中波電磁輻射影響理論模式測算

林益豪

摘 要 文章根據(jù)理論模式測算的方法對中波廣播發(fā)射臺場區(qū)附近的電磁環(huán)境進(jìn)行了計算。

關(guān)鍵詞 中波發(fā)射臺；電磁輻射；綜合場強(qiáng)；理論預(yù)測

中圖分類號 TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）217-0075-04

近些年來，城市的飛速發(fā)展導(dǎo)致原處于郊區(qū)寬闊地帶的中波臺逐漸被城市包圍。隨之而來的是地方對中波臺的搬遷要求以及周圍居民對中波臺周邊的電磁輻射影響的顧慮。中波臺電磁輻射的計算結(jié)果，可以打消群眾的顧慮，為中波臺的遷建工作提供參考意見。

1 中波傳播及天線概述

1.1 中波傳播

中波廣播的發(fā)射頻率為535kHz～1605kHz，通過地波與天波傳播。地波傳播就是電磁波沿地面?zhèn)鞑サ姆绞健５夭▊鞑鰪?qiáng)穩(wěn)定，覆蓋范圍稱為地波服務(wù)區(qū)（幾十至百余公里）。天波傳播就是天線高仰角輻射的電磁波被電離層反射回地面從而達(dá)到傳播效果的方式。在白天，天波被電離層D層吸收，沒有傳播效果。在夜里，電離層中D層消失，電磁波被電離層的E層反射回地面，形成傳播效果，覆蓋范圍稱為天波服務(wù)區(qū)（幾百至千余公里）。地波覆蓋區(qū)是我國中波廣播站臺的主要服務(wù)區(qū)。

1.2 中波天線

中波天線中應(yīng)用較為廣泛的有單塔、雙塔、四塔、八塔天線。其中使用最廣泛的是單塔天線，見圖1。

天線的特性參數(shù)：

1）天線極化。極化是指電場矢量端點(diǎn)隨著時間的變化而形成的運(yùn)動軌跡。通常分為水平極化和垂直極化。水平極化波就是運(yùn)動軌跡與地面平行的；垂直極化波就是運(yùn)動軌跡與地面垂直的。由于地波的垂直極化波的衰減相較水平極化波要小很多，所以中波發(fā)射臺大都采用垂直極化波。

2）方向性圖。方向性圖是空間中天線輻射能量的分布圖。中波廣播天線通常以水平方向和垂直方向的方向性圖來描述天線的方向性。

3）天線增益。用來表示天線的效率。其值為輸入功率相同的情況下，天線在同一點(diǎn)的輻射功率密度與均勻輻射的平均功率密度之比。

4）工作頻帶。工作帶寬是指天線可以正常工作的頻率范圍，需滿足電特性參數(shù)規(guī)定指標(biāo)。一般，頻帶寬度與增益負(fù)相關(guān)。

5）天線的輻射影響。當(dāng)中波電流通過天線時，天線周圍的電場與磁場將會發(fā)生相互作用，形成波動，以光速向周圍擴(kuò)散，從而對環(huán)境產(chǎn)生電磁輻射影響。

6）天線的效率。天線的輻射功率與輸入功率之比。

2 電磁輻射計算模式

d-被測位置與發(fā)射天線水平距離（km）；

P-發(fā)射機(jī)標(biāo)稱功率（kW）；

η-天線效率 （% ）；

G-天線增益（倍數(shù)）；

F（h）-發(fā)射天線高度因子，F(xiàn)（h）=1～1.43；

F（Δ·θ）-天線的垂直（Δ仰角）、水平（θ方位角）方向性函數(shù)，max？= 0；

X-數(shù)量距離 ；

A-地面衰減因子 ；

λ-波長 ；

ε-大地的介電常數(shù)；

3 計算預(yù)測

中波發(fā)射系統(tǒng)對周圍環(huán)境電磁輻射的影響程度與發(fā)射頻率、發(fā)射功率、天線增益、系統(tǒng)損耗和整機(jī)效率等主要技術(shù)參數(shù)有關(guān)。

某中波發(fā)射臺天線位置情況（圖2）及相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：

1）天線位置情況。

2）發(fā)射功率。該中波臺站運(yùn)行時只有4臺發(fā)射機(jī)工作，從電磁輻射最不利角度出發(fā)，4臺發(fā)射機(jī)按照1臺30kW、3臺20kW發(fā)射功率考慮（主機(jī)和備機(jī)不會同時使用）。

3）發(fā)射頻率。該中波臺共建設(shè)4座中波發(fā)射塔，均為單頻單塔，發(fā)射頻率分別為630kHz、810kHz、1071kHz和1359kHz。本項(xiàng)目中波天線主要參數(shù)見表1。

4）天線增益。各頻率的中波天線增益見表2。

5）系統(tǒng)損耗。中波臺電磁輻射的大小與系統(tǒng)損耗的大小也有關(guān)。電磁信號經(jīng)發(fā)射設(shè)備處理會產(chǎn)生某些衰減。主要是電磁信號需經(jīng)電纜傳輸至天線發(fā)射，需要經(jīng)過天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的匹配處理，也將產(chǎn)生一定量的衰減。該中波臺系統(tǒng)損耗取2dB。

6）方向性圖。該中波天線沒有采取“電”或“幾何”上的波束下傾措施，因此垂直場形圖的主軸幾乎與地面平行，因此對近距離區(qū)域并不會產(chǎn)生特別大的場強(qiáng)。其方向性圖見圖3、圖4。

7）大地的介電常數(shù)及導(dǎo)電系數(shù)。導(dǎo)電率（σ）取0.01（）（ 1m？？），介電常數(shù)（ε）取10。

8）水平面和垂直面方向性（F（Δ·θ）=1）。本項(xiàng)目采用單塔全向性天線，天線水平面方向性圖為同心圓。由F（Δ·θ）=1可知本項(xiàng)目在垂直方向上，已經(jīng)取了垂直面上預(yù)測點(diǎn)的最大場強(qiáng)值作為其預(yù)測結(jié)果，即公式（4）的計算結(jié)果就是同一垂直面不同高度的最大場強(qiáng)值。

9）天線高度因子F（h）。由h/λ（天線高度/波長）值并查高度系數(shù)曲線圖可知，本項(xiàng)目四個天線高度因子F（h）均小于1.2，因此F（h）計算參數(shù)取1.2，可直接套用公式（4）。

（1）單塔天線場強(qiáng)計算。

由于單塔天線水平方向性圖的各向同性，只需對一個方向的場強(qiáng)值進(jìn)行計算，根據(jù)公式（4）計算每個天線在不同水平距離處場強(qiáng)貢獻(xiàn)值的預(yù)測結(jié)果見表3。

（2）場強(qiáng)疊加影響分析結(jié)果。

該中波臺位置情況如圖2，采用建立坐標(biāo)體系來計算4座發(fā)射塔對周圍環(huán)境的復(fù)合場強(qiáng)值。評價首先以1#發(fā)射塔為原點(diǎn)，東西向?yàn)閄軸，南北向?yàn)閅軸，制作坐標(biāo)，從而確定2#發(fā)射塔坐標(biāo)為（200，0），3#發(fā)射塔坐標(biāo)為（-40，220），4#發(fā)射塔坐標(biāo)為（200，220），如圖2所示。

在坐標(biāo)系中利用公式（4）計算各個塔對單點(diǎn)的場強(qiáng)影響，再利用公式（5）計算4座中波塔共同對環(huán)境中該點(diǎn)位的復(fù)合場強(qiáng)值。根據(jù)計算結(jié)果利用surfer軟件繪制電場強(qiáng)度等值線圖如圖4。

4 結(jié)論

理論計算與計算機(jī)軟件相結(jié)合可以方便的計算中波臺臺區(qū)電磁輻射情況，并直觀地呈現(xiàn)出來。通過計算可為中波臺監(jiān)測臺區(qū)周圍電磁輻射情況及中波臺遷建工作選址提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》[S].（HJ/T10.2-1996）.

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