中波電磁輻射影響理論模式測算

林益豪

摘 要 文章根據理論模式測算的方法對中波廣播發射臺場區附近的電磁環境進行了計算。

關鍵詞 中波發射臺；電磁輻射；綜合場強；理論預測

中圖分類號 TN91 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）217-0075-04

近些年來，城市的飛速發展導致原處于郊區寬闊地帶的中波臺逐漸被城市包圍。隨之而來的是地方對中波臺的搬遷要求以及周圍居民對中波臺周邊的電磁輻射影響的顧慮。中波臺電磁輻射的計算結果，可以打消群眾的顧慮，為中波臺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

中波廣播的發射頻率為535kHz～1605kHz，通過地波與天波傳播。地波傳播就是電磁波沿地面傳播的方式。地波傳播場強穩定，覆蓋范圍稱為地波服務區（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區（幾百至千余公里）。地波覆蓋區是我國中波廣播站臺的主要服務區。

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、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：

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。水平極化波就是運動軌跡與地面平行的；垂直極化波就是運動軌跡與地面垂直的。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。中波廣播天線通常以水平方向和垂直方向的方向性圖來描述天線的方向性。

3）天線增益。用來表示天線的效率。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，需滿足電特性參數規定指標。一般，頻帶寬度與增益負相關。

5）天線的輻射影響。當中波電流通過天線時，天線周圍的電場與磁場將會發生相互作用，形成波動，以光速向周圍擴散，從而對環境產生電磁輻射影響。

6）天線的效率。天線的輻射功率與輸入功率之比。

2 電磁輻射計算模式

d-被測位置與發射天線水平距離（km）；

P-發射機標稱功率（kW）；

η-天線效率 （% ）；

G-天線增益（倍數）；

F（h）-發射天線高度因子，F（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，max？= 0；

X-數量距離 ；

A-地面衰減因子 ；

λ-波長 ；

ε-大地的介電常數；

3 計算預測

中波發射系統對周圍環境電磁輻射的影響程度與發射頻率、發射功率、天線增益、系統損耗和整機效率等主要技術參數有關。

某中波發射臺天線位置情況（圖2）及相關技術參數如下：

1）天線位置情況。

2）發射功率。該中波臺站運行時只有4臺發射機工作，從電磁輻射最不利角度出發，4臺發射機按照1臺30kW、3臺20kW發射功率考慮（主機和備機不會同時使用）。

3）發射頻率。該中波臺共建設4座中波發射塔，均為單頻單塔，發射頻率分別為630kHz、810kHz、1071kHz和1359kHz。本項目中波天線主要參數見表1。

4）天線增益。各頻率的中波天線增益見表2。

5）系統損耗。中波臺電磁輻射的大小與系統損耗的大小也有關。電磁信號經發射設備處理會產生某些衰減。主要是電磁信號需經電纜傳輸至天線發射，需要經過天線調配網絡的匹配處理，也將產生一定量的衰減。該中波臺系統損耗取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，因此垂直場形圖的主軸幾乎與地面平行，因此對近距離區域并不會產生特別大的場強。其方向性圖見圖3、圖4。

7）大地的介電常數及導電系數。導電率（σ）取0.01（）（ 1m？？），介電常數（ε）取10。

8）水平面和垂直面方向性（F（Δ·θ）=1）。本項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可知本項目在垂直方向上，已經取了垂直面上預測點的最大場強值作為其預測結果，即公式（4）的計算結果就是同一垂直面不同高度的最大場強值。

9）天線高度因子F（h）。由h/λ（天線高度/波長）值并查高度系數曲線圖可知，本項目四個天線高度因子F（h）均小于1.2，因此F（h）計算參數取1.2，可直接套用公式（4）。

（1）單塔天線場強計算。

由于單塔天線水平方向性圖的各向同性，只需對一個方向的場強值進行計算，根據公式（4）計算每個天線在不同水平距離處場強貢獻值的預測結果見表3。

（2）場強疊加影響分析結果。

該中波臺位置情況如圖2，采用建立坐標體系來計算4座發射塔對周圍環境的復合場強值。評價首先以1#發射塔為原點，東西向為X軸，南北向為Y軸，制作坐標，從而確定2#發射塔坐標為（200，0），3#發射塔坐標為（-40，220），4#發射塔坐標為（200，220），如圖2所示。

在坐標系中利用公式（4）計算各個塔對單點的場強影響，再利用公式（5）計算4座中波塔共同對環境中該點位的復合場強值。根據計算結果利用surfer軟件繪制電場強度等值線圖如圖4。

4 結論

理論計算與計算機軟件相結合可以方便的計算中波臺臺區電磁輻射情況，并直觀地呈現出來。通過計算可為中波臺監測臺區周圍電磁輻射情況及中波臺遷建工作選址提供參考。

參考文獻

[1]《輻射環境保護管理導則電磁輻射監測儀器和方法》[S].（HJ/T10.2-1996）.

[2]《環境電磁波衛生標準》[S].（GB9175-88）.