中波廣播電視發射塔電磁輻射場強理論計算分析

付春霞 付云霞 傅永杰 江海濤

（四川省核工業輻射測試防護院（四川省核應急技術支持中心），四川 成都 610001）

0 引言

由于中波臺發射塔具有發射功率大、多頻率以及多天線共塔等特點，因此其成為電磁輻射領域關注的焦點。同時，我國相關政策及要求也指出在廣播電視發射塔新建或搬遷前需要對其運營期可能帶來的電磁輻射影響進行評價，將其作為項目選址是否合理的評價依據，并根據中波臺電磁輻射理論計算結果劃定電磁環境防護距離，避免周邊居民因進入防護區域而受到不必要的輻射。

1 中波發射塔

1.1 中波發射系統的特點

中波廣播的頻率為526.5 kHz～1606.5 kHz，頻道間隔為9.0 kHz，標稱載頻為531.0 kHz～1 602.0 kHz，共有120個頻道。中波通過地波和天波2種方式來傳播電磁波。地波就是從天線輻射的沿地球表面向四周傳播的電磁波，地波場強隨傳播距離的增加而衰減，可以形成一個穩定的服務區。天波傳播就是天線高仰角輻射的電磁波被反射回地面，從而達到傳播的效果。

1.2 中波天線

中波天線中應用較為廣泛的有單塔、雙塔、四塔以及八塔天線。其中，使用最廣泛的是單塔天線。該文討論在特殊條件、特殊地形區域中，中波臺中波雙塔弱定向天線產生的電磁輻射對環境的影響。雙塔弱定向天線通常采用2座高度一致的鐵塔（發射塔和反射塔），2座鐵塔需要相隔一定的距離。

1.3 中波天線特性參數

中波天線的主要參數如下：1） 天線極化。極化是指電場矢量端點隨著時間的變化而形成的運動軌跡。通常分為水平極化和垂直極化。因為地波的垂直極化波的衰減比水平極化波要小很多，所以中波發射臺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。3） 天線增益。天線增益表示天線的效率，在輸入功率相同的情況下，其值為天線在同一點的輻射功率密度與均勻輻射的平均功率密度的比值。4） 工作頻率。工作頻率是指天線可以正常工作的頻率范圍,須滿足電特性參數規定的指標。一般來說，頻帶寬度與增益呈負相關。

2 中波塔臺雙塔電磁輻射計算

該文討論的中波塔臺為云南某中波臺，包括2套中波發射塔，中波塔采用雙塔弱定向天線，共4臺發射機（2備2用），每臺發射機的發射功率為10 kW。根據《輻射環境保護管理導則 電磁輻射監測儀器和方法》（HJ/T 10.2—1996）以及《環境影響評價工程師執業資格等級培訓系列教材-輸變電及廣電通信》規定的方法預測中波雙塔對周圍電磁環境的影響，并根據理論預測結果分析中波臺產生的電磁環境影響的分布規律。

2.1 理論計算模式及計算參數

2.1.1 中波場強理論計算模式

根據《輻射環境保護管理導則 電磁輻射監測儀器和方法》（HJ/T 10.2—1996）及《環境影響評價工程師執業資格等級培訓系列教材-輸變電及廣電通信》可知，雙塔中波天線如公式（1）所示。

式中：E為電場強度；r為被測位置與發射天線的水平距離，m；P為發射機標稱功率，kW；G為相對接地基本振子（點源天線G=1）的天線增益（倍數）；F（φ）為發射天線水平面內的方向性函數；F（h）為發射天線高度因子。

由于不同天線的方向性函數不同，因此不同角度的方向性函數（G·（F（φ））也不同。該文考慮到發射機的功率在向天線傳遞過程中受發射機輸出接頭、饋線等因素的影響會出現一定的損耗，因此在確定源強時，須考慮這部分的損耗。根據天線方向性圖對天線方向性增益進行修正，用G代替該項目的（G·（F（φ）），如公式（2）所示。

式中：G·（F（φ）為天線方向性函數；L為系統損耗，2 dB。可以將公式（1）、公式（2）轉換為公式（3）。

2個或2個以上頻率的電磁波復合在一起的場強，其值為各單個頻率場強平方和的根值，如公式（4）所示。

式中：E為復合場強，V/m；E、E以及E為各個頻率所計算的場強。

中波發射系統對周圍環境電磁輻射的影響程度與發射功率、發射頻率、天線增益以及系統損耗等主要技術參數有關。云南省某中波臺的相關技術參數如下。

天線位置的布置情況如圖1所示，共設置了2套中波發射塔，中波天線采用雙塔弱定向天線，每套發射系統（發射塔A、發射塔B）分別架設1副雙頻天線。

該文討論的中波臺4臺發射機的發射功率均為10 kW。

圖1 中波塔發射天線位置圖

該文討論的中波臺共建設2座發射塔、2座反射塔，1個發射塔架設1副雙頻天線，天線發射頻率、天線增益、系統損耗以及其他主要參數見表1。

表1 中波臺中波天線主要技術參數

該文討論的中波天線水平面方向性函數見表2～表5。

表2 頻率為665 kHz的天線水平面方向性函數

表3 頻率為570 kHz的天線水平面方向性函數

表4 頻率為1 340 kHz的天線水平面方向性函數

表5 頻率為845 kHz的天線水平面方向性函數

2.2 理論預測模式

該文討論的中波臺以1座發射塔+1座反射塔為1套發射系統，發射系統中心點為發射塔/反射塔連線的中心。因此，分別以A發射塔/反射塔連接線中心點、B發射塔/反射塔連接線中心點建立坐標體系，從而計算2座中波發射塔遠場區電場強度對周圍電磁環境的影響。

以A發射塔與反射塔連接線的中心點為原點，東西向為X軸，南北向為Y軸，西南側為主射方向0°，最小刻度20 m制作坐標（圖2）。利用公式（3）計算1座發射塔（單個頻率）遠場區的電場強度對環境的影響。單套系統模式計算方法示意圖如圖2所示。

圖2 單套系統模式計算方法示意圖

采用建立坐標體系的方法計算2座中波發射塔（4個頻率）運行時產生的復合場強對周圍電磁環境的影響。以A發射塔與反射塔連接線的中心點為原點，東西向為X軸，南北向為Y軸，西南側為主射方向0°，最小刻度20 m制作坐標；當以A發射塔與反射塔連接線的中心點為原點（0，0）時，與之對應的B發射塔與B反射塔連接中心點的坐標為（268，-90）（圖3）。利用公式（3）計算各單個頻率電場強度的預測值，再利用公式（4）計算2套發射系統（4個發射頻率）同時發射時對周圍電磁環境的綜合影響。

2.3 電磁輻射評價標準

根據《電磁環境控制限值》（GB 8702—2014）的要求可知，當頻率為0.1 MHz～3.0 MHz時，中波臺周圍公眾曝露控制限值如下：電場強度E應小于40 V/m，頻率高于100 kHz。在遠場區可以只限制電場強度或磁場強度（等校平面波功率密度）。

2.4 理論預測結果

根據理論計算公式及模式計算方法計算2座中波發射塔同時發射時產生的電磁輻射環境影響預測結果，見表6、表7。

圖3 2套系統模式計算方法示意圖

表6 以A發射系統為原點遠場區的電場強度預測結果

該文根據表6、表7的理論預測結果給出了發射角度（0°～360°）隨距離增加時電場強度預測值的變化規律。從預測結果可知，2套發射系統在同一發射角度下，隨著發射系統距離的增加，電場強度預測值均呈現逐漸衰減的趨勢。2套發射系統在不同發射角度情況下，隨距離的增加，電場強度均呈衰減的趨勢。根據理論預測結果繪制了2套系統在同時運行時電磁輻射的防護區域（超過公眾曝露限制區域（電場強度預測值大于40 V/m），如圖4所示）。在圖4中，2套系統（A、B）中黑色區域內電場強度預測值均大于40 V/m，應將該區域劃定為控制范圍，設立輻射安全警示牌，禁止無關人員進入，以便開展中波臺站后期運行管理工作。

表7 以B發射系統為原點遠場區的電場強度預測結果

圖4 中波臺運行時電磁輻射防護區域

3 結語

該文對中波廣播電視發射塔（雙塔）周圍電磁輻射進行理論預測分析，根據理論預測模型計算中波臺周圍電磁輻射情況，并根據國家標準規定的控制限值劃定電磁輻射防護區域，為中波臺臺站后期管理提供了依據，可以降低對周圍居民健康的影響，從而更好地開展中波臺的輻射防護工作。