2655MHz(1)。具体使用频率如表1所示。
表 1 手机信号频率
上
下行频率制式
行频率（MHZ）
（MHz）
885中-909
国移171930-954
00
GSM8G
2180GSM12
动
0-1725
5-1820
800
G
1800-1900
2010-2025
TD-SCDMA
G
31880-1890
1880-1890
2320-2370
2320-2370
LTE
TD-G
42575-2635
2575-2635
909-915
954-960
00
GSM8G
21745-1755
中国1941840-1850
800
GSM1G
22130-2145
A
WCDMG
3联0-1955
通
2300-2320
2300-2320
TD-LTE
G
42555-2575
2555-2575
1755-1765
1850-1860
LTE
FDD-825-840
870-885
CDMA
2G
1920-1935
中国2372110-2125
CDMA2000
G
32370-2390
TD-LTE
电0-2390
信
2635-2655
2635-2655
G
41765-1780
1860-1875
LTE
FDD-（2）手机接受灵敏度
信号强度直接影响通话质量，一般手机设计制定如表2所示的接收灵敏度。
表 2 手机接收灵敏度
接收灵敏度
信号强度
-85dBm以上
5格信号
-85dBm~-90dBm
3~4格信号
-90dBm~-95dBm
号
为2~3格信-95dBm~-100dBm
号
为1~2格信-100dBm以下
务
2G信号无服-115dBm以下
务
4G信号无服（3）屏蔽设计指标要求
屏蔽手机信号就是要把空间中的手机信号进行屏蔽隔离，使得信号功率低于手机最低的接受灵敏度。换句话说，假设该区域手机接收到的信号良好约-85dBm，要求对该区域进行屏蔽设计后使得手机接收到的信号低于-115dBm，从而无法通话，提示不在服务区。因此，屏蔽设计指标应在885-2655MHz频率范围内大于30dB为宜。
2屏蔽设计需要考虑的因素
根据机房结构特点，对其进行屏蔽设计需考虑手机信号在孔口缝隙处的耦合以及在线缆上的场线耦合两个要素(2)。
（1）缝隙孔洞对手机信号的耦合
缝隙耦合的关键参数：缝隙长度L，缝隙深度D，缝隙宽度W(3)，测试点位置距离门缝h。具体如图 1所示。
图 1 缝隙耦合参数示意
①测试距离h对屏蔽效能的影响
图 2 测试距离对屏蔽效能的影响
仿真结果如图2所示。测试距离h影响很小，距离缝隙0.5m处和4m处相差约10dB。设定h=1m。
②缝隙长度L对屏蔽效能的影响（测试位置h=1m）
在h=1m，D=20mm，W=5mm情况下，L分别取7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、25mm、30mm、150m、1500mm进行了仿真。结果如图 3所示
图 3 缝隙长度L对屏蔽效能的影响
缝隙长度的减小在一定程度上提高了1.5Ghz以下频段的屏蔽效能，但是在2.4GHz处，屏蔽效能普遍较低。L=7mm时，屏蔽效能已到达理想屏蔽状态。设定L=15mm。
缝隙长度的分析，同样适用于孔洞耦合。图 4为孔口电磁耦合情况，孔口直径分别为15mm、25mm、30mm。
图 4 孔口电磁耦合情况
③缝隙宽度W对屏蔽效能的影响（测试位置h=1m，缝隙长度L=15）
在h=1m，D=20mm，L=15mm情况下，W分别取5mm，2.5mm，1mm进行电磁仿真。结果如图 5所示。
图 5 缝隙宽度对屏蔽效能的影响
缝隙宽度从5mm减小到1mm，对屏蔽效能提高了10dB。设定W=2.5mm。
④缝隙深度D对屏蔽效能的影响（测试位置h=1m，缝隙长度L=15，缝隙宽度2.5mm）
在h=1m，W=2.5mm，L=15mm情况下，D分别取20mm，40mm，60mm进行电磁仿真。结果如图 6所示。
图 6 缝隙深度对屏蔽效能的影响
缝隙深度从20mm增加到60mm，屏蔽效能增加8dB。对结果影响不大，设定D=20mm。
（2）线缆对手机信号的耦合
线缆对手机信号的耦合模型如图 7所示。电磁辐射会通过线缆耦合进入房间，如图 8所示。
图 7 线缆耦合模型
图 8 线缆耦合对屏蔽效能的影响
①线缆过孔的大小对屏蔽效能的影响
图 9 线缆过孔大小对屏蔽效能的影响
②线缆头长度对屏蔽效能的影响
图 10 线缆头伸出长度对屏蔽效能的影响
③屏蔽缠带长度对屏蔽效能的影响
图 11 屏蔽缠带长度对屏蔽效能的影响
从上面线缆耦合仿真结果，看出只要伸出线头不超过700mm，线缆过孔直径不超过60mm，屏蔽缠带在150mm长以上，屏蔽效能可以控制在40-50dB左右。
3屏设计建议
根据仿真结果，总结结论如下：
（1）门缝隙宽度不超2.5mm；
（2）门缝隙连续长度不超过15mm；
（3）门缝隙深度不小于20mm；
（4）线缆过孔直径不超过60mm；
（5）线缆伸出线头长度不超过700mm；
（6）屏蔽缠绕带长度不小于150mm；
在上述建议下，可实现机房内部距离装修层1m处，手机信号屏蔽30-40dB。如图 12所示。
图 12 手机屏蔽区域示意图
参考文献
[1]陈习权,孙杰,韩海林.城市小区移动通信基站电磁辐射场强的计算机仿真[J].科学技术与工程, 2012, 20(30)::10.3969/.1671-1815.2012.30.003.
[2]王军威,雒江涛,黄晶,等.移动通信基站参数管理系统的研究与实现[J].电信科学,
2014, 30(5)::10.3969/.1000-0801.2014.05.013.
[3]范磊,潘葳.多网共站址建设的移动通信基站电磁辐射防护区域及防护距离划分的探讨[J].辐射防护, 2011, 31(2)::CNKI:SUN:FSFH.0.2011-02-007.
2024年2月15日发(作者：李柔蔓)
通信机房电磁屏蔽效能量化设计仿真分析
摘 要移动通信基站机房内部交换机、服务器等电子信息系统面临着移动通信天线近距离的电磁辐射威胁，存在一定的电磁安全隐患。针对机房基本结构特点，通过对可能存在的机房缝隙孔口耦合和贯通线缆耦合两种途径进行了仿真计算，量化了机房电磁屏蔽建设的基本原则，为移动通信基站机房的电磁屏蔽参数化设计和实施提供了理论依据。
关键词 机房，电磁屏蔽，仿真
1
1 移动通信机房屏蔽指标论证
（1）手机信号频率范围
三大运营商手机信号频率覆盖频率范围为885MHz~2655MHz(1)。具体使用频率如表1所示。
表 1 手机信号频率
上
下行频率制式
行频率（MHZ）
（MHz）
885中-909
国移171930-954
00
GSM8G
2180GSM12
动
0-1725
5-1820
800
G
1800-1900
2010-2025
TD-SCDMA
G
31880-1890
1880-1890
2320-2370
2320-2370
LTE
TD-G
42575-2635
2575-2635
909-915
954-960
00
GSM8G
21745-1755
中国1941840-1850
800
GSM1G
22130-2145
A
WCDMG
3联0-1955
通
2300-2320
2300-2320
TD-LTE
G
42555-2575
2555-2575
1755-1765
1850-1860
LTE
FDD-825-840
870-885
CDMA
2G
1920-1935
中国2372110-2125
CDMA2000
G
32370-2390
TD-LTE
电0-2390
信
2635-2655
2635-2655
G
41765-1780
1860-1875
LTE
FDD-（2）手机接受灵敏度
信号强度直接影响通话质量，一般手机设计制定如表2所示的接收灵敏度。
表 2 手机接收灵敏度
接收灵敏度
信号强度
-85dBm以上
5格信号
-85dBm~-90dBm
3~4格信号
-90dBm~-95dBm
号
为2~3格信-95dBm~-100dBm
号
为1~2格信-100dBm以下
务
2G信号无服-115dBm以下
务
4G信号无服（3）屏蔽设计指标要求
屏蔽手机信号就是要把空间中的手机信号进行屏蔽隔离，使得信号功率低于手机最低的接受灵敏度。换句话说，假设该区域手机接收到的信号良好约-85dBm，要求对该区域进行屏蔽设计后使得手机接收到的信号低于-115dBm，从而无法通话，提示不在服务区。因此，屏蔽设计指标应在885-2655MHz频率范围内大于30dB为宜。
2屏蔽设计需要考虑的因素
根据机房结构特点，对其进行屏蔽设计需考虑手机信号在孔口缝隙处的耦合以及在线缆上的场线耦合两个要素(2)。
（1）缝隙孔洞对手机信号的耦合
缝隙耦合的关键参数：缝隙长度L，缝隙深度D，缝隙宽度W(3)，测试点位置距离门缝h。具体如图 1所示。
图 1 缝隙耦合参数示意
①测试距离h对屏蔽效能的影响
图 2 测试距离对屏蔽效能的影响
仿真结果如图2所示。测试距离h影响很小，距离缝隙0.5m处和4m处相差约10dB。设定h=1m。
②缝隙长度L对屏蔽效能的影响（测试位置h=1m）
在h=1m，D=20mm，W=5mm情况下，L分别取7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、25mm、30mm、150m、1500mm进行了仿真。结果如图 3所示
图 3 缝隙长度L对屏蔽效能的影响
缝隙长度的减小在一定程度上提高了1.5Ghz以下频段的屏蔽效能，但是在2.4GHz处，屏蔽效能普遍较低。L=7mm时，屏蔽效能已到达理想屏蔽状态。设定L=15mm。
缝隙长度的分析，同样适用于孔洞耦合。图 4为孔口电磁耦合情况，孔口直径分别为15mm、25mm、30mm。
图 4 孔口电磁耦合情况
③缝隙宽度W对屏蔽效能的影响（测试位置h=1m，缝隙长度L=15）
在h=1m，D=20mm，L=15mm情况下，W分别取5mm，2.5mm，1mm进行电磁仿真。结果如图 5所示。
图 5 缝隙宽度对屏蔽效能的影响
缝隙宽度从5mm减小到1mm，对屏蔽效能提高了10dB。设定W=2.5mm。
④缝隙深度D对屏蔽效能的影响（测试位置h=1m，缝隙长度L=15，缝隙宽度2.5mm）
在h=1m，W=2.5mm，L=15mm情况下，D分别取20mm，40mm，60mm进行电磁仿真。结果如图 6所示。
图 6 缝隙深度对屏蔽效能的影响
缝隙深度从20mm增加到60mm，屏蔽效能增加8dB。对结果影响不大，设定D=20mm。
（2）线缆对手机信号的耦合
线缆对手机信号的耦合模型如图 7所示。电磁辐射会通过线缆耦合进入房间，如图 8所示。
图 7 线缆耦合模型
图 8 线缆耦合对屏蔽效能的影响
①线缆过孔的大小对屏蔽效能的影响
图 9 线缆过孔大小对屏蔽效能的影响
②线缆头长度对屏蔽效能的影响
图 10 线缆头伸出长度对屏蔽效能的影响
③屏蔽缠带长度对屏蔽效能的影响
图 11 屏蔽缠带长度对屏蔽效能的影响
从上面线缆耦合仿真结果，看出只要伸出线头不超过700mm，线缆过孔直径不超过60mm，屏蔽缠带在150mm长以上，屏蔽效能可以控制在40-50dB左右。
3屏设计建议
根据仿真结果，总结结论如下：
（1）门缝隙宽度不超2.5mm；
（2）门缝隙连续长度不超过15mm；
（3）门缝隙深度不小于20mm；
（4）线缆过孔直径不超过60mm；
（5）线缆伸出线头长度不超过700mm；
（6）屏蔽缠绕带长度不小于150mm；
在上述建议下，可实现机房内部距离装修层1m处，手机信号屏蔽30-40dB。如图 12所示。
图 12 手机屏蔽区域示意图
参考文献
[1]陈习权,孙杰,韩海林.城市小区移动通信基站电磁辐射场强的计算机仿真[J].科学技术与工程, 2012, 20(30)::10.3969/.1671-1815.2012.30.003.
[2]王军威,雒江涛,黄晶,等.移动通信基站参数管理系统的研究与实现[J].电信科学,
2014, 30(5)::10.3969/.1000-0801.2014.05.013.
[3]范磊,潘葳.多网共站址建设的移动通信基站电磁辐射防护区域及防护距离划分的探讨[J].辐射防护, 2011, 31(2)::CNKI:SUN:FSFH.0.2011-02-007.