金属振子结构在矿井5G辐射场中的安全功率分析

煤矿井下存在瓦斯等易燃易爆气体，5G无线通信系统基站天线辐射出的电磁波被井下金属结构吸收，在金属结构断点处产生放电火花，当电火花能量达到瓦斯气体的最小点火能时可能发生爆炸，限制了5G技术在煤矿井下的应用。为了评估5G无线通信基站射频功率的安全性，通过分析金属结构耦合电磁波的方式，得到射频功率、最大辐射场强与距离的关系；以最小点火能为安全判定标准，得出天线负载的接收功率小于2.625 W时，可确保不会引起瓦斯爆炸；分析得出煤矿井下应优先选择700 MHz作为5G工作频段；通过分析方向性系数，得出应选择臂长与波长比为0.65的对称振子天线金属结构进行研究，对称振子天线金属结构安全电场强度为202.9 V/m，最小安全距离为0.2 m。仿真结果表明：在距离发射天线小于0.2 m的区域电场分布极不均匀，在距离发射天线大于0.2 m的区域电场分布较均匀；在距离发射天线大于0.2 m的区域导致瓦斯爆炸的最小射频功率为27.45 W。