中波臺站內(nèi)建造大數(shù)據(jù)機(jī)房的可行性研究

黃迎召 劉向陽

（河南省廣播電影電視局104臺，河南 鄭州 450003）

新一輪的信息技術(shù)革命向智能化發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云平臺等引發(fā)的“智慧浪潮”也迫使廣播影視盡快構(gòu)建“智慧廣電”。在這一輪廣播影視轉(zhuǎn)型升級的過程中，大數(shù)據(jù)機(jī)房的建造是必不可少的。作為中波臺站，它擁有豐富的土地資源、完備的電力系統(tǒng)，但是，中波臺站內(nèi)部卻存在較強(qiáng)的電磁干擾。這對IT設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生影響，本文將探討在發(fā)射功率、頻率、發(fā)射機(jī)數(shù)量、距離等綜合因素的影響下，通過理論計算，對在中波臺站內(nèi)建造IT機(jī)房的可行性進(jìn)行研究和探討。

1 中波臺站內(nèi)場強(qiáng)的計算

根據(jù)國家信息中心對機(jī)房環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)要求，機(jī)房內(nèi)，頻率范圍0.15～1000MHz 的無線電干擾不大于126dB。因此，在中波臺站內(nèi)建造大數(shù)據(jù)機(jī)房，確定臺站內(nèi)的場強(qiáng)大小是關(guān)鍵，場強(qiáng)大小決定著機(jī)房屏蔽選用何種材料，進(jìn)而影響其造價。根據(jù)《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》（HJ/T10.2—1996），中波（垂直極化波）場強(qiáng)可按舒來依金—范德波爾公式計算。

其中，E場強(qiáng)，mv/m；d為被測點距發(fā)射天線的水平距離，km；P為發(fā)射機(jī)標(biāo)稱功率，kW；G為相對于接地基本振子（點源天線G=1）的天線增益倍數(shù)；W 為地面衰減因子；X 為數(shù)量距離；λ為波長；ε為大地的介電常數(shù)，無量綱；σ為大地的導(dǎo)電系數(shù)，1/（Ω*m）。介電常數(shù)和電導(dǎo)率取值如表1所示。

若臺站內(nèi)有多個中波發(fā)射頻率，那么場強(qiáng)計算公式為各個場強(qiáng)的算術(shù)平方根；

其中，En2代表第n個中波頻率的場強(qiáng)平方。

表1 電導(dǎo)率與介電常數(shù)

根據(jù)以上公式，可以計算出距離不同功率天線的場強(qiáng)大小。在表2中簡單地給出了不同功率發(fā)射機(jī)在不同距離下的場強(qiáng)值。

表2 不同功率發(fā)射機(jī)的場強(qiáng)值 （單位：dBμv）

考慮到簡易機(jī)房對中波信號有10～20dB 的衰減作用，參考GB50174—2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》，即建造地點的場強(qiáng)不大于136.5dB。根據(jù)場強(qiáng)計算公式和表2，給出臺站內(nèi)有一部發(fā)射機(jī)和兩部等功率發(fā)射機(jī)時，無需建造屏蔽機(jī)房的條件。

表3 不同功率下無需建造屏蔽機(jī)房的距離

根據(jù)表3，我們可以得出以下結(jié)論：兩部以內(nèi)、10kW及以下的發(fā)射臺站在建造數(shù)據(jù)機(jī)房時不需屏蔽。臺站內(nèi)有幾部發(fā)射機(jī)，則需要通過場強(qiáng)疊加公式來計算得出是否需要屏蔽。25kW、50kW 發(fā)射機(jī)臺站則需要考慮臺站面積大小，不滿足條件的可采用簡易的屏蔽措施。100kW及以上的大功率臺站，則需要采取屏蔽措施。

2 屏蔽材料的選擇

屏蔽材料有不銹鋼、黃銅、紫銅等的金屬箔或金屬屏蔽網(wǎng)。同時，也有一些防低頻電磁輻射合金軟板，但軟板（0.12mm）的防護(hù)能力在10～20dB。這種材料對于大部分中波臺站而言其屏蔽能力有些低。本文選用不銹鋼和黃銅作為屏蔽材料進(jìn)行探討。

2.1 金屬箔和金屬網(wǎng)的選擇

以銅箔為例，依照理論計算，0.1mm銅箔的屏蔽能力為13dB，0.3mm的屏蔽能力為40dB，0.5mm的屏蔽能力為66dB。但作為機(jī)房的屏蔽材料，0.1mm 的銅箔易遭到破壞，而銅箔過厚則會導(dǎo)致焊接時散熱快而不易焊接。故一般使用金屬箔可選用0.3mm 銅箔。根據(jù)計算，發(fā)射臺站內(nèi)即使有兩部600kW發(fā)射機(jī)，在距發(fā)射天線300m處建造機(jī)房所需要的屏蔽是40dB。因此，選用0.3mm 的銅箔作為屏蔽材料是非常合適的。同時，也可以選擇使用金屬網(wǎng)。金屬箔不具有透光性，金屬網(wǎng)則具有很強(qiáng)的透光性，并且金屬網(wǎng)焊接的要求也不像金屬箔那么高。因此在中波臺站內(nèi)建造屏蔽機(jī)房時，建議選擇使用金屬網(wǎng)。

2.2 金屬網(wǎng)的屏蔽效能計算公式

SE網(wǎng)——金屬網(wǎng)的屏蔽效能（dB）；

Aa——金屬網(wǎng)的吸收損耗（dB）；

Ra——金屬網(wǎng)的界面反射損耗（dB）；

Ba——金屬網(wǎng)反射修正項（dB）；

K1——單位面積上的孔目修正項；

K2——低頻時導(dǎo)體穿過深度修正項；

K3——相鄰網(wǎng)孔之間相互耦合修正項；

注：Aa＞10dB時，Ba可以忽略不計。

2.2.1 金屬網(wǎng)的吸收損耗公式為：矩形孔眼：Aa=27.3D/w

圓形孔眼：Aa=32D/d

D ——孔深，cm；

w ——矩形孔寬邊長，cm；

d ——圓形孔直徑，cm；

2.2.2 金屬網(wǎng)的電磁場反射損耗計算公式：

式中，K代表不同孔目的系數(shù)；

矩形孔：K=jfw*9.28*10-5；

式中，w ——矩形孔寬邊長度，cm；

f ——被抑制的頻率，Hz；

2.2.3 金屬網(wǎng)屏蔽效能修正項K1、K2的計算

其中，s——每個孔的面積，cm2；

n——平方厘米內(nèi)孔的個數(shù)；

d——金屬線直徑，cm；

σ——集膚深度，σ=6.61/f1/2；

2.3 不銹鋼絲網(wǎng)與黃銅鋼絲網(wǎng)屏蔽效能的理論計算

利用絲網(wǎng)屏效公式對中波廣播中的5個頻率603kHz、801kHz、999kHz、1197kHz、1404kHz 進(jìn)行理論屏效計算。

根據(jù)金屬網(wǎng)屏蔽效能公式，參照中波臺站具體情況，列出中波廣播頻段內(nèi)5個頻點下不同材料金屬網(wǎng)的屏效。

以16目，絲徑0.457mm、孔徑1.13mm計算。

表4 不同頻率下兩種材料的屏效（dBμv）

以30目，絲徑0.305mm、孔徑0.54mm計算。

表5 不同頻率下兩種材料的屏效（dBμv）

由表4、表5 可以得出，同樣的材料在不同頻率的場強(qiáng)環(huán)境中，對電磁波的屏蔽能力相差很大。低頻時，絲徑較大的金屬網(wǎng)屏效更好。高頻時，絲徑較小、目數(shù)較多的金屬網(wǎng)屏效更好。因此，在中波頻段，發(fā)射機(jī)的頻率相對較高時，金屬網(wǎng)的目數(shù)是影響屏效的重要因素；在頻率相對較低時，金屬網(wǎng)的絲徑對屏效的影響更大。不同頻率的臺站要具體計算分析，不能生搬硬套。

經(jīng)計算，同樣的絲徑下，提高目數(shù)會相應(yīng)提高其屏蔽能力。同時，黃銅對電場的屏蔽能力要優(yōu)于不銹鋼（但不銹鋼對磁場的屏蔽能力優(yōu)于黃銅）。

3 中波臺站建造數(shù)據(jù)機(jī)房具體實例

下面給出河南省廣播電影電視屬某中波臺的計算實例，此臺有200kW 中波發(fā)射機(jī)兩臺，頻率分別是621kHz和900kHz。擬在距621kHz 天線420m 處，900kHz 天線748m處建造IT機(jī)房（見圖1），詳細(xì)計算如下。

3.1 臺內(nèi)場強(qiáng)大小

此臺有200kW 的發(fā)射機(jī)兩部。參照表3，此站內(nèi)建設(shè)IT機(jī)房時需要采取屏蔽措施。發(fā)射天線為無方向性拉線塔，可設(shè)G=1；發(fā)射頻率621kHz、900kHz，功率均為200kW；地質(zhì)為干土，ε=6，σ=1x10-3。代入公式（1）中計算，可得出621kHz在A點的場強(qiáng)大小為14.24V/m，折算為143dB；900kHz在A點的場強(qiáng)大小為8V/m，折算為138dBμv，則A點的疊加場強(qiáng)為146.85dBμv。若在A點建造IT機(jī)房時，場強(qiáng)值大于國標(biāo)的要求，需要采取屏蔽措施。

圖1 某臺簡圖

3.2 屏蔽室的屏蔽效能計算

因為中波廣播頻率較低，參考電磁波穿透墻體的衰減特性。根據(jù)測算，20cm的混凝土墻體對電磁信號的衰減在10dB～20dB。我們以最小值10dB 進(jìn)行計算。根據(jù)國家信息中心提供的機(jī)房內(nèi)各類計算機(jī)設(shè)備對機(jī)房環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)要求，機(jī)房內(nèi)部最大可允許126dB 的電場干擾，依據(jù)GTB 50719-2011《電磁屏蔽室工程技術(shù)規(guī)范》所示，外界電磁波干擾場強(qiáng)的理論值應(yīng)加10dB 余量。因此，屏蔽機(jī)房的屏蔽效果應(yīng)高于：

146.85dB-126dB+10dB-10dB=20.85dB

因為屏蔽網(wǎng)對不同波長的電磁波屏蔽不同，根據(jù)2.3節(jié)的結(jié)論可知，一般以頻率較低的來計算，這樣可以做到最大程度的安全防護(hù)。

根據(jù)此臺情況，材料選用16目方孔、邊長1mm、絲徑0.47mm 的銅網(wǎng)（覆蓋墻體），頻率以621kHz 帶入（5）公式計算。金屬網(wǎng)的屏蔽效能為12.8dB；電場的反射損耗為3.8dB；K1=6.6dB；K2=-0.3dB；K3=0.9dB。計算得：

12.8dB+3.8dB+6.6dB-0.3dB+0.9dB=23.8dB

計算結(jié)果大于20.85dB，可以滿足室內(nèi)建造機(jī)房的條件。經(jīng)過計算得出使用1mm邊長、孔徑0.47mm的金屬屏蔽網(wǎng)完全可以達(dá)到在此地建造IT機(jī)房的條件。

4 小結(jié)

綜上，在一些功率較小的臺站可以直接建造大數(shù)據(jù)機(jī)房。即使在一些干擾超標(biāo)的臺站，也可以通過采取一定的屏蔽措施達(dá)到建造標(biāo)準(zhǔn)。因此，在中波臺站內(nèi)建造大數(shù)據(jù)機(jī)房是可行的。但是，在實際的項目規(guī)劃中，還要考慮到機(jī)房的大小、位置、高低，門窗和通風(fēng)口也應(yīng)考慮到屏蔽措施，傳輸線路以及線路的進(jìn)出通道也要按照規(guī)范采用防范措施。

［1］GBT 50719-2011《電磁屏蔽室工程技術(shù)規(guī)范》［S］.

［2］GY 5054-1995《廣播電視天線電磁輻射防護(hù)規(guī)范》［S］.