C波段天氣雷達(dá)的電磁輻射分析

鐘靜 林小杰 楊宏宇

摘 要：從雷達(dá)作為干擾源的角度分析C波段天氣雷達(dá)的電磁輻射。介紹了電磁輻射相關(guān)的評價標(biāo)準(zhǔn)，給出C波段天氣雷達(dá)相應(yīng)的安全輻射距離，分析了它對敏感設(shè)備干擾的典型例子。比較了工程中常用的幾種電磁輻射防護(hù)措施在C波段天氣雷達(dá)電磁防護(hù)中的作用，指明通過科學(xué)防護(hù)C波段天氣雷達(dá)的電磁輻射是可以達(dá)到電磁兼容要求的。

關(guān)鍵詞：C波段；天氣雷達(dá)；電磁輻射；電磁兼容

1 緒論

C波段天氣雷達(dá)具有的強(qiáng)大的發(fā)射功率和敏感的信號接收能力決定了雷達(dá)本身即是干擾源又是敏感設(shè)備。出于充分發(fā)揮雷達(dá)的使用性能方面的考慮，屏蔽、接地、布線、濾波、頻率保護(hù)等各種抗干擾措施從始至終貫通了從雷達(dá)部件的線路設(shè)計、系統(tǒng)組裝、雷達(dá)站選址、雷達(dá)塔樓建設(shè)到雷達(dá)觀測環(huán)境的保護(hù)的各個階段，現(xiàn)代雷達(dá)的抗干擾性能越來越強(qiáng)。而雷達(dá)作為干擾源的另一面，盡管在雷達(dá)站選址及工作人員操作規(guī)范方面都考慮到了減小雷達(dá)作為輻射源對環(huán)境及生物體方面的影響，但由于在這一方面所能采取的技術(shù)措施的局限性及各種客觀因素的存在，致使雷達(dá)在降低對環(huán)境電磁騷擾的技術(shù)遠(yuǎn)滯后于雷達(dá)對電磁環(huán)境的抗干擾技術(shù)。因此，本文側(cè)重于雷達(dá)作為干擾源的一面來討論分析多C波段天氣雷達(dá)的電磁輻射并給出一些相關(guān)的抗干擾防護(hù)措施。

2 雷達(dá)的電磁輻射

理論上在天氣雷達(dá)掃描時對雷達(dá)產(chǎn)生無源干擾的區(qū)域都屬于雷達(dá)的電磁波對地面的直接輻射區(qū)域，而雷達(dá)周邊很大范圍內(nèi)的不定區(qū)域都屬于雷達(dá)電磁波散射后的輻射范圍。但雷達(dá)電磁波輻射所覆蓋的范圍并不就都屬于電磁輻射污染區(qū)域。

2.1 對生物體的影響

（1）評價標(biāo)準(zhǔn)。

電磁學(xué)及生物學(xué)中采用比吸收率SAR來衡量電磁輻射對生物體的作用。SAR定義為生物體單位時間，單位質(zhì)量所吸收的電磁能量。由國家環(huán)境保護(hù)局制定的《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》GB8702-88給出了職業(yè)照射和公眾照射兩種SAR限值。但SAR的測量是在屏蔽室中進(jìn)行的，為了更好地衡量電磁輻射強(qiáng)度，針對公眾輻射，我國衛(wèi)生部制定的《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》 GB9175-88采用電場強(qiáng)度和功率密度來衡量環(huán)境電磁輻射強(qiáng)度。環(huán)境電磁波容許輻射強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)分為安全區(qū)和中間區(qū)兩級。C波段天氣雷達(dá)工作頻率5.3～5.5GHz，屬微波波段，其相應(yīng)的許可輻射強(qiáng)度分級標(biāo)準(zhǔn)見下表：

（2）安全距離。

雷達(dá)的電磁輻射強(qiáng)度與雷達(dá)的天線掃描方式有關(guān)。C波段天氣雷達(dá)天線掃描的運行方式有三種：平面位置掃描（ PPI） 、距離高度掃描（RHI） 、體積掃描（VOL） 。根據(jù)新一代雷達(dá)參數(shù)和環(huán)境電磁輻射的防護(hù)要求估算出C波段天氣雷達(dá)處于運行狀態(tài)時對于職業(yè)照射及公眾照射需要保護(hù)的最大距離。

2.2 對敏感設(shè)備的影響

天氣雷達(dá)作為具有強(qiáng)大的發(fā)射功率的干擾源，其對周圍敏感設(shè)備的干擾是存在的，如它對接收衛(wèi)星電視信號的干擾。C波段天氣雷達(dá)工作頻率為5.3～5.5GHz，與用于通信衛(wèi)星下行傳輸信號的C波段（工作頻率4～8GHz）間就存在頻率相近甚至重疊的部分，這決定了C波段天氣雷達(dá)信號易對衛(wèi)星通信系統(tǒng)造成于擾。

3 防護(hù)措施

按照《新一代天氣雷達(dá)選址規(guī)定》，候選站址距雷達(dá)照射范圍內(nèi)居民生活區(qū)的距離不應(yīng)低于500m。在雷達(dá)選址階段就已經(jīng)考慮到把雷達(dá)對居民生活區(qū)的電磁輻射控制在安全區(qū)內(nèi)，符合對城鎮(zhèn)的電磁輻射環(huán)保要求。但近年來隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，使得有些原本在建站時符合對城鎮(zhèn)電磁輻射環(huán)保要求時的雷達(dá)站開始岌岌可危。因此十分有必要研究相應(yīng)的應(yīng)對措施。

3.1 減少輻射的措施

結(jié)合電磁波傳播的各種衰減特性可有效地減少C波段天氣雷達(dá)的電磁輻射。

（1）電磁波傳播的距離衰減。

雷達(dá)波是以球面波的形式從雷達(dá)向外傳播的，距離越大，球面半徑就越大，單點的電磁信號就越小，空間損耗也就越大。根據(jù)微波密度計算公式：

S=P·G[]4πr2×100

可知，電磁波的強(qiáng)度和距離的平方成反比，即距離為原來兩倍，強(qiáng)度就降低為原來四分之一。因此經(jīng)濟(jì)有效地減少雷達(dá)電磁輻射的途徑就是遠(yuǎn)離輻射源，遠(yuǎn)離雷達(dá)站。

（2）建筑材料對電磁波的衰減。

鋼筋混凝土、磚等常用的建筑材料對電磁波有衰減的作用。這種衰減是反射、吸收、散射共同作用的結(jié)果。因此如不能有效遠(yuǎn)離雷達(dá)站，在雷達(dá)工作時，避免在暴露環(huán)境中活動，也是減少電磁輻射的途徑之一。

3.2 抑制干擾措施

（1）屏蔽。

屏蔽是工程上常用的有效抑制干擾的措施。但對于C波段天氣雷達(dá)來說要達(dá)到有效的電磁屏蔽就要求屏蔽金屬體網(wǎng)格尺寸至少要小于波長的一半。C波段天氣雷達(dá)電磁波波長約為5.5cm，也就是說屏蔽體的網(wǎng)格尺寸至少要小于2.7cm才能起到屏蔽的效果，且網(wǎng)格尺寸越小，屏蔽效能越佳。但這種措施對于民用來說造價太高，沒實現(xiàn)的意義，但對于小型設(shè)備及機(jī)房來說仍可以采取這種措施來屏蔽雷達(dá)電磁輻射的干擾。

（2）濾波。

濾波是將信號中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項重要措施。對于C波段天氣雷達(dá)的輻射干擾，理論上只要采用下限截至頻率為5.3 GHz，上限截止頻率為5.5GHz的帶阻濾波器就可以完美抑制，且有用信號頻率與雷達(dá)輻射頻率相差越遠(yuǎn)，濾波的效果越好，但若信號頻率與雷達(dá)工作頻率相同，則無法通過濾波去除干擾。

（3）躲避。

微波是直線傳送的，具有對障礙物繞射差的特點，因此可結(jié)合地形特征，把接收天線系統(tǒng)設(shè)在周圍有山丘或樓房處，尋找雷達(dá)電磁波的輻射死角。接收天線架設(shè)在輻射死角有一定的抗干擾作用。

4 結(jié)語

從雷電、太陽黑子等自然輻射到各種電子設(shè)備的人為輻射，生活中電磁輻射從來就無處不在。電磁波既是一種資源也是一種危害，因此需要科學(xué)地認(rèn)識并合理利用和有效防護(hù)電磁輻射。雷達(dá)在氣象業(yè)務(wù)中的使用具有里程碑的意義，我國新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的建設(shè)顯著地提高了天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率，盡管雷達(dá)的電磁輻射客觀存在，但只要措施得當(dāng)就可以將雷達(dá)的輻射危害控制在安全的范圍內(nèi)，符合電磁兼容的要求。

作者簡介：鐘靜（1981-），女，漢族，海南屯昌縣人，本科，工程師，研究方向：電磁兼容。