中波電磁輻射影響理論模式測(cè)算

林益豪

摘 要 文章根據(jù)理論模式測(cè)算的方法對(duì)中波廣播發(fā)射臺(tái)場(chǎng)區(qū)附近的電磁環(huán)境進(jìn)行了計(jì)算。

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

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

近些年來(lái)，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(tái)逐漸被城市包圍。隨之而來(lái)的是地方對(duì)中波臺(tái)的搬遷要求以及周圍居民對(duì)中波臺(tái)周邊的電磁輻射影響的顧慮。中波臺(tái)電磁輻射的計(jì)算結(jié)果，可以打消群眾的顧慮，為中波臺(tái)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(guò)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?chǎng)強(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(guó)中波廣播站臺(tái)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(chǎng)矢量端點(diǎn)隨著時(shí)間的變化而形成的運(yùn)動(dòng)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(dòng)軌跡與地面平行的；垂直極化波就是運(yùn)動(dòng)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(tái)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(lái)描述天線的方向性。

3）天線增益。用來(lái)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(guò)天線時(shí)，天線周圍的電場(chǎng)與磁場(chǎng)將會(huì)發(fā)生相互作用，形成波動(dòng)，以光速向周圍擴(kuò)散，從而對(duì)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(jì)算模式

d-被測(cè)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(zhǎng) ；

ε-大地的介電常數(shù)；

3 計(jì)算預(yù)測(cè)

中波發(fā)射系統(tǒng)對(duì)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(tái)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(tái)站運(yùn)行時(shí)只有4臺(tái)發(fā)射機(jī)工作，從電磁輻射最不利角度出發(fā)，4臺(tái)發(fā)射機(jī)按照1臺(tái)30kW、3臺(tái)20kW發(fā)射功率考慮（主機(jī)和備機(jī)不會(huì)同時(shí)使用）。

3）發(fā)射頻率。該中波臺(tái)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(tái)電磁輻射的大小與系統(tǒng)損耗的大小也有關(guān)。電磁信號(hào)經(jīng)發(fā)射設(shè)備處理會(huì)產(chǎn)生某些衰減。主要是電磁信號(hào)需經(jīng)電纜傳輸至天線發(fā)射，需要經(jīng)過(guò)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(tái)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(chǎng)形圖的主軸幾乎與地面平行，因此對(duì)近距離區(qū)域并不會(huì)產(chǎn)生特別大的場(chǎng)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(cè)點(diǎn)的最大場(chǎng)強(qiáng)值作為其預(yù)測(cè)結(jié)果，即公式（4）的計(jì)算結(jié)果就是同一垂直面不同高度的最大場(chǎng)強(qiáng)值。

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

（1）單塔天線場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算。

由于單塔天線水平方向性圖的各向同性，只需對(duì)一個(gè)方向的場(chǎng)強(qiáng)值進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)公式（4）計(jì)算每個(gè)天線在不同水平距離處場(chǎng)強(qiáng)貢獻(xiàn)值的預(yù)測(cè)結(jié)果見表3。

（2）場(chǎng)強(qiáng)疊加影響分析結(jié)果。

該中波臺(tái)位置情況如圖2，采用建立坐標(biāo)體系來(lái)計(jì)算4座發(fā)射塔對(duì)周圍環(huán)境的復(fù)合場(chǎng)強(qiáng)值。評(píng)價(jià)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(jì)算各個(gè)塔對(duì)單點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)影響，再利用公式（5）計(jì)算4座中波塔共同對(duì)環(huán)境中該點(diǎn)位的復(fù)合場(chǎng)強(qiáng)值。根據(jù)計(jì)算結(jié)果利用surfer軟件繪制電場(chǎng)強(qiáng)度等值線圖如圖4。

4 結(jié)論

理論計(jì)算與計(jì)算機(jī)軟件相結(jié)合可以方便的計(jì)算中波臺(tái)臺(tái)區(qū)電磁輻射情況，并直觀地呈現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)計(jì)算可為中波臺(tái)監(jiān)測(cè)臺(tái)區(qū)周圍電磁輻射情況及中波臺(tái)遷建工作選址提供參考。

參考文獻(xiàn)

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