新一代天氣雷達(dá)電磁波輻射測(cè)試研究

杜云東 楊奇

摘 要：隨著新一代氣象雷達(dá)的建設(shè)與使用，雷達(dá)脈沖電磁波輻射已經(jīng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。本文選取某一城市固定新一代多普勒天氣雷達(dá)站做測(cè)試試驗(yàn)，對(duì)特定地點(diǎn)進(jìn)行電磁波輻射測(cè)試。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，等效平面波功率密度和脈沖電磁波功率密度的瞬時(shí)峰值均在《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702—2014）所要求的范圍之內(nèi)，電磁環(huán)境良好。

關(guān)鍵詞：新一代天氣雷達(dá);電磁波;輻射測(cè)試

中圖分類號(hào)：TN959.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）08-0144-03

Research on the Electromagnetic Wave Radiation of the New Generation Weather Radars

Du Yundong1 YANG Qi2

（1. Beijing Metstar Radar Co.， Ltd.，Beijing 100094;2. Henan Meteorological Observation Data Center，Zhengzhou Henan 450003）

Abstract： With the construction and use of a new generation of weather radars， radar pulse electromagnetic wave radiation has received more and more attention. This paper selected a city's fixed-generation new-generation Doppler weather radar station as a test test， and performed electromagnetic wave test on a specific location. From the test results， the instantaneous peak values of equivalent plane wave power density and pulsed electromagnetic wave power density are within the range required by the "Electromagnetic Environment Control Limits" （GB 8702—2014）， and the electromagnetic environment is good.

Keywords： new generation weather radar;electromagnetic wave;radiation test

隨著新一代多普勒天氣雷達(dá)的建設(shè)，脈沖電磁波輻射被越來(lái)越多的人所了解與提及。本文選取某一城市固定新一代多普勒天氣雷達(dá)站做測(cè)試試驗(yàn)，對(duì)特定地點(diǎn)進(jìn)行電磁波輻射測(cè)試。

1 測(cè)試地點(diǎn)選取

本次進(jìn)行測(cè)試的雷達(dá)饋源處海拔為398.25 m，選取雷達(dá)站周圍人流眾多的地點(diǎn)（如學(xué)校、商場(chǎng)、景區(qū)等）進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試點(diǎn)1與雷達(dá)的水平直線距離約為6 km，位于海拔15 m的一所中學(xué)旁;測(cè)試點(diǎn)2與雷達(dá)的水平直線距離為1.91 km，位于海拔15 m的大型購(gòu)物商場(chǎng);測(cè)試點(diǎn)3與雷達(dá)的水平直線距離約為3.91 km，位于海拔10 m的市內(nèi)旅游景點(diǎn);測(cè)試點(diǎn)4與雷達(dá)的水平直線距離約為6.5 km，位于海拔420 m的小山上。除測(cè)試點(diǎn)4有樹(shù)木遮擋外，其他測(cè)試點(diǎn)均能清晰看見(jiàn)雷達(dá)。

2 測(cè)試方案

脈沖電磁波輻射測(cè)試連接如圖1所示，將接收天線的標(biāo)準(zhǔn)喇叭口正對(duì)著雷達(dá)脈沖發(fā)射源，通過(guò)頻譜儀測(cè)量并記錄接收信號(hào)的強(qiáng)度，最終計(jì)算得出測(cè)試點(diǎn)輻射功率密度[1-2]。

2.1 參考標(biāo)準(zhǔn)

參考標(biāo)準(zhǔn)為《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702—2014），其中，公眾曝露控制限值如表1所示。對(duì)于脈沖電磁波，除表1中的要求外，其功率密度的瞬時(shí)峰值不得超過(guò)等效平面波功率密度限值的1 000倍（即400 W/m2），或場(chǎng)強(qiáng)的瞬時(shí)峰值不得超過(guò)表1限值的32倍[3]。本次測(cè)試的主要參數(shù)為等效平面波平均功率密度和瞬時(shí)峰值。

2.2 測(cè)試儀器配置

本次測(cè)試所使用的儀器均為檢定合格、有效期之內(nèi)的常用儀器，操作人員使用熟練，測(cè)試附件損耗也進(jìn)行了精確的測(cè)試。具體配置如表2所示。

2.3 雷達(dá)運(yùn)行設(shè)置

在雷達(dá)正常工作的最低角度為0.5°時(shí)，天線仰角對(duì)此次測(cè)試試驗(yàn)的影響最大，故采用0.5°仰角PPI模式運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，雷達(dá)運(yùn)行參數(shù)如表3所示。

2.4 計(jì)算方法

在拋物面天線電磁輻射遠(yuǎn)場(chǎng)中，雷達(dá)輻射主波束形成距離的計(jì)算公式為[4]：

[R=2D2/λ]? ? ? （1）

由式（1）計(jì)算可得，雷達(dá)輻射主波束形成距離為：

[R=2×8.52×（3×1082.88×109）-1=1.387 m]? ? ? （2）

因此，測(cè)試點(diǎn)應(yīng)該位于1.387 km之外。饋源處輻射功率計(jì)算公式為：

[P1=P2×（10K10）-1]? ? ? （3）

式中，[P1]為饋源處輻射功率，kW;[P2]為發(fā)射峰值功率，kW;[K]為發(fā)射支路損耗。

由式（3）計(jì)算可得：

[P1=700×（105.8510）-1==182.01 kW]? ? ? （4）

自由空間損耗計(jì)算公式為：

[L=20lgF+20lgR+32.45]? ? ? （5）

式中，F(xiàn)為雷達(dá)工作頻率，MHz;R為測(cè)試點(diǎn)離饋源處距離，km。

理論接收功率計(jì)算公式為：

[Pr=10×LOG（Pt×106）+Gt-L+Gr]? ? （6）

式中，[Pt]為饋源處輻射功率，kW;[Gt]為發(fā)射天線增益，dB;[L]為電磁波自由空間損耗;[Gr]為接收天線增益，dB。

因此，在距離天線反射體Rkm處，發(fā)射方向上的瞬時(shí)輻射功率密度為實(shí)際接收功率除以接收天線的有效面積。

[Seq=10Pr10×10（-3）×4×π（10Gr10×λ）]? ? ? （7）

3 測(cè)試數(shù)據(jù)及分析

3.1 測(cè)試數(shù)據(jù)

各測(cè)試點(diǎn)的輻射強(qiáng)度如下圖2-圖5所示。

3.2 數(shù)據(jù)分析

所有測(cè)試點(diǎn)均位于式（1）所計(jì)算出的距離以外，符合測(cè)試要求。大氣損耗為0.005 5 dB/km，10 km距離損耗為0.055 dB，因此在此測(cè)量中不考慮。雷達(dá)站海拔為398.25 m。測(cè)量點(diǎn)1、2、3均處于非主波束輻射區(qū)，旁瓣輻射區(qū)最大天線增益為45.55-29=16.55 dB;測(cè)量點(diǎn)4在主波束輻射區(qū)（仰角0.5°時(shí)），最大天線增益為45.55 dB。根據(jù)式（5）和式（6）計(jì)算出各點(diǎn)的自由空間損耗和理論測(cè)量值，如表4所示，由此可以看出，理論測(cè)量值均大于實(shí)測(cè)值。因此，使用理論值計(jì)算出脈沖瞬時(shí)輻射功率密度，根據(jù)瞬時(shí)輻射功率密度與平均功率密度的關(guān)系計(jì)算出平均功率密度。從表4可以看出，理論脈沖瞬時(shí)功率密度和平均功率密度均小于《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702—2014）中公眾曝露控制限值，等效平面波功率密度脈沖不大于0.4 W/m2，脈沖電磁波功率密度的瞬時(shí)峰值不大于400 W/m2的限值[3]。

4 結(jié)論

依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)及自由空間理論輻射值計(jì)算數(shù)據(jù)得知，各測(cè)試點(diǎn)雷達(dá)電磁波輻射強(qiáng)度均在《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702—2014）中公眾曝露控制限值內(nèi)，即等效平面波功率密度脈沖不大于0.4 W/m2，脈沖電磁波功率密度的瞬時(shí)峰值不大于400 W/m2。

參考文獻(xiàn)：

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[3]環(huán)境保護(hù)部.電磁環(huán)境控制限值：GB 8702—2014[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2014.

[4]史朝.機(jī)場(chǎng)多普勒天氣雷達(dá)[M].北京，中國(guó)民航出版社，2015.