短波發(fā)射機(jī)覆蓋場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試與分析

權(quán)琳

摘 要：本文主要以小功率（5KW以下）短波發(fā)射機(jī)為例，測(cè)量其在單頻工作模式下頻率與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系及天線陣子夾角與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系，從而得出短波發(fā)射機(jī)周邊覆蓋效果與電磁環(huán)境普遍適用的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：短波 頻率 場(chǎng)強(qiáng) 測(cè)試

中圖分類號(hào)：V55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（a）-0007-04

短波是指頻率為3 Hz～30 MHz的無線電波。對(duì)于承擔(dān)短波廣播發(fā)射任務(wù)的固定或移動(dòng)發(fā)射臺(tái)來說，通過使用不同頻率、不同天線陣子夾角發(fā)射廣播信號(hào)對(duì)周邊場(chǎng)強(qiáng)的分析，了解覆蓋區(qū)域內(nèi)受眾終端的接收效果及電磁輻射對(duì)受眾的影響都具有重要意義。

1 測(cè)試方法

由于覆蓋場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)試工作受到發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射功率、頻率、駐波比等參數(shù)及地理環(huán)境、測(cè)量?jī)x器等諸多因素的影響，因此正確的測(cè)量方法對(duì)于能否達(dá)到真實(shí)結(jié)果至關(guān)重要。

1.1 測(cè)試方框圖

1.2 測(cè)試場(chǎng)地

為使測(cè)試結(jié)果更具真實(shí)可用性，測(cè)試場(chǎng)地應(yīng)滿足坡度小于2°半徑100 m內(nèi)應(yīng)無障礙物，滿足視距傳輸?shù)囊髴?yīng)遠(yuǎn)離高壓線及金屬物體或建筑。由于實(shí)際地形的復(fù)雜性，很難找到完全符合測(cè)設(shè)要求的測(cè)試場(chǎng)地。如果待測(cè)發(fā)射系統(tǒng)所在地點(diǎn)的某一方向上游遮擋，測(cè)試時(shí)可以將整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)原地旋轉(zhuǎn)某一角度，根據(jù)發(fā)射系統(tǒng)與測(cè)試點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系，測(cè)量出有遮擋方向上的場(chǎng)強(qiáng)值。

2 測(cè)試數(shù)據(jù)處理

2.1 坐標(biāo)系的變換

為了便于分析總結(jié)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，首先將經(jīng)緯度值（球坐標(biāo)系）轉(zhuǎn)化為以發(fā)射天線為中心的圓坐標(biāo)系，定義正北為0度，順時(shí)針方向依次為90度、180度、270度。根據(jù)圖1推導(dǎo)出距離及角度公式：

其中α值還需根據(jù)經(jīng)緯度判斷后轉(zhuǎn)化成圓坐標(biāo)中的角度值。然后就可以把測(cè)（如圖1）。

2.2 場(chǎng)強(qiáng)值的處理

由于地形的限制等因素，測(cè)量點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)值并不是60 dBμV/m，因此，我們應(yīng)根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量值推導(dǎo)出場(chǎng)強(qiáng)值為60 dBμV/m點(diǎn)的位置。

如圖2所示，假設(shè)發(fā)射機(jī)位于A點(diǎn)，發(fā)射天線所輻射的電波在地面上傳播，與發(fā)射機(jī)距離為r的B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為E，整個(gè)傳播途徑上相對(duì)介電常數(shù)ε和電導(dǎo)率δ是均勻的，且天線低架，則B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可以近似由舒來依金—范德波爾近似公式計(jì)算：

實(shí)際測(cè)量時(shí)，無線電波在無障礙條件下傳播的情況實(shí)際上是很少見的，通常從發(fā)射天線到接收天線的途徑上會(huì)有一些障礙物，所以需要分析一下障礙物對(duì)地波傳播的影響。這里主要討論大型建筑物對(duì)地波傳播的影響。電波信號(hào)在傳播過程中，遇到建筑物，如高樓大廈等，電波信號(hào)在穿透建筑物時(shí)會(huì)發(fā)生反射和折射，使信號(hào)衰減。建筑物的貫穿損耗是指電波通過建筑物的外層結(jié)構(gòu)時(shí)所受到的衰減，它等于建筑物外與建筑物內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)之差。下表是建筑物穿透損耗的測(cè)試結(jié)果：（如表1）。

利用公式（4）先求出常數(shù)K，然后再求出60 dBμV/m點(diǎn)的位置，考慮測(cè)量點(diǎn)及推導(dǎo)點(diǎn)的環(huán)境因素，將得到的數(shù)值根據(jù)上表數(shù)據(jù)做出修正，即可推導(dǎo)出場(chǎng)強(qiáng)值為60 dBμV/m點(diǎn)的位置。

由于電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)中場(chǎng)強(qiáng)單位多用V/m來表示，因此應(yīng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為V/m。根據(jù)換算公式：

3 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

3.1 頻率與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系

在單頻情況下天線振子為60°時(shí)的高（21.645 MHz）、中（12.025 MHz）、低（5.975 MHz）頻率曲線如圖3，從圖可知：中低頻率覆蓋范圍約為4.5～5 km，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線約為圓形；高頻率覆蓋范圍約為10 km，場(chǎng)強(qiáng)60dB等值線約為圓形?？紤]天線駐波比、發(fā)射功率、及天氣等因素，隨著頻率增加場(chǎng)強(qiáng)覆蓋范圍越小，中低頻率比較明顯。

在單頻情況下天線振子為30°時(shí)的高（21.645 MHz）、中（12.025 MHz）、低（5.975 MHz）頻率曲線如圖4，從圖可知：低頻率場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線約為圓形，覆蓋范圍約為2～2.5 km；中頻率場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線約為橢圓形，長(zhǎng)軸覆蓋范圍約為3～4 km，短軸覆蓋范圍約為3 km；高頻率場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線約為圓形，覆蓋范圍約為2～3 km；考慮天線駐波比、發(fā)射功率、及天氣等因素，隨著頻率增加場(chǎng)強(qiáng)覆蓋范圍越小，低高頻率比較明顯。

在單頻情況下天線振子為15°時(shí)的高（21.645 MHz）、中（12.025 MHz）、低（5.975 MHz）頻率曲線如圖5，從圖可知：低頻率場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線約為橢圓形，長(zhǎng)軸覆蓋范圍約為3 km左右，短軸覆蓋范圍約為2.5 km；中頻率場(chǎng)強(qiáng)60dB等值線約為橢圓形，長(zhǎng)軸覆蓋范圍約為4 km，短軸覆蓋范圍約為2.5 km；高頻率場(chǎng)強(qiáng)60dB等值線約為橢圓形，長(zhǎng)軸覆蓋范圍約為2.5～3 km，短軸覆蓋范圍約為1.5～2 km；考慮天線駐波比、發(fā)射功率、及天氣等因素，隨著頻率增加場(chǎng)強(qiáng)覆蓋范圍越小，中高比較明顯。

綜上比較可知：在同等的發(fā)射功率、同樣天饋系統(tǒng)、同樣環(huán)境因素下，隨著頻率增加場(chǎng)強(qiáng)覆蓋范圍越小。

3.2 天線陣子夾角與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系

單頻情況發(fā)射頻率為高（21.645 MHz）時(shí)，天線振子夾角分別為60°、30°、15°時(shí)的頻率曲線如圖6，從圖可知：天線振子夾角在60°時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線約為圓形；天線振子夾角在30°時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線約為圓形；天線振子夾角在15°時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線為橢圓形。隨著天線振子夾角的變小，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線逐漸趨近橢圓形。

單頻情況發(fā)射頻率為中（12.025 MHz）時(shí)，天線振子夾角分別為60°、30°、15°時(shí)的頻率曲線如圖7，從圖可知：天線振子夾角在60°時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線約為圓形；天線振子夾角在30°時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線為橢圓形；天線振子夾角在15°時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線為橢圓形。隨著天線振子夾角的變小，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線逐漸趨近橢圓形。

單頻情況發(fā)射頻率為低（5.025 MHz）時(shí)，天線振子夾角分別為60°、30°、15°時(shí)的頻率曲線如圖8，從圖可知：天線振子夾角在60°時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線約為圓形；天線振子夾角在30°時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線約為圓形；天線振子夾角在15°時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線約為橢圓形。隨著天線振子夾角的變小，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線逐漸趨近橢圓形。

綜上比較可知：用戶所用短波發(fā)射系統(tǒng)隨著天線振子夾角的變小，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線逐漸趨近橢圓形。

4 測(cè)試結(jié)論

根據(jù)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理，得出如下結(jié)論。

（1）系統(tǒng)在中低頻段20 m外滿足國家電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)對(duì)公眾的要求，在高頻段20 m外基本滿足國家電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)對(duì)公眾的要求，并且系統(tǒng)在20 m外完全滿足國家電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)對(duì)職業(yè)人員的要求。

（2）在同等的發(fā)射功率、同樣天饋系統(tǒng)、同樣環(huán)境因素下，隨著頻率增加場(chǎng)強(qiáng)覆蓋范圍越小。

（3）用戶所用短波發(fā)射系統(tǒng)隨著天線振子夾角的變小，場(chǎng)強(qiáng)60 dB等值線逐漸趨近橢圓形。

參考文獻(xiàn)

[1] 廣播電視天線電磁輻射防護(hù)規(guī)范[S].GY5054-1995.

[2] 短波廣播網(wǎng)覆蓋技術(shù)規(guī)定[S].GB11410-89.