基于全生命周期的基站天线碳足迹分析与计算

中图分类号：TN828.6 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2025）07-0005-04

Abstract：From the analysisof theannual output anduse characteristics ofthe base stationantenna，itcan be seen that the controlofthecarbonemisionsofthebase stationantenna inthe wholelifecycleisveryimportantforprotectingtheclimate. Inthis study，the wholelifecyclecarbon footprint analysisandcalculationofbase station antenna products fromcradle to grave arecariedout.AcordingtotheISO14067carbonemissionstandard，thecalculationandanalysisprocessofcarbonfootprint is dfined，andthecarbonemissioncalulationmethodofeachstageofthewholelifecycleofbasestationantennaisproposed. Through the analysisand calculation ofabase station antenna，the total amount and proportionofcarbon emisions in each stagecanbeclearlysee，anditcanbeknownthatthemostimportantcarbonemissonsofthebasestationantenna our nthe use stage.Inaddition，thisstudyalsoanalyzes themaininfluencingfactorsofcarbonemissions ineachstageof thewholelife cycleofthe basestationantenna，andprovidesanefective methodforcarbonemissioncontrolineach stageoftebasestation antenna.

Keywords： base station antenna; carbon footprint; whole life cycle; carbon emission control; green antenna

0 引言

据统计，2019年由于4G基站的大规模建设拉动了国内基站天线的需求，国内基站天线产量高达729.1万套。2022年中国基站天线产量约为657.8万套，2023年中国基站天线产量约为819万套，较2022年增加了161.2万套[1]。中国作为世界上最大的能源消费国之一，其减排行动对全球气候变化的应对具有重要影响。因此，通过分析与计算产品碳足迹[2]，可以了解产品全生命周期内各阶段的碳排放情况，从而有针对性地提出降低碳排放的措施，生产出性能优越、低碳排放的产品。

1 基站天线简介

基站天线是无线通信网络中实现能量转换和网络精准覆盖的关键设备，对无线通信网络质量具有“一票否决”的作用。它通过发送和接收无线信号，实现有线通信网络与无线终端之间的信号无线传输。图1为基站天馈系统示意图。发送信号首先通过传输网络发送到基站，然后在基站侧经过RRU（射频拉远单元）和BBU（基带处理单元）处理，通过射频馈线送到基站天线上进行发射。终端通过无线信道接收天线所发射的无线电波，然后解调出属于自己的信号。接收信号是指基站天线接收来自终端的无线信号，通过射频馈线送到基站侧，经过RRU和BBU处理，再通过传输网络进行传输。

2基站天线产品碳足迹分析与计算

为全面分析和计算基站天线产品的碳足迹，需采用全生命周期评价方法进行评估，并采用清单分析法、排放系数法进行计算[3]。计算中涉及的温室气体包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫等，使用二氧化碳当量[4表示。在计算前，需建立产品的全生命周期流程图，然后确定核查范围、系统边界、取舍准则、数据质量、数据收集及碳排放计算，其中核查范围、系统边界、取舍准则和数据质量的具体要求可参照ISO14067[5]。

2.1全生命周期流程图

基站天线全生命周期的碳足迹评估范围为“摇篮到坟墓”，各阶段的碳排放量汇总得到全生命周期的总碳排放量，计算式为：

式中， 为原材料阶段碳排放量 ）， 为物料制造阶段碳排放量（ ）， 为天线制造阶段碳排放量 ）， 为运输阶段碳排放量 ， 为使用阶段碳排放量！ ， 为回收阶段碳排放量（ ）。

2.2 数据收集

计算碳排放主要涉及两类数据：碳排放因子和活动水平数据。碳排放因子来源于《中国产品全生命周期温室气体排放系数库》；活动水平数据来源于实际活动数据或理论活动数据。实际活动数据来源于实时监测、企业台账等；当实际活动数据较难获取时，可从相关文献、会议报告中获取理论活动数据。

下面以 ，65度波束，15dBi增益，4端口”天线为例，计算其全生命周期的碳排放。该天线净重为 1 9 k g ，毛重为 2 9 k g ，天线产品的物料组成对应关系如表1所示。

2.2.1 原材料阶段

原材料阶段的活动数据主要是原材料的清单和对应的物料重量，计算式为：

式中， 为原材料阶段碳排放量 ， 为第 i 种原材料重量 ， 为第 i 种原材料碳排放因子 。

例如，铝锭的重量为 1 . 6 k g ，碳排放因子为 ，则铝锭的原材料阶段碳排放量为 。以此类推可以计算出每一类原材料的碳排放，汇总后天线原材料阶段的碳排放量为 。

2.2.2 制造阶段

天线制造阶段包括两个阶段：物料制造和产品制造。为了量化活动水平数据，通常使用能源消耗来表示，例如电能的消耗、燃油的消耗等。

1）每一类物料的制造实际活动数据由产品尺寸、机台功率、制造工序、质量要求等因素决定，分为成型阶段、机加阶段和后处理阶段的活动数据。

例如，铝（压铸）的制造阶段实际活动数据如下：成型阶段涉及物料模具压铸成型；机加阶段涉及冲模、去毛刺、钻孔、攻丝；后处理阶段涉及喷砂、电镀。

通过统计每一类物料各阶段的机台台班数据量，可以得到每一类物料的活动数据。碳排放计算如式（3）和（4）所示：

式中， 为物料制造阶段碳排放量 ； 为第 i 种物料制造的机台台班数据量； 为第i 种物料制造对应的机台碳排放因子（ 台班），每工作八小时为一台班； 为物料制造的单位台班耗电数（ k W h/ 台班）； F 为电网碳排放因

子 。

例如，天线辐射单元制造阶段总耗电数为1k W h ，取全国电网平均碳排放因子为 k W h ，则碳排放为 。收集每一类物料制造阶段的总耗电数，计算出每一类物料制造阶段的碳排放，汇总后天线制造阶段的碳排放总量为 。

2）产品的制造实际活动数据由产品的复杂程度、制造工序、指标要求决定，计算式为：

式中， 为天线制造阶段碳排放量 ）， 为第 i 步制造工序能源消耗量（ ）， F 为电网碳排放因子 。

产品制造过程中主要涉及物料准备阶段、装配阶段、调试阶段、封胶阶段、包装阶段。根据每一阶段的能源消耗，可以算出总的能源消耗为 进而可以算出产品制造阶段的碳排放为 。

2.2.3 运输阶段

对于运输阶段，涉及物料的运输和产品的运输。

1）对于物料的运输，包括原材料从供应商运输到物料制造厂商，如果物料涉及后处理，则还包括从制造厂商到后处理厂商之间的运输。

2）对于产品的运输，指的是产品从制造厂商仓库运输到运营商仓库，以及从运营商仓库运输到产品安装点之间的运输。

运输阶段的活动水平数据主要涉及物料重量和平均运输距离，计算式为：

式中， 为运输阶段碳排放量 ）， 为第 i 种物料总重量（ ⟨ k g⟩ ）， 为第 i 种物料平均运输距离（ （ k m） ， 为第 i 种物料单位重量运输距离碳排放因子 ）。

例如：反射板的运输，包括原材料采购、后处理的运输以及物料运输到京信通信，总运输距离为2 0 0 k m ，采用 5 . 2 m 柴油货车（单位重量运输距离碳排放因子为 ），反射板重量为 2 . 7 8 k g ，则：

反射板的运输碳排放为 5 2 . 7 8 k g× 2 0 0 k m

参照上述计算案例逐一计算所有物料，在采用柴油货车运输的前提下，天线物料运输阶段的碳排放为 。

产品采用40尺高柜的柴油货车（单位重量运输距离碳排放因子为 ）从广州运往南京运营商仓库，路程为 ，天线重量为3 3 k g ，因此计算出每副天线运输阶段的碳排放为8.2 。

2.2.4 使用阶段

基站天线虽为无源设备，但天线与RRU（射频拉远单元）将射频信号转化为电磁波进行发送和接收，电磁波的转换过程需要消耗电能。为了量化基站天线产品在使用阶段的碳排放，并避免与基站设备产生的碳排放重复计算，定义从RRU输出端口开始计算天线产品使用阶段的碳排放。RRU端发射的功率计算式如（7）所示：

式中， P 为信道发射功率（ ），EIRP为等效全向辐射功率[（ ）， 为馈线损耗（dB）， 为天线损耗（dB）， η 为天线的辐射效率。

天线辐射效率影响天线方向性系数和天线损耗[。在等效全向辐射功率和馈线损耗一定的条件下，从式（7）和（8）可知，天线辐射效率的大小影响信道发射功率的大小。

根据ETSI标准，RRU输出功率由天线频段和天线RT模式决定。且24小时并不是满负荷运行，大约有6小时使用 10 % 的负荷，10小时使用 30 % 的负荷，8小时使用 50 % 的负荷[8]。天线使用寿命为 n 年，天线使用阶段的碳足迹为：

式中， 为使用阶段碳排放量 ， 为第 i 个频段RRU信道发射总功率（W）， T 为天线使用寿命（年）， F 为电网碳排放因子！ k W h） 。

假定举例天线的RRU信道发射总功率为 2 4 0 W ，天线使用寿命为10年，全国电网平均碳排放因子为 ，计算出产品使用阶段的碳排放为 。

2.2.5 回收阶段

物料的回收通常有两种形式：闭环回收和开环回收。闭环回收是指在产品系统的生命周期结束时回收材料，并再次用于同一产品系统；开环回收是指材料被回收到其他产品系统中，材料的固有特性发生变化。回收阶段的计算式为：

式中， 为回收阶段碳减量（ ）， 为第 i 种可回收材料重量 （ k g） ， 为第 i 种可回收材料回收利用率， 为第 i 种可回收材料碳排放减量因子 。

基站天线可以回收使用的物料主要是塑料、铝合金、碳钢和铜。天线罩的材料为玻璃钢，由玻璃纤维、毡、树脂组成。在目前的技术条件下，玻璃钢的回收利用率很低且耗能大，因此不列入可回收材料。

例如，天线产品中铝合金重量为 5 k g ，回收利用率为 ，碳排放减量因子为 。因此，可以计算出铝合金回收阶段的碳减量为 0

以此类推，计算出回收阶段的碳减量为-62.4 。相对于原材料的全过程生产，负值表示物料的回收使用可以减少原材料生产过程中的开采和冶炼等前面工序所产生的碳排放。

3 计算结果分析

计算出 ，65度波束， 1 5 d B i 增益，4端口”基站天线的碳足迹为 ，具体如表2所示。

由表2可知，基站天线产品的全生命周期碳足迹主要集中在使用阶段，占比 9 5 . 7 % ；其次为原材料阶段，占比 3 . 8 % ；制造阶段占比 1 . 5 % 。因此，开发高效低损的绿色天线以降低使用阶段的碳排放量，将是降低基站天线全生命周期碳排放的首要方案。

4结论

通过计算产品的全生命周期碳足迹，可以清晰地看到碳排放占比最大的阶段，进而针对性地提出全生命周期五大阶段降低产品碳排放量的有效措施：

1）对于原材料阶段，开发环保材料、采购优质 供应商的低碳原材料、在研发阶段选用低碳原材料等 方式可以降低碳足迹。

2）对于制造阶段，使用免电镀工艺、用绿色能源替代高碳排放能源、提升产品的合格率和生产效率、提高物料的通用性、减少生产机台的空运行时间等方式可以降低碳足迹。

3）对于运输阶段，使用电池能源等绿色能源、提升交通工具的燃烧效率、优化货柜的装载数量、优化运输的时间和路线等方式可以降低碳足迹。4）对于使用阶段，开发在使用过程中能耗更低、辐射效率更高的基站天线等方式可以降低碳足迹。5）对于回收阶段，回收阶段数值的大小与原材料的选择紧密相关，因此尽可能选择高回收率、可回收的原材料可以提升回收阶段的碳抵消数值，进而降低整机产品的碳排放。

参考文献：

[1]智研咨询.2024一2030年中国基站天线行业市场全景调研及发展趋向研判报告[R/OL].[2024-10-07].https：//caifuhao.eastmoney.com/news/20240822162122268111750.

[2]黄真.带你秒懂“双碳”[J].走向世界，2022（3）：14-15.

[3]李岳岩，陈静.建筑全生命周期的碳足迹[M].北京：中国建筑工业出版社，2020.

[4]《气候变化国家评估报告》编写委员会.第二次气候变化国家评估报告[M].北京：科学出版社，2011.

[5] ISO 14067：Greenhouse Gases-Carbon FootprintofProducts-Requirementsand Guidelines forQuantification[S/OL].[2024-10-16].http：//www.lis.edu.es/uploads/c86b9902_9dbc_4928_bf66_a2013075ffe5.pdf.

[6]李联宁.网络工程[M].北京：清华大学出版社，2020.

[7]STUTZMANWL，THIELEGA.天线理论与设计[M].朱守正，安同一，译.北京：人民邮电出版社，2006.

[8]3GPP.TR 32.972V17.0.0 （2022-04） [R/OL].[2024-10-20].http：//www.3gpp.org，2002. https：//www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/32_series/32.972/.

[9]贡小雷，张玉坤.物尽其用一废旧建筑材料利用的低碳发展之路[J].天津大学学报：社会科学版，2011，13（2）：138-144.

[10]中南大学轻合金研究院.可持续发展观一一废铝回收[R/OL].[2024-10-20].https：//mp.weixin.qq.com/s？_biz MzI4NDkyODEzMQ 1 = = amp;mid=2247488497amp;idx amp;sn 9f38982cb596a10927dc28bc403c3f89amp;chksm z ebf2a21ddc852b0b493b648b693c024a2b750257cc3ee09e60ae7a4c67da8d8cbdb27b6b0aa7amp;scene=27.

作者简介：刘苑辉（1984—），男，汉族，广东梅州人，中级工程师，硕士研究生，研究方向：基站天线结构及工艺设计。