新一代天氣雷達電磁波輻射測試研究

杜云東 楊奇

摘 要：隨著新一代氣象雷達的建設與使用，雷達脈沖電磁波輻射已經越來越受到人們的關注。本文選取某一城市固定新一代多普勒天氣雷達站做測試試驗，對特定地點進行電磁波輻射測試。從測試結果來看，等效平面波功率密度和脈沖電磁波功率密度的瞬時峰值均在《電磁環境控制限值》（GB 8702—2014）所要求的范圍之內，電磁環境良好。

關鍵詞：新一代天氣雷達;電磁波;輻射測試

中圖分類號：TN959.4文獻標識碼：A文章編號：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的建設，脈沖電磁波輻射被越來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站做測試試驗，對特定地點進行電磁波輻射測試。

1 測試地點選取

本次進行測試的雷達饋源處海拔為398.25 m，選取雷達站周圍人流眾多的地點（如學校、商場、景區等）進行測試。測試點1與雷達的水平直線距離約為6 km，位于海拔15 m的一所中學旁;測試點2與雷達的水平直線距離為1.91 km，位于海拔15 m的大型購物商場;測試點3與雷達的水平直線距離約為3.91 km，位于海拔10 m的市內旅游景點;測試點4與雷達的水平直線距離約為6.5 km，位于海拔420 m的小山上。除測試點4有樹木遮擋外，其他測試點均能清晰看見雷達。

2 測試方案

脈沖電磁波輻射測試連接如圖1所示，將接收天線的標準喇叭口正對著雷達脈沖發射源，通過頻譜儀測量并記錄接收信號的強度，最終計算得出測試點輻射功率密度[1-2]。

2.1 參考標準

參考標準為《電磁環境控制限值》（GB 8702—2014），其中，公眾曝露控制限值如表1所示。對于脈沖電磁波，除表1中的要求外，其功率密度的瞬時峰值不得超過等效平面波功率密度限值的1 000倍（即400 W/m2），或場強的瞬時峰值不得超過表1限值的32倍[3]。本次測試的主要參數為等效平面波平均功率密度和瞬時峰值。

2.2 測試儀器配置

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

2.3 雷達運行設置

在雷達正常工作的最低角度為0.5°時，天線仰角對此次測試試驗的影響最大，故采用0.5°仰角PPI模式運行設備進行測試，雷達運行參數如表3所示。

2.4 計算方法

在拋物面天線電磁輻射遠場中，雷達輻射主波束形成距離的計算公式為[4]：

[R=2D2/λ]? ? ? （1）

由式（1）計算可得，雷達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，測試點應該位于1.387 km之外。饋源處輻射功率計算公式為：

[P1=P2×（10K10）-1]? ? ? （3）

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

由式（3）計算可得：

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

自由空間損耗計算公式為：

[L=20lgF+20lgR+32.45]? ? ? （5）

式中，F為雷達工作頻率，MHz;R為測試點離饋源處距離，km。

理論接收功率計算公式為：

[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，發射方向上的瞬時輻射功率密度為實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 測試數據及分析

3.1 測試數據

各測試點的輻射強度如下圖2-圖5所示。

3.2 數據分析

所有測試點均位于式（1）所計算出的距離以外，符合測試要求。大氣損耗為0.005 5 dB/km，10 km距離損耗為0.055 dB，因此在此測量中不考慮。雷達站海拔為398.25 m。測量點1、2、3均處于非主波束輻射區，旁瓣輻射區最大天線增益為45.55-29=16.55 dB;測量點4在主波束輻射區（仰角0.5°時），最大天線增益為45.55 dB。根據式（5）和式（6）計算出各點的自由空間損耗和理論測量值，如表4所示，由此可以看出，理論測量值均大于實測值。因此，使用理論值計算出脈沖瞬時輻射功率密度，根據瞬時輻射功率密度與平均功率密度的關系計算出平均功率密度。從表4可以看出，理論脈沖瞬時功率密度和平均功率密度均小于《電磁環境控制限值》（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峰值不大于400 W/m2的限值[3]。

4 結論

依據測量數據及自由空間理論輻射值計算數據得知，各測試點雷達電磁波輻射強度均在《電磁環境控制限值》（GB 8702—2014）中公眾曝露控制限值內，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峰值不大于400 W/m2。

參考文獻：

[1]韓丹，蔣豪，楊曉嘉.民航雷達電磁環境評估方法[J].電訊技術，2016（5）：585-590.

[2]王倫文，孫偉，潘高峰，等.一種電磁環境復雜度快速評估方法[J].電子與信息學報，2010（12）：2943-2947.

[3]環境保護部.電磁環境控制限值：GB 8702—2014[S].北京：中國環境科學出版社，2014.

[4]史朝.機場多普勒天氣雷達[M].北京，中國民航出版社，2015.