廣播電臺電磁波測量與分析

摘 要：對廣播電臺電磁波進行測量與分析，對于發射電臺是否可能于附近區域產生過量的電磁場及進行實測時，對測量區域評估有相當的參考價值

關鍵詞：電磁波；檢測；方法

中圖分類號：TN934 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 18-0000-02

一、電磁場強度計的原理與特性

電磁場強度計的構成主要可分為感測頭、場強度顯示計、以及連結這兩部分的中段高阻傳輸線，在感測到電場時可產生一個正比于此入射電場強度平方的直流輸出信號。不論入射電場的方向及極化為何，均能感測得到其三方向分量，而此三分量之和即為此電場之等效功率密度。正交架構使感測頭對任何入射方向及極化的磁場均可測量，三個線圈所得分量之和即為此磁場之等效功率密度。只要量得電場強度，即可求得相對之磁場強度及輻射功率密度。

顯示計具備的特性主要有下列幾項：

（一）場強顯示：場強度顯示值的表示通常以V/m（電場強度）、A/m（磁場強度）、mW/cm2或W/m2（電磁場功率密度）來表示，有以下之轉換關系：

功率密度P（W/m2）=電場強度E（V/m）×磁場強度H（A/m）

功率密度P（mW/cm2）=10×P（W/m2）

若測量條件符合遠場條件時，功率密度P與電場強度E、磁場強度H間另具備下列關系：

E（V/m）=377×H（A/m）

P（mW/cm2）=E2（V/m）2/3770

P（mW/cm2）=37.7×H2（A/m）2

（二）警示裝置：當所測量的場強度值超過所設定的警示位準時，即會發出警示的聲音。當場強度計利用信號傳輸線以遠距離的方式進行測量時，亦可利用一傳輸線將此警示聲音信號經由警示輸出端拉至操作人員處另接警示器。一般在電磁場頻率高于300MHz時，使用電場強度計測量電場即可；當電磁場頻率低于30MHz時，則需分別使用電場強度計及磁場強度計對電場及磁場作測量，因為此時多屬近場測量電場與磁場間并無377歐姆的比值關系；而在電磁場頻率介于30MHz及300MHz之間時，則視測量的電磁波頻率與測量環境的狀況決定是否同時測量電場及磁場或測量其中之一。

二、廣播電臺電磁波測量

（一）方法概要

主要采用三軸全向性電磁場感測頭搭配電磁場強度顯示器為檢測儀器，測量結果與非游離輻射環境建議值比較，若超過環境建議值則采用天線與頻譜分析儀（接收機）組成測量系統進行測量及確認。適用范圍為調幅（AM）廣播電臺、調頻（FM）廣播電臺、無線電視臺及移動電話基地臺等中高頻（10kHz～2165MHz）電磁波發射源。干擾為可能經由連接線或直接對測量儀器內部電路造成影響。因此必須選擇有良好電磁隔離效果量表，而連接線部分應為非金屬導線，例如以高阻線或光纖制成連接線。使用的儀器及設備有，全向性電磁場強度計：頻寬涵蓋被測電磁場的頻率、具有顯示測量最大值與平均值功能、具有測量均方根值（RMS）的功能、可執行三軸全向性測量。天線與接收機：天線與頻譜分析儀之工作頻率須涵蓋被測電磁場的頻率。

（二）測量方法：

避免接觸電臺或基地臺附近之金屬導體電臺或基地臺通常包含有使用高電壓之設備、必須小心勿近以避免電擊。

1.測量點選擇

依據電臺或基地臺之種類，將測量點之選擇分為三類：

（1）調幅（AM）廣播電臺

測量區域之最大半徑定為發射信號之1/4波長，為約在45公尺至150公尺之范圍，圓形區域內選擇四個正交軸線為測量線，如圖所示，于每一測量線上劃出等間隔的測量點，自最小測量半徑至最大測量半徑區域內定出5點。

（2）調頻（FM）廣播電臺、無線電視臺

扇形區域，取其發射天線最大增益的–3dB張角（半功率波束寬）。測量區域之最大半徑則定為50m。選定測量區域后，在扇形區域中以天線最大增益方向為中央測量線，在中央測量線兩側扇形區域內再各取一測量線，以此三條軸線為測量線，于每一測量線上劃出等間隔的測量點，自最小測量半徑至最大測量半徑區域內定出5點為測量點。

（3）室外測量點選定

由于所輻射信號為900/1800/2000MHz頻段，波長約為16至30公分，因此在測量點的選定上要較為密集，需分下列情況：1）測量區域面積在20平方公尺以內時，在區域內以每邊長約一公尺為單位，定出方格線，在每一方格線交點上（無障礙物且人員可達處）進行測量。2）測量區域面積在20至100平方公尺以內時，在區域內以每邊長約二公尺為單位，定出方格線，在每一方格線交點上（無障礙物且人員可達處）進行測量。3）測量區域面積大于100平方公尺時，在區域內以每邊長約三公尺為單位，定出方格線，在每一方格線交點上（無障礙物且人員可達處）進行測量。4）測量基地臺周邊在上述測量范圍/測量點以外的其他位置，包括樓頂一般人員可達之處及住家/辦公室內等。進行測量時，以距離地板高度2公尺為測量高度，在每一測量線上進行連續的移動掃瞄測量。

2.測量方式

在測量時必須由距發射天線最遠的測量點往天線方向移動逐點進行測量，以避免危及人員與儀器的安全。任何測量電磁場強度計之感測頭或天線皆必須距離金屬物體或墻面20公分以上。

（1）AM廣播電臺

1）由全向性電磁場強度計為測量儀器，以最大值測量模式，于每一測量點進行距地面高度0.2至2m的連續掃瞄，掃瞄時間不得小于10sec，記錄最大值為測量結果。此測量須分別使用電場感測頭及磁場感測頭對電場及磁場分別進行測量。2）對任一測量點倘若最大值高于環境建議值，則須在此測量點上找出最大值發生位置，并于該位置持續測量6min，取其6min平均值，確認該值是否超出環境建議值。3）倘若以全向性電磁場強度計6分鐘平均值之測量結果仍高于環境建議值，得以天線與頻譜分析儀組成之測量系統在此測量點上進行三軸向的場強測量，取其6min最大值，并以三軸測量結果取其和方根值，以確認此輻射電磁場是否均由該發射電臺所產生。選用適當之天線分別對電場與磁場進行測量。（近場：天線周圍一個波長內的區域，其中電場與磁場的關聯并不按自由空間的特性阻抗）

2.調頻（FM）廣播電臺與室外移動電話基地臺

全向性電磁場強度計可為電場或磁場感測頭，其余程序同AM。現場測量亦可直接使用天線與頻譜分析儀組成測量系統依據測量點選擇的規定，進行初步掃瞄找出最大值，再以天線與頻譜分析儀組成測量系統，在該測量點上對各發射頻率進行三軸向的場強測量，取其6分鐘最大值，并以三軸測量結果取其和方根值，以決定是否超過環境建議值；如果該值超過環境建議值則需重新再檢視其它各測量點并計算之，以決定是否超過環境建議值。

（三）結果處理

測量結果紀錄內容至少需包括測量地點、當時溫濕度、測量人員、發射功率與頻率、各頻率相對應的環境建議值、測量儀器廠牌型號、測量位置與射源相對位置圖示等。當使用天線與頻譜分析儀組成測量系統測量，得多個強度發射訊號時，取其前六個最大強度訊號（每一訊號皆須進行三軸測量并取其和方根值），每一訊號皆計算其功率密度值（或電場強度或磁場強度）再以下列公式計算，結果小于1，則判定未超過環境建議值；大于1，則判定超過環境建議值，必須采取必要的安全措施。其計算公式為：

1.電場強度位準計算方法

以天線及頻譜分析儀進行測量時，電場強度位準可依下列公式計算而得：E0（dBμV/m）=P（dBm）+107（dB）+AF（dB1/m）+CL（dB）

其中E0：為電場強度P：為頻譜分析儀測得功率讀值、

107（dB）：為電壓值（dBμV）與功率值（dBm）在50歐姆阻抗系統中的轉換系數

AF：為天線因子CL：為CableLoss

2.磁場強度位準計算方法

以環形天線及頻譜分析儀進行測量時，磁場強度位準可依下列公式計算而得：

H（dBA/m）=P（dBm）-13（dB）+AFH（dBA/Vm）+CL（dB）

其中H：為磁場強度P：為頻譜分析儀測得功率讀值

-13（dB）：為電壓值（dBV）與功率值（dBm）在50歐姆阻抗系統中的轉換系數

AFH：為環形天線之磁場天線因子CL：為CableLoss

電磁場強度相關單位之換算方式為：

E0（dBμV/m）=20×logE1（μV/m）

E2（V/m）=E1（μV/m）/106

P（mW/cm2）=[E2（V/m）]2/（10×Zo）≒[E2（V/m）]2/3770

其中E1：為以μV/m單位表示的電場強度值

E2：為以V/m單位表示的電場強度值

P：為以mW/cm2單位表示的電磁場功率密度值

Zo：為自由空間波阻抗，約等于377歐姆

以上公式僅適用于測量點滿足遠場條件時。

由于電磁波能提供大眾無所不在的便捷通訊功能，因此也使得移動電話基地臺或變電所等電力設施如雨后春筍般的設立，目前對于電磁波是否有害人體，在醫學上的論證亦尚無定論。以下圖為從3kHzto300GHz頻率范圍內，對于在控制環境及非控制環境中的環境電磁場強度的建議值。

圖1 ICNIRP規范在職業/一般場所中的環境電場強度建議值

使得測量電磁波時有標準檢測方法依循，對于發射電臺是否可能于附近區域產生過量的電磁場及進行實測時，對測量區域評估有相當的參考價值。

參考文獻：

[1]W.Xie，X.Tang，Y.Yan，Q.Zhang，T.M.Tritt，Appl.Phys.Lett.2009，94：102，111.

[作者簡介]熊淑平（1971-），女，湖北黃岡人，黃岡職業技術學院講師，研究方向：電子技術應用維修。