C波段天氣雷達的電磁輻射分析

鐘靜 林小杰 楊宏宇

摘 要：從雷達作為干擾源的角度分析C波段天氣雷達的電磁輻射。介紹了電磁輻射相關的評價標準，給出C波段天氣雷達相應的安全輻射距離，分析了它對敏感設備干擾的典型例子。比較了工程中常用的幾種電磁輻射防護措施在C波段天氣雷達電磁防護中的作用，指明通過科學防護C波段天氣雷達的電磁輻射是可以達到電磁兼容要求的。

關鍵詞：C波段；天氣雷達；電磁輻射；電磁兼容

1 緒論

C波段天氣雷達具有的強大的發(fā)射功率和敏感的信號接收能力決定了雷達本身即是干擾源又是敏感設備。出于充分發(fā)揮雷達的使用性能方面的考慮，屏蔽、接地、布線、濾波、頻率保護等各種抗干擾措施從始至終貫通了從雷達部件的線路設計、系統(tǒng)組裝、雷達站選址、雷達塔樓建設到雷達觀測環(huán)境的保護的各個階段，現(xiàn)代雷達的抗干擾性能越來越強。而雷達作為干擾源的另一面，盡管在雷達站選址及工作人員操作規(guī)范方面都考慮到了減小雷達作為輻射源對環(huán)境及生物體方面的影響，但由于在這一方面所能采取的技術措施的局限性及各種客觀因素的存在，致使雷達在降低對環(huán)境電磁騷擾的技術遠滯后于雷達對電磁環(huán)境的抗干擾技術。因此，本文側重于雷達作為干擾源的一面來討論分析多C波段天氣雷達的電磁輻射并給出一些相關的抗干擾防護措施。

2 雷達的電磁輻射

理論上在天氣雷達掃描時對雷達產生無源干擾的區(qū)域都屬于雷達的電磁波對地面的直接輻射區(qū)域，而雷達周邊很大范圍內的不定區(qū)域都屬于雷達電磁波散射后的輻射范圍。但雷達電磁波輻射所覆蓋的范圍并不就都屬于電磁輻射污染區(qū)域。

2.1 對生物體的影響

（1）評價標準。

電磁學及生物學中采用比吸收率SAR來衡量電磁輻射對生物體的作用。SAR定義為生物體單位時間，單位質量所吸收的電磁能量。由國家環(huán)境保護局制定的《電磁輻射防護規(guī)定》GB8702-88給出了職業(yè)照射和公眾照射兩種SAR限值。但SAR的測量是在屏蔽室中進行的，為了更好地衡量電磁輻射強度，針對公眾輻射，我國衛(wèi)生部制定的《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》 GB9175-88采用電場強度和功率密度來衡量環(huán)境電磁輻射強度。環(huán)境電磁波容許輻射強度標準分為安全區(qū)和中間區(qū)兩級。C波段天氣雷達工作頻率5.3～5.5GHz，屬微波波段，其相應的許可輻射強度分級標準見下表：

（2）安全距離。

雷達的電磁輻射強度與雷達的天線掃描方式有關。C波段天氣雷達天線掃描的運行方式有三種：平面位置掃描（ PPI） 、距離高度掃描（RHI） 、體積掃描（VOL） 。根據新一代雷達參數(shù)和環(huán)境電磁輻射的防護要求估算出C波段天氣雷達處于運行狀態(tài)時對于職業(yè)照射及公眾照射需要保護的最大距離。

2.2 對敏感設備的影響

天氣雷達作為具有強大的發(fā)射功率的干擾源，其對周圍敏感設備的干擾是存在的，如它對接收衛(wèi)星電視信號的干擾。C波段天氣雷達工作頻率為5.3～5.5GHz，與用于通信衛(wèi)星下行傳輸信號的C波段（工作頻率4～8GHz）間就存在頻率相近甚至重疊的部分，這決定了C波段天氣雷達信號易對衛(wèi)星通信系統(tǒng)造成于擾。

3 防護措施

按照《新一代天氣雷達選址規(guī)定》，候選站址距雷達照射范圍內居民生活區(qū)的距離不應低于500m。在雷達選址階段就已經考慮到把雷達對居民生活區(qū)的電磁輻射控制在安全區(qū)內，符合對城鎮(zhèn)的電磁輻射環(huán)保要求。但近年來隨著城鎮(zhèn)化進程的加速，使得有些原本在建站時符合對城鎮(zhèn)電磁輻射環(huán)保要求時的雷達站開始岌岌可危。因此十分有必要研究相應的應對措施。

3.1 減少輻射的措施

結合電磁波傳播的各種衰減特性可有效地減少C波段天氣雷達的電磁輻射。

（1）電磁波傳播的距離衰減。

雷達波是以球面波的形式從雷達向外傳播的，距離越大，球面半徑就越大，單點的電磁信號就越小，空間損耗也就越大。根據微波密度計算公式：

S=P·G[]4πr2×100

可知，電磁波的強度和距離的平方成反比，即距離為原來兩倍，強度就降低為原來四分之一。因此經濟有效地減少雷達電磁輻射的途徑就是遠離輻射源，遠離雷達站。

（2）建筑材料對電磁波的衰減。

鋼筋混凝土、磚等常用的建筑材料對電磁波有衰減的作用。這種衰減是反射、吸收、散射共同作用的結果。因此如不能有效遠離雷達站，在雷達工作時，避免在暴露環(huán)境中活動，也是減少電磁輻射的途徑之一。

3.2 抑制干擾措施

（1）屏蔽。

屏蔽是工程上常用的有效抑制干擾的措施。但對于C波段天氣雷達來說要達到有效的電磁屏蔽就要求屏蔽金屬體網格尺寸至少要小于波長的一半。C波段天氣雷達電磁波波長約為5.5cm，也就是說屏蔽體的網格尺寸至少要小于2.7cm才能起到屏蔽的效果，且網格尺寸越小，屏蔽效能越佳。但這種措施對于民用來說造價太高，沒實現(xiàn)的意義，但對于小型設備及機房來說仍可以采取這種措施來屏蔽雷達電磁輻射的干擾。

（2）濾波。

濾波是將信號中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項重要措施。對于C波段天氣雷達的輻射干擾，理論上只要采用下限截至頻率為5.3 GHz，上限截止頻率為5.5GHz的帶阻濾波器就可以完美抑制，且有用信號頻率與雷達輻射頻率相差越遠，濾波的效果越好，但若信號頻率與雷達工作頻率相同，則無法通過濾波去除干擾。

（3）躲避。

微波是直線傳送的，具有對障礙物繞射差的特點，因此可結合地形特征，把接收天線系統(tǒng)設在周圍有山丘或樓房處，尋找雷達電磁波的輻射死角。接收天線架設在輻射死角有一定的抗干擾作用。

4 結語

從雷電、太陽黑子等自然輻射到各種電子設備的人為輻射，生活中電磁輻射從來就無處不在。電磁波既是一種資源也是一種危害，因此需要科學地認識并合理利用和有效防護電磁輻射。雷達在氣象業(yè)務中的使用具有里程碑的意義，我國新一代天氣雷達網的建設顯著地提高了天氣預報的準確率，盡管雷達的電磁輻射客觀存在，但只要措施得當就可以將雷達的輻射危害控制在安全的范圍內，符合電磁兼容的要求。

作者簡介：鐘靜（1981-），女，漢族，海南屯昌縣人，本科，工程師，研究方向：電磁兼容。