中波臺站內建造大數據機房的可行性研究

黃迎召 劉向陽

（河南省廣播電影電視局104臺，河南 鄭州 450003）

新一輪的信息技術革命向智能化發展，大數據、云平臺等引發的“智慧浪潮”也迫使廣播影視盡快構建“智慧廣電”。在這一輪廣播影視轉型升級的過程中，大數據機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，但是，中波臺站內部卻存在較強的電磁干擾。這對IT設備的運行產生影響，本文將探討在發射功率、頻率、發射機數量、距離等綜合因素的影響下，通過理論計算，對在中波臺站內建造IT機房的可行性進行研究和探討。

1 中波臺站內場強的計算

根據國家信息中心對機房環境的技術指標要求，機房內，頻率范圍0.15～1000MHz 的無線電干擾不大于126dB。因此，在中波臺站內建造大數據機房，確定臺站內的場強大小是關鍵，場強大小決定著機房屏蔽選用何種材料，進而影響其造價。根據《輻射環境保護管理導則—電磁輻射監測儀器和方法》（HJ/T10.2—1996），中波（垂直極化波）場強可按舒來依金—范德波爾公式計算。

其中，E場強，mv/m；d為被測點距發射天線的水平距離，km；P為發射機標稱功率，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；W 為地面衰減因子；X 為數量距離；λ為波長；ε為大地的介電常數，無量綱；σ為大地的導電系數，1/（Ω*m）。介電常數和電導率取值如表1所示。

若臺站內有多個中波發射頻率，那么場強計算公式為各個場強的算術平方根；

其中，En2代表第n個中波頻率的場強平方。

表1 電導率與介電常數

根據以上公式，可以計算出距離不同功率天線的場強大小。在表2中簡單地給出了不同功率發射機在不同距離下的場強值。

表2 不同功率發射機的場強值 （單位：dBμv）

考慮到簡易機房對中波信號有10～20dB 的衰減作用，參考GB50174—2008《電子信息系統機房設計規范標準》，即建造地點的場強不大于136.5dB。根據場強計算公式和表2，給出臺站內有一部發射機和兩部等功率發射機時，無需建造屏蔽機房的條件。

表3 不同功率下無需建造屏蔽機房的距離

根據表3，我們可以得出以下結論：兩部以內、10kW及以下的發射臺站在建造數據機房時不需屏蔽。臺站內有幾部發射機，則需要通過場強疊加公式來計算得出是否需要屏蔽。25kW、50kW 發射機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。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行探討。

2.1 金屬箔和金屬網的選擇

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。但作為機房的屏蔽材料，0.1mm 的銅箔易遭到破壞，而銅箔過厚則會導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。根據計算，發射臺站內即使有兩部600kW發射機，在距發射天線300m處建造機房所需要的屏蔽是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。金屬箔不具有透光性，金屬網則具有很強的透光性，并且金屬網焊接的要求也不像金屬箔那么高。因此在中波臺站內建造屏蔽機房時，建議選擇使用金屬網。

2.2 金屬網的屏蔽效能計算公式

SE網——金屬網的屏蔽效能（dB）；

Aa——金屬網的吸收損耗（dB）；

Ra——金屬網的界面反射損耗（dB）；

Ba——金屬網反射修正項（dB）；

K1——單位面積上的孔目修正項；

K2——低頻時導體穿過深度修正項；

K3——相鄰網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 金屬網的電磁場反射損耗計算公式：

式中，K代表不同孔目的系數；

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——平方厘米內孔的個數；

d——金屬線直徑，cm；

σ——集膚深度，σ=6.61/f1/2；

2.3 不銹鋼絲網與黃銅鋼絲網屏蔽效能的理論計算

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

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

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環境中，對電磁波的屏蔽能力相差很大。低頻時，絲徑較大的金屬網屏效更好。高頻時，絲徑較小、目數較多的金屬網屏效更好。因此，在中波頻段，發射機的頻率相對較高時，金屬網的目數是影響屏效的重要因素；在頻率相對較低時，金屬網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。

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

3 中波臺站建造數據機房具體實例

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 中波發射機兩臺，頻率分別是621kHz和900kHz。擬在距621kHz 天線420m 處，900kHz 天線748m處建造IT機房（見圖1），詳細計算如下。

3.1 臺內場強大小

此臺有200kW 的發射機兩部。參照表3，此站內建設IT機房時需要采取屏蔽措施。發射天線為無方向性拉線塔，可設G=1；發射頻率621kHz、900kHz，功率均為200kW；地質為干土，ε=6，σ=1x10-3。代入公式（1）中計算，可得出621kHz在A點的場強大小為14.24V/m，折算為143dB；900kHz在A點的場強大小為8V/m，折算為138dBμv，則A點的疊加場強為146.85dBμv。若在A點建造IT機房時，場強值大于國標的要求，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 進行計算。根據國家信息中心提供的機房內各類計算機設備對機房環境的技術指標要求，機房內部最大可允許126dB 的電場干擾，依據GTB 50719-2011《電磁屏蔽室工程技術規范》所示，外界電磁波干擾場強的理論值應加10dB 余量。因此，屏蔽機房的屏蔽效果應高于：

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

因為屏蔽網對不同波長的電磁波屏蔽不同，根據2.3節的結論可知，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。

根據此臺情況，材料選用16目方孔、邊長1mm、絲徑0.47mm 的銅網（覆蓋墻體），頻率以621kHz 帶入（5）公式計算。金屬網的屏蔽效能為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

計算結果大于20.85dB，可以滿足室內建造機房的條件。經過計算得出使用1mm邊長、孔徑0.47mm的金屬屏蔽網完全可以達到在此地建造IT機房的條件。

4 小結

綜上，在一些功率較小的臺站可以直接建造大數據機房。即使在一些干擾超標的臺站，也可以通過采取一定的屏蔽措施達到建造標準。因此，在中波臺站內建造大數據機房是可行的。但是，在實際的項目規劃中，還要考慮到機房的大小、位置、高低，門窗和通風口也應考慮到屏蔽措施，傳輸線路以及線路的進出通道也要按照規范采用防范措施。

［1］GBT 50719-2011《電磁屏蔽室工程技術規范》［S］.

［2］GY 5054-1995《廣播電視天線電磁輻射防護規范》［S］.