5G 通信基站电磁仿真与电磁兼容优化策略分析

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5G 技术作为 4G 之后出现的新一代无线通信技术，有速率更高、延迟更低以及容量更高这样的优势，正逐渐成为未来通信领域的主流技术，5G 基站天线属于 5G 通信网络里的关键部分，它的性能会直接对 5G 网络的建设以及使用效果造成影响，然而在开展 5G 基站天线建设工作时，鉴于其特殊的结构以及工作原理，存在一些电磁兼容方面的问题，这些问题有可能给周围环境以及其他无线电设备带来不良影响，要采取相应对策来解决这些问题。

一、5G 通信基站电磁性概述

（一）工作频段与天线结构特点

5G 通信基站主要在中高频段开展工作，毫米波频段，相较于 4G低频段，5G 频段的信号波长明显变短，像在 28GHz 频段，信号波长大概只有 10.7mm ，这致使信号在空间传播时的损耗急剧增加，对天线的辐射效率、增益等性能指标提出了更高标准，为应对此项挑战，5G 基站大量运用 MassiveMIMO 技术，配备大规模阵列天线，一般由数十甚至上百个天线单元构成 [1]。借助波束赋形技术，基站可将电磁能量聚焦在特定方向，达成信号覆盖范围的拓展以及通信容量的提高，然而这种繁杂的天线结构让电磁辐射方向图变得极为复杂，旁瓣电平的精准控制难度增大，很容易引发电磁干扰问题。

（二）电磁辐射特性

在处于中高频的工作频段范围之内的时候，5G 基站所产生的电磁辐射呈现出了一种别具一格的空间分布特性，一方面，高频信号于空间当中衰减的速度十分迅速，这使得基站近场区域的电磁强度处于较高的水平，有可能会对周边近距离的电子设备以及人体健康产生潜在的影响。另一方面，MassiveMIMO 天线所采用的波束赋形技术尽管可让主瓣方向的信号强度得到提高，然而在非主瓣方向上，电磁能量或许会对周边的电子设备产生较为强烈的电磁耦合干扰。除此之外，毫米波频段的信号受到大气、雨雾等环境因素的影响较为明显，有实验可证明，在降雨的状况之下，毫米波信号的衰减可增加数 dB 甚至更多，这会使电磁传播的路径发生改变，而且会致使信号强度的分布出现比较大的变化，让电磁环境的复杂程度有所增加[2]。

二、5G 通信基站电磁兼容性分析

（一）电磁干扰源识别

开展电磁兼容性分析，首要任务是识别基站内部和外部的电磁干扰源，基站内部干扰源包含电源模块、信号处理模块、射频模块等，电源模块工作时，开关器件高频切换会产生大量电磁噪声，信号处理模块里的高速数字电路，信号快速跳变会成为电磁干扰源头，射频模块会产生谐波信号，若这些谐波没得到有效抑制，可能干扰其他模块。外部干扰源主要来自其他电子设备，像周边广播电视发射塔、卫星通信地面站、雷达系统等，它们和 5G 基站可能频段重叠或相近，引发同频或邻频干扰，自然环境中雷电、太阳黑子活动等也可能产生电磁干扰，影响5G 基站正常运行。

（二）电磁干扰传播途径分析

全面认识电磁干扰的传播途径对制定有效的干扰抑制措施而言十分关键，电磁干扰的传播途径主要有传导、空间辐射以及结构耦合这三种形式，传导干扰指的是电磁干扰信号借助导线、电缆等导体来传播，像是电源线上的干扰信号可凭借传导这种方式进入基站内部的各个设备，空间辐射干扰是说干扰源以电磁波的形态向周围空间辐射能量，以此对周边设备形成干扰，5G 基站天线发射的信号便有可能对附近的其他无线通信设备产生空间辐射干扰，结构耦合干扰是指干扰信号经由设备的金属外壳、结构部件等展开传播，当干扰信号耦合到设备结构上时，有可能在设备内部产生感应电流，影响设备的正常运行。

（三）电磁兼容性设计

电磁兼容性设计是借助合理设计方案来降低电磁干扰对 5G 基站及周边设备的影响，具体措施有电缆布局优化、屏蔽设计、滤波器设计以及接地设计等，在电缆布局上要合理规划电缆走向和敷设方式，防止强电电缆与弱电电缆近距离并行，以此减少电缆间的电磁耦合，屏蔽设计是运用金属屏蔽罩、屏蔽网等材料对敏感电路和设备加以屏蔽，阻断电磁干扰的传播路径。滤波器设计是在电源、信号端口加装高性能滤波器，像低通滤波器、带通滤波器等，抑制谐波、杂散信号的产生与传播，接地设计借助良好的接地系统，把设备产生的电磁干扰信号引入大地，降低设备的电位差，提高设备的抗干扰能力。

三、5G 通信基站电磁兼容问题

（一）基站内部电磁干扰

5G 基站内部整合了大量繁杂的射频、基带等电子设备，这些设备于狭小空间中进行密集布置，不同设备间的电磁耦合问题极为较大，例如，射频模块发射信号时会生成丰富的谐波信号，倘若这些谐波信号未能得到有效抑制，便有可能对基带信号处理电路造成干扰，引发信号解调错误，致使通信质量下降，天线阵列各单元之间存在互耦状况，互耦会改变天线的输入阻抗以及辐射方向图，对天线的辐射性能产生影响，使信号增益与方向性降低，限制基站的覆盖范围与通信容量。

（二）基站与外部系统的电磁干扰

5G 基站跟周边其他通信系统、电力设备以及雷达系统等之间呈现出复杂的电磁干扰关系，就通信系统而言，5G 频段和广播电视、卫星通信等部分频段出现重叠或者相近的状况，这就容易引发同频干扰以及邻频干扰，而且 5G 基站的电磁辐射以及可能对医院里的医疗设备像核磁共振成像仪、心电监护仪等以及学校的电子教学设备像多媒体投影仪、电子白板等这类精密仪器的正常运行形成影响，危及医疗安全以及教学质量。

四、5G 通信基站电磁兼容优化策略

（一）基站布局优化

依据电磁仿真得出的结果，对 5G 基站的选址以及布局展开科学规划，要防止在居民区、学校、医院这类人员密集的区域近距离设置高功率基站，需合理把控基站之间的间距，优化天线的挂高以及倾角，以此减少基站之间的同频干扰以及信号重叠覆盖情况，借助建筑物、地形等自然形成的屏障，降低电磁辐射给敏感区域带来的影响。

（二）天线参数优化

对天线工作频段、极化方式以及波束宽度等参数给予调整，以此来改良天线辐射性能，运用低旁瓣天线设计，让非主瓣方向的电磁辐射强度得以降低，对 MassiveMIMO 天线的阵列结构以及权值算法加以优化，使波束赋形精度得以提升，减少对周边设备产生的干扰。

（三）屏蔽与滤波技术应用

于基站设备内部，运用金属屏蔽罩以及电磁屏蔽材料针对敏感电路给予屏蔽，以此阻断电磁干扰的传播路径，另外在电源端口与信号端口加装高性能滤波器，抑制谐波以及杂散信号的产生和传播，提升设备的电磁抗干扰能力。

五、总结

5G 通信基站的电磁仿真以及电磁兼容优化属于保障 5G 网络稳定运行以及降低电磁环境风险的关键环节，本文针对 5G 基站展开电磁特性分析、电磁仿真建模以及电磁兼容问题研究，提出了一系列优化策略，在实践过程中，要把电磁仿真和实际工程结合起来，不断完善优化方案，以此提升5G 基站的电磁兼容性以及可靠性。

参考文献

[1] 赵官宝 , 周凌霄 . 电磁兼容性分析在 5G 基站与卫星地球站共存场景中的应用探讨 [J]. 产业科技创新 ,2024,6(4):126-128.

[2] 王伟新 , 舒俊华 , 睢宁宁 , 等 .AC/DC 通信电源模块远场电磁辐射发射预测研究 [J]. 电源学报 ,2024,22(5):44-51.

作者简介：杜浩（1981.08.06），男，汉，陕西富平，工程师，硕士，单位：西安中兴新软件有限责任公司，研究方向：电磁兼容。