中波廣播發(fā)射塔臺雙塔輻射場強測算與影響分析

黃玉龍，澤旺尼扎

（西藏自治區(qū)廣播電視局察雅中波轉(zhuǎn)播臺，西藏 昌都 854300）

0 引 言

憑借獨特的傳播特性，中波廣播能夠提供穩(wěn)定、可靠的廣播服務(wù)。此外，中波廣播還可以在緊急情況下提供重要的信息傳遞通道。因此，在新的傳播媒介和技術(shù)手段不斷涌現(xiàn)的今天，中波廣播仍發(fā)揮著一定的作用。為了更好地實現(xiàn)中波廣播信號的有效覆蓋，需要科學(xué)測算信號輻射場強分布以及與電磁環(huán)境的相互影響，從而更精確地設(shè)置中波廣播發(fā)射頻率、發(fā)射功率以及發(fā)射塔臺的位置等[1]。結(jié)合實測覆蓋區(qū)的場強信息，本文提出了一種基于場強理論計算模型的測算方法，通過不斷更新場強衰弱因子，以減少電磁環(huán)境對計算模型的影響，更加科學(xué)準確地測算信號輻射場強分布，并分析與電磁環(huán)境之間的影響。

1 中波廣播發(fā)射塔臺概述

1.1 中波廣播的現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，中波廣播主要的生存困境是頻率資源不足以支撐信號覆蓋的實際要求。國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）規(guī)定中波廣播的頻率范圍是526.5～1 606.5 kHz[2]，共包含120個頻道（頻道間帶寬10 kHz），平均每100部電臺共用1個頻道。

1.2 中波廣播發(fā)射塔臺

1.2.1 發(fā)射天線

中波廣播發(fā)射塔臺使用最廣泛的發(fā)射天線是單塔天線?？紤]到部分電磁環(huán)境特殊、地理條件差異性大的區(qū)域，雙塔天線也是經(jīng)常使用的一種類型，其弱定向輻射能力能夠適應(yīng)各類復(fù)雜環(huán)境，通用性更強。雙塔天線通常在間隔一定的距離內(nèi)安裝2座高度相同的鐵塔（即發(fā)射塔A1和反射塔A2）。

1.2.2 技術(shù)參數(shù)

影響中波廣播發(fā)射塔臺雙塔輻射場強的主要技術(shù)參數(shù)包括天線選址、傳播衰減以及天線增益。

（1）天線選址。正確的天線位置安排應(yīng)該使天線受到感應(yīng)場的影響降到最低，努力使天線的頻率分配與天線的位置保持在標準的范圍區(qū)間內(nèi)[3]。

（2）傳播衰減。通常，發(fā)射頻率越高，由集膚效應(yīng)產(chǎn)生的電流越強，地網(wǎng)的敷設(shè)深度越深。中波段頻率的有效深度約為30 cm。

（3）天線增益。天線增益即信號獲取的天線工作效率。在發(fā)射功率一定的前提下，天線增益越大，信號輻射距離越遠，能夠達到的輻射場強越大。

2 中波廣播發(fā)射塔臺雙塔電磁輻射場強測算

依據(jù)《輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則 核技術(shù)利用建設(shè)項目 環(huán)境影響評價文件的內(nèi)容和格式》（HJ 10.1—2016）和《輸變電及廣電通信類環(huán)境影響評價》等規(guī)定，通過測算信號輻射場強的有效分布，進一步分析對電磁環(huán)境的影響，從而解析中波廣播發(fā)射塔臺對電磁環(huán)境影響的規(guī)律。

2.1 基于場強理論的計算模型

2.1.1 信號模型

參照HJ 10.1—2016標準的定義，中波廣播發(fā)射塔臺雙塔天線信號模型[4]為

式中：E為電磁輻射場強（單位V·m-1），L為覆蓋區(qū)內(nèi)測試點與雙塔天線的距離（單位m），P為中波發(fā)射機的發(fā)射功率（單位W），G為發(fā)射天線增益（單位dB），F(xiàn)(?)為雙塔天線的弱定向性函數(shù)，H為雙塔天線高度因子。

考慮到雙塔天線建設(shè)的一致性很難得到滿足，導(dǎo)致兩個發(fā)射天線的增益大小不同，此外，發(fā)射機工作時也存在一定的損耗，可以將該損耗計算在天線增益中，因此，可對信號模型進行二次修正，即：

式中：G[F(?)]2為天線增益，Φ為發(fā)射機工作損耗（一般條件下令Φ=2 dB）。因此，可將式（2）代入式（1），則有：

值得注意的是，當中波廣播發(fā)射塔臺輻射2組或以上中波頻率的信號時，則需要根據(jù)電磁輻射場強公式對復(fù)合場強進行計算，即：

式中：E'為復(fù)合場強，En(n=1,2,…,N)為不同中波頻率對應(yīng)的輻射場強。

2.1.2 參數(shù)設(shè)置

2.1.2.1 天線選址

中波廣播發(fā)射塔臺雙塔的天線預(yù)置情況如圖1所示。為了便于對比分析，這里共設(shè)置2組發(fā)射塔（發(fā)射塔A、發(fā)射塔B，兩者相距直線距離270 m），各配備1套主/備發(fā)射機（發(fā)射塔A1、反射塔A2與發(fā)射塔B1、反射塔B2）。發(fā)射塔與反射塔相互間隔50 m，且發(fā)射塔A、發(fā)射塔B各架設(shè)1副雙頻天線，初始發(fā)射方向均為0°。

圖1 中波廣播發(fā)射塔臺雙塔天線選址與配置示意圖

2.1.2.2 發(fā)射功率

中波廣播發(fā)射塔臺雙塔共4個發(fā)射機，且均采用發(fā)射功率P=10 kW。

2.1.2.3 中波頻率、天線增益以及損耗

這里主要涉及發(fā)射塔A1、反射塔A2與發(fā)射塔B1、反射塔B2，4組塔架和2副雙頻天線。中波頻率、天線增益以及損耗等參數(shù)如表1所示。

表1 本文配置的中波廣播發(fā)射塔臺雙塔技術(shù)參數(shù)

2.2 輻射場強對電磁環(huán)境的影響

發(fā)射塔與反射塔組成1套發(fā)射系統(tǒng)。這里以2套發(fā)射系統(tǒng)的中心建立笛卡爾坐標系，分別計算中波廣播發(fā)射塔臺雙塔產(chǎn)生的復(fù)合場強對電磁環(huán)境的影響[5]。以發(fā)射塔A1與反射塔A2間連線的中心為坐標原點（0，0），以東西向建立橫坐標（X軸），以南北向建立縱坐標（Y軸），初始方向為0°，坐標軸的最小量度為20 m。如圖2所示，發(fā)射塔B1與反射塔B2間連線的中心為坐標（268，-90）。此時，通過計算式（3）可以得到某發(fā)射臺輻射的中波頻率所對應(yīng)的場強。進一步計算式（4），可以得到該場強對電磁環(huán)境的影響。

圖2 基于信號模型的發(fā)射系統(tǒng)場強測算示意圖

2.3 電磁輻射計算結(jié)果

依據(jù)信號模型和測算方法，可以測算2組發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁輻射場強環(huán)境，如表2、表3所示。

表2 發(fā)射系統(tǒng)A遠場區(qū)輻射場強值測算結(jié)果（單位：V·m-1）

表3 發(fā)射系統(tǒng)B遠場區(qū)輻射場強值測算結(jié)果（單位：V·m-1）

表2、表3測算結(jié)果給出了隨著發(fā)射角度（0°～360°）、輻射距離（90～360 m）的變化，覆蓋區(qū)內(nèi)輻射場強值的變化規(guī)律?？梢钥闯?，在固定發(fā)射角度時，隨著距離的增大，輻射場強值逐漸減小，且只有在初始角度0°，且距離小于或等于90 m，此時輻射場強值大于40 V·m-1，會對周邊電磁環(huán)境產(chǎn)生影響，如圖3所示。黑色區(qū)域內(nèi)，輻射場強超出了電磁輻射評價標準的閾值，應(yīng)將該區(qū)域設(shè)定為管控區(qū)，并豎立警示牌，以便中波廣播發(fā)射塔臺開展相關(guān)的運行與管理工作。

圖3 中波廣播發(fā)射塔臺工作時的輻射管控區(qū)

3 結(jié) 語

本文利用場強理論計算模型對中波廣播發(fā)射塔臺雙塔輻射場強進行科學(xué)測算，得到不同發(fā)射技術(shù)參數(shù)對場強的影響因子，并依據(jù)電磁輻射評價標準進一步分析覆蓋區(qū)內(nèi)場強對周邊電磁環(huán)境的影響，從而合理設(shè)置輻射管控區(qū)。該研究能夠為中波廣播臺站建設(shè)和系統(tǒng)運行管理提供參考依據(jù)，進而更好地開展中波廣播臺的防輻射工作。