短波發(fā)射臺電磁輻射問題的研究

魏明疆

（新疆廣播電視局五二三臺，新疆 昌吉 831100）

導(dǎo)語

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線通信作為取得信息的重要手段被應(yīng)用于生活的各個領(lǐng)域。在短波發(fā)射機方面，科學(xué)家們攻堅克難，取得了一個又一個偉大成就。大多數(shù)國際廣播都是短波，因為短波航行不容易中斷，可能是一個強大的發(fā)動機。就短波通信而言，這具有十分特殊的意義。即使在今天，盡管通信技術(shù)有了長足的進(jìn)步，海上短程運輸仍然是全球?qū)拵У挠行侄巍1]海上運輸憑借其短促、安全、快捷的特點，成為一種快捷高效的通信手段。

它是一個重要的短波廣播平臺，主要用于廣播節(jié)目信號的電磁波擴展，11%的觀眾用于短波傳輸。短波發(fā)射天線是短波發(fā)射機的重要組成部分。這些儀器對聲音信號進(jìn)行調(diào)制，并向通過短波線路傳輸天線的發(fā)射站產(chǎn)生強大的射頻信號。短波發(fā)射機作為短波傳輸?shù)闹匾ㄐ殴?jié)點，具有高頻、高工作電壓、大功率等特點。控制系統(tǒng)在無線通信領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮重要作用。無線通信技術(shù)發(fā)明實施以來，無線通信取得了長足的進(jìn)步。

短波發(fā)射天線是一種特殊的電磁波發(fā)射器件，它最終位于整個發(fā)射系統(tǒng)中。天線將發(fā)射機轉(zhuǎn)換為通過電源傳輸?shù)母哳l電流，然后轉(zhuǎn)換為相同頻率的無線電波。以各種形式的能量，最終達(dá)到擴散的目的。建立短波電臺對邊遠(yuǎn)地區(qū)的無線電通信具有重要意義。無論是東方升起的旗桿，遠(yuǎn)在阿拉善無邊無際的大草原，還是在荒無人煙的沙漠戈壁，都可通過短波收音機獲取信息。在國家偏遠(yuǎn)的山區(qū)，無線通信還是依靠短波發(fā)射機來完成。[2]

除短波通信的任務(wù)外，短波發(fā)射機還面臨著因其自身工作特性而產(chǎn)生的問題。雖然高性能高頻發(fā)射機可以解決遠(yuǎn)程傳輸問題，但是電磁波所造成的電磁輻射也會帶來環(huán)境污染，給人帶來疾病。

目前，電磁輻射對人們而言，污染程度已經(jīng)到了不能忽視的地步，并且還在迅速增加。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)交流電工作時，力和磁鐵發(fā)生變化，力和磁鐵影響周圍空間。空間中的可變磁場以中庭的形式移動，就像攜帶電磁能量并影響環(huán)境的電磁波一樣。這種現(xiàn)象稱為電磁波。工作場所不同使短波種類的輻射特性也有差異。由于傳輸系統(tǒng)的碎片化，天線和電源也將向太空發(fā)射電磁波。實驗結(jié)果表明，電磁波的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)是電磁輻射對人體影響的主要原因。首先，電磁波對人體進(jìn)行輻射，然后人體在一定程度上吸收電磁波的能量，在高溫下會引起神經(jīng)細(xì)胞和白細(xì)胞等不必要的生理反應(yīng)。其次，人體長期暴露在一定大小的電磁波中。雖然體溫沒有升高，但也有一些生理反應(yīng)，如速度、血壓變化、失眠、健忘癥等。起飛坡道的電子設(shè)備也部分暴露在發(fā)射器的電磁輻射下。電磁輻射不僅影響工人的生活，也影響短波收音機的工作。[3]

電磁波在日常生活中，是看不見摸不著的，但是它對人體的損害卻是異常的大。但人們往往都會忽視這個不起眼的小因素。作為短波信號連續(xù)傳輸?shù)母咝阅軉卧谌粘Ｉ钪校藗儜?yīng)該著重注意的是短波發(fā)射機發(fā)射出來的電磁輻射和輻射所造成的電磁環(huán)境。在研究電磁輻射和電磁輻射分布的基礎(chǔ)上，對高頻傳輸對傳輸站和環(huán)境的影響進(jìn)行了分析高性能發(fā)射機中的字段。為改善短波發(fā)射機的電磁環(huán)境，提出合理的建議以減輕短波發(fā)射機對人和環(huán)境的影響。

1.短波發(fā)射的電磁信號所具有的特點

電磁波分為天波和地波。其中天波主要是在太空中傳播，距離地球表面很遠(yuǎn)。地波就是在地球表面?zhèn)鞑ァＩ⑸浣橘|(zhì)波主要受土壤的影響。大氣波的傳播意味著無線電波通過電離層反射進(jìn)入大氣層，然后返回地球。這種傳播被稱為“天波傳播”，短波主要通過天波傳播。

直接傳播，也叫作空闊的空間傳播。它是電磁波從地面層直接傳播到發(fā)射臺的。這叫作直接傳播。直接傳播通常用于UHF電視和廣播。

這是一個很好的例子。電磁波的周期性特征是指內(nèi)部電場和外部電場。電磁線的設(shè)計和傳播應(yīng)采用電磁的形式。一般來說，電磁場分為遠(yuǎn)場（感應(yīng)場）和近場（輻射場）的感應(yīng)場和輻射場的區(qū)別。

天線的方向和場的形狀。天線精度是天線場強度隨方向變化的性質(zhì)。發(fā)射天線將高頻電流轉(zhuǎn)換為散射電磁波。為了有效地利用電磁能，有時需要天線向某個方向輻射能量。不同的工作需要不同方向的天線。例如，有時在一個平面上需要高精度的天線，在另一個平面上需要低精度的天線。因此，天線的精度在實踐中是選擇性的。沒有完全定向的天線。因此，天線產(chǎn)生的電磁場的空間分布應(yīng)根據(jù)天線的精度來確定。

2.短波發(fā)射電磁輻射干擾

2.1 電磁干擾

由于短波發(fā)射的電磁波主要是指大氣，其分布具有高頻散射場的特征，即電磁輻射的影響隨高度的增加而增大。場強不高，隨距離迅速減小，通過增加射頻發(fā)射機的功率，雖然射頻天線產(chǎn)生的電磁場不超過規(guī)定值，但可以使用，確定環(huán)境污染敏感區(qū)的內(nèi)部場強。它會導(dǎo)致各種電氣產(chǎn)品產(chǎn)生一定的電磁干擾。尤其是附近的電視和電話。中波和移動通信的頻率范圍為526.5-1606.5 kHz，而微波頻率范圍為300 mhz-300 GHz。一般來說，家庭電視和電話沒有干擾。因此，文章主要分析其產(chǎn)生的機理及相應(yīng)的對策，使用強大的無線電磁鐵干擾附近家庭的電視和電話。[4]

2.2 抑制干擾的措施

根據(jù)電磁干擾領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，故障解決主要有三種基本形式。

首先，直接消除。消除障礙物的原因，為了避免短波發(fā)射機的過度振動而損壞電視，新型短波發(fā)射機開始關(guān)注濾波器的誤差。例如，許多機構(gòu)在閉路電視的正下方安裝了低壓傳感器，以便閉路電視工作人員和居民可以觀看電視。

其次，阻斷電子傳輸路徑或提高電子傳輸路徑的電阻，以消除噪聲源與被干擾設(shè)備之間的關(guān)系。如果電視和電話信號傳輸?shù)墓饫|布置正確，可以埋設(shè)，以減少無線電干擾。

最后，是增強受干擾設(shè)備抗電磁干擾能力，降低噪聲敏感性。具有良好電磁兼容性的電話和電視可用于盡量減少電磁干擾。

3.關(guān)于發(fā)射臺系統(tǒng)以及關(guān)于短波電磁輻射的計算

天線和電源系統(tǒng)設(shè)計用于確保發(fā)射機到服務(wù)扇區(qū)的傳輸。跳板是一種重要的輔助設(shè)備。天線和饋線在相對惡劣的工作條件和高度可變的工作條件下在室外運行。華北地區(qū)的晝夜溫差、寒冬、春風(fēng)和沙塵暴都會影響供水系統(tǒng)的運行。夏天干熱的天氣也使得溫度很高。此外，該站的鳥類和其他生物活動對天線流動系統(tǒng)構(gòu)成了一些風(fēng)險。[5]因此，有必要定期檢查天線導(dǎo)航系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)維護(hù)難度大，故障風(fēng)險高。如果發(fā)生故障，維護(hù)困難，導(dǎo)致變速器操作長期中斷。這些特性在設(shè)計、安裝和維護(hù)中得到充分考慮。除確保適當(dāng)?shù)臋C械和電氣安全外，保護(hù)和維護(hù)更為重要。確保所有節(jié)點接觸良好，防止?fàn)I養(yǎng)線、變阻器等進(jìn)入。高頻無線電的行星供電系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。90米高的桅桿占據(jù)了大部分地面。還有專門設(shè)計的元件用于調(diào)節(jié)天線和電源之間的阻抗。天線和室外絕緣子的地面應(yīng)設(shè)置有效的防雷裝置。有許多短波發(fā)射機和復(fù)雜的開關(guān)需要額外的維護(hù)。

3.1 理論模型

在構(gòu)建理論模型時，使用E來代表電場強度，實際環(huán)境中，同一種環(huán)境下不可能只存在一種電磁波，同時，在一片固定的區(qū)域內(nèi)，多個存在的電磁波會相互耦合，形成復(fù)合場強。所謂的復(fù)合場強，就是由于兩個以上的電磁波相互疊加形成的。疊加公式如下：

水平短波天線是由多個振蕩器組成的駐波天線。它通過一個由銅或金屬絲制成的反射柜在恒定高度向空中發(fā)送信號。高頻天線產(chǎn)生的電磁場可以通過每個高頻發(fā)生器產(chǎn)生的電磁場的疊加來確定。其中：

使用M來對陣子數(shù)進(jìn)行表示；使用N來對陣子層數(shù)進(jìn)行表示；使用H來對最底層振子離地高度進(jìn)行表示；

得到的計算公式如下：

使用λ來對工作波長進(jìn)行表示；使用R對電阻進(jìn)行表示；使用d對天線陣和反射網(wǎng)兩者之間的距離進(jìn)行表示，使用h對振子離地高度進(jìn)行表示。

之所以對場強E不再進(jìn)行單獨的計算，是因為同相水平天線附近的電磁環(huán)境就是被電場強度所決定。

3.2 理論計算

在理論模型中引入了高頻天線的相關(guān)參數(shù)。根據(jù)天線水平相位電場強度的計算公式，可以模擬短波發(fā)射機附近的電場強度分布，由于附近磁場分布不均勻，電場強度波動強烈，因此，可以模擬短波發(fā)射機附近的電場強度分布。理論模擬不能準(zhǔn)確反映附近區(qū)域電場的變化規(guī)律。由于這些原因，現(xiàn)場研究建議采用近場強度。本理論模型主要檢測工作區(qū)域內(nèi)的電場強度。也可以檢測稍微偏遠(yuǎn)一些地區(qū)的電場強度。短波發(fā)射機前面的模擬區(qū)域為50米-100米。在這個范圍內(nèi)可以研究該區(qū)域的電場強度分布。[6]

高頻發(fā)射站有幾個均勻天線，在hr4/2.5模式下工作，頻率范圍為6.1至9.5 MHz。模擬5MHz天線。

利用水平相位天線的強度預(yù)測模型計算了高頻天線的場電壓。實驗結(jié)果表明，理論模型較好地反映了天線周圍磁場力的變化規(guī)律和趨勢。相比之下，理論預(yù)測在邊遠(yuǎn)地區(qū)誤差較小，理論預(yù)測在邊遠(yuǎn)地區(qū)更實用，可以用理論值代替。在天線的近輻射范圍內(nèi)，由于接收到的場電壓與測量值之間存在較大的誤差，電磁環(huán)境復(fù)雜，電磁輻射不易接近平波，因此首先需要測量天線的近場強度。

場強隨天線距離的減小而增加，這是在高頻天線附近的特征。電場強度的第一次變化較大，在天線距離減小時，電場強度開始快速增大，經(jīng)過一定距離后，電場強度的減小趨勢逐漸減緩。如計算出的天線在工作模式和電磁波強度等過程中的數(shù)值比實際值要低。

3.3 計算結(jié)果分析

高頻天線附近的磁場強度與距離呈負(fù)相關(guān)，隨距離的增加而減小，降低磁場強度是一個快速延遲和最終終止的過程。仿真結(jié)果表明，200m天線的前端場強小于10V/m，400m天線的前端場強接近5V/m。安全區(qū)為1m/m。理論計算表明，從發(fā)射天線1，5km范圍內(nèi)的種植區(qū)域來看，安全區(qū)內(nèi)的電磁波強度較低。天線的工作環(huán)境對發(fā)射沒有顯著影響。理論模型在接近原因和實際測量方面存在較大缺陷。原因有很多：首先，波的擴展取決于實際環(huán)境、傳輸介質(zhì)的導(dǎo)電性以及濕度和溫度之間相互作用的介電常數(shù)。其次，天線和發(fā)射機已經(jīng)運行了30多年。盡管精心維護(hù)，但在廣播開始時無法進(jìn)行比較。同時，近場電磁場環(huán)境復(fù)雜，模擬難度大，預(yù)測誤差大。因此，有必要將重點放在近場電磁場強度的測量上。發(fā)射機本身的循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)盡可能完善，提高轉(zhuǎn)換器冷卻系統(tǒng)的工作效率，盡可能避免通過發(fā)射機門漏熱。更好地利用傳感器的金屬柜進(jìn)行電磁輻射防護(hù)。[7]

結(jié)語

研究了發(fā)射機、天線和短波發(fā)射機的電磁環(huán)境。根據(jù)電磁場與電磁波的相關(guān)理論，考慮到設(shè)備和天線的實際停機情況以及與正常工作接觸的設(shè)備和天線的實際情況，采用儀器測量相關(guān)性仿真技術(shù)，發(fā)射臺電磁場分析按國家有關(guān)數(shù)據(jù)規(guī)范執(zhí)行。結(jié)論如下。

發(fā)射機腔內(nèi)的輻射水平隨著出口距離的增加而降低。它基本上保持穩(wěn)定，直到到達(dá)墻。在建筑物附近，由于電磁波的反射，電場強度降低。根據(jù)測量結(jié)果，某些點的場強較高，這可能導(dǎo)致電場發(fā)生變化，因為該點靠近屏障（空調(diào)）。這也可能是由金屬材料的二次輻射引起的天線和空調(diào)效應(yīng)。在實際測量中，實驗結(jié)果不能反映頻率大于場強的理論規(guī)律。將考慮這是否是由于每個廣播公司不同的運營環(huán)境造成的。在運行的幾年里，機器的新舊部件不同，這導(dǎo)致了操作和設(shè)計指標(biāo)的差異。實測場功率與理論情況不同。這也反映了現(xiàn)場試驗的重要性和價值。

短波發(fā)射機的功率比前向短波發(fā)射機的功率高50厘米，短波發(fā)射機的功率比前端短波發(fā)射機的功率高100厘米。這是因為輸送機的設(shè)計太高，因此大部分下部熔爐無法使用，一些電磁波會反射到地面上。

高性能短波天線可能會對周圍的電磁環(huán)境產(chǎn)生影響，但對種子供應(yīng)的影響有限。此外，起點位于人口稀少的地區(qū)，周圍只有幾英畝土地。這對人類健康和生命沒有負(fù)面影響。

本研究系統(tǒng)全面地考察了高頻廣播電臺的電磁環(huán)境。結(jié)論將有助于改進(jìn)工作組的工作，并促進(jìn)短期方案的制定。實踐表明，該起動器的電磁環(huán)境通常符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，并對超出當(dāng)?shù)仉妶龉β侍岢隽艘恍┯幸娴慕ㄗh。

在未來，短期通信將繼續(xù)被視為一種信息傳播手段，它不僅是一種可靠的信息傳播手段，而且是一種不易受到緊急情況影響的通信手段。隨著技術(shù)的發(fā)展，短波通信對環(huán)境的影響越來越小，短波通信也在不斷改進(jìn)。