甚高頻遙控臺(tái)電磁環(huán)境影響分析

張 磊 卞華鋒 李少婷 陳 茜

(1.中日友好環(huán)境保護(hù)中心，北京 100029；2.北九州市立大學(xué)，日本 北九州 808-0135；3.湖北省輻射環(huán)境管理站，湖北 武漢 430070；4.北京國寰環(huán)境技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100029)

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甚高頻遙控臺(tái)電磁環(huán)境影響分析

張 磊1，2卞華鋒1李少婷3陳 茜4

(1.中日友好環(huán)境保護(hù)中心，北京 100029；2.北九州市立大學(xué)，日本 北九州 808-0135；3.湖北省輻射環(huán)境管理站，湖北 武漢 430070；4.北京國寰環(huán)境技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100029)

地空通信是實(shí)施空中交通管制最有效關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，甚高頻是地空通信的重要組成部分。為了保障民航運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展，迫切需要加強(qiáng)甚高頻遙控臺(tái)的建設(shè)。本文介紹了甚高頻系統(tǒng)，通過電磁環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)、參數(shù)預(yù)測(cè)，分析了建設(shè)甚高頻遙控臺(tái)對(duì)周圍電磁環(huán)境的影響，并提出污染防治措施。

甚高頻；電磁環(huán)境；影響

1 引 言

改革開放以來，航空運(yùn)輸業(yè)務(wù)量持續(xù)快速增長(zhǎng)。自2005年起，我國民航運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量已躍居世界第二位，由于我國民用航空運(yùn)輸飛行架次、機(jī)隊(duì)規(guī)模、機(jī)場(chǎng)數(shù)量迅猛增長(zhǎng)，使得軍民航飛行矛盾愈加突出，因流量控制和天氣原因造成的航班延誤數(shù)量越來越多，航班不正常率居高不下，突發(fā)應(yīng)急事件頻繁發(fā)生，迫切需要加強(qiáng)民航空管設(shè)施建設(shè)，以協(xié)調(diào)、保障快速增長(zhǎng)的民航運(yùn)輸發(fā)展形勢(shì)需求。

目前，實(shí)施空中交通管制最有效關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一就是語音地空通信。地空通信由甚高頻和高頻通信系統(tǒng)組成，強(qiáng)化了延伸距離能力。

甚高頻(Very High Frequency，以下簡(jiǎn)稱“VHF”)遙控臺(tái)的建設(shè)會(huì)增加環(huán)境中的電磁輻射水平，本文通過監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)，分析了建設(shè)甚高頻遙控臺(tái)對(duì)周圍電磁環(huán)境的影響。

2 VHF概念

VHF是指頻帶由30MHz到300MHz的無線電電波。VHF通信系統(tǒng)供飛機(jī)與地面臺(tái)站、飛機(jī)與飛機(jī)之間進(jìn)行雙向話音和數(shù)據(jù)通信聯(lián)絡(luò)。VHF系統(tǒng)采用調(diào)幅工作方式，根據(jù)國際民航組織規(guī)定的頻率范圍和頻道間隔，其工作的頻率范圍由118.000～151.975MHz(實(shí)際使用最大頻率為136.975MHz)，頻率間隔為25KHz。

VHF塔臺(tái)設(shè)備的發(fā)射功率不應(yīng)超過10W，進(jìn)近設(shè)備發(fā)射功率在25W，航路對(duì)空設(shè)備發(fā)射功率應(yīng)在50W。

VHF傳輸方式的特點(diǎn)是：由于頻率很高，其表面波衰減很快，傳播距離很近，通信距離限制在視線距離內(nèi)，所以它以空間波傳播方式為主，電波受對(duì)流層的影響大；受地形，地物的影響也很大。

2.1 VHF收發(fā)信機(jī)分類

VHF收發(fā)信機(jī)按設(shè)備分為：VHF便攜收發(fā)信機(jī)、VHF單體收發(fā)信機(jī)、VHF共用天線系統(tǒng)。

VHF便攜收發(fā)信機(jī)主要用于塔臺(tái)指揮、校飛、電磁環(huán)境測(cè)量、應(yīng)急等。

VHF單體收發(fā)信機(jī)適用于通信波道少，有足夠天線場(chǎng)地的機(jī)場(chǎng)使用。隨著民航業(yè)務(wù)的發(fā)展，對(duì)VHF的波道數(shù)量需求越來越多，對(duì)天線場(chǎng)地和電磁環(huán)境的要求越來越高，逐步由VHF單體電臺(tái)過渡到VHF共用天線系統(tǒng)。

VHF遙控臺(tái)主要用于航路地空通信，通過設(shè)置遙控臺(tái)來解決航路或區(qū)域的全程通信覆蓋，解決本場(chǎng)的VHF作用距離以外不能覆蓋的通信。

2.2 VHF共用系統(tǒng)組成

VHF共用系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、濾波器、共用天線系統(tǒng)、主備遙控切換控制單元、CMT或CMS、測(cè)試轉(zhuǎn)換接口單元及定向耦合器組成。

為了提高所用空域的足夠無線電信號(hào)覆蓋，增加了多部電臺(tái)設(shè)置于不同的地理位置而使用同一頻率(同頻異址)的應(yīng)用。另一方面，為了保障地空通信的安全、通暢、有效，對(duì)于一些重要頻率，進(jìn)入內(nèi)話系統(tǒng)的同頻異址VHF語音信號(hào)一般有三、四路，形成一主、二備、三應(yīng)急的配置。

VHF遙控系統(tǒng)見圖1。

圖1 VHF遙控系統(tǒng)

2.3 VHF工作原理

VHF工作過程分為發(fā)射、接收兩個(gè)階段。

發(fā)射過程：在管制席位，管制員的語音信號(hào)通過內(nèi)話系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)送到VHF站點(diǎn)的發(fā)射機(jī)(TX)，在發(fā)射機(jī)內(nèi)進(jìn)行AM調(diào)制、放大、濾波后，電磁波以直線傳播方式通過天線發(fā)射到空域。

接收過程：射頻信號(hào)通過VHF接收機(jī)天線接收后，在接收機(jī)內(nèi)進(jìn)行一系列的處理，如濾波、放大、混頻、檢波后，得到音頻信號(hào)，再通過傳輸系統(tǒng)、內(nèi)話系統(tǒng)送到管制席位。

VHF工作原理見圖2。

圖2 VHF工作原理

2.4 VHF技術(shù)參數(shù)

以德國R/S200為例，VHF共用系統(tǒng)有關(guān)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 VHF共用系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

VHF遙控臺(tái)使用25W/50W(AM)低載波功率運(yùn)行，VHF天線為全向天線，天線的方向性見圖3。

圖3 VHF天線方向性

VHF發(fā)射的電磁波以直線方式傳播，傳輸距離有限。但可通過采用同頻多址，以“接力”的形式實(shí)現(xiàn)地空通信距離的延伸。

3 評(píng)價(jià)方法

3.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》第4.1款公眾曝露控制限值規(guī)定，環(huán)境中等效平面波功率密度Seq限值為40μW/cm2(頻率范圍，30～3000MHz)。

環(huán)境管理限值執(zhí)行HJ/T10.3-1996《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則—電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)》第4.2款規(guī)定，為使公眾受到的總照射劑量小于GB8702-2014的規(guī)定值，對(duì)單個(gè)項(xiàng)目的影響必須限制在GB8702-2014限值的若干分之一。評(píng)價(jià)時(shí)環(huán)境管理限值選取功率密度限值的1/2，即20μW/cm2。

3.2 評(píng)價(jià)范圍

依據(jù)HJ/T10.3-1996《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則—電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)》3.1.2規(guī)定，發(fā)射機(jī)功率P>100kW時(shí)，評(píng)價(jià)范圍確定以天線為中心半徑為1km的范圍；發(fā)射機(jī)功率P≤100kW時(shí)，評(píng)價(jià)范圍確定以天線為中心半徑為0.5km的范圍。

VHF發(fā)射機(jī)最大功率為50W，因此評(píng)價(jià)范圍確定以VHF天線為中心半徑為0.5km的范圍，重點(diǎn)評(píng)價(jià)以VHF天線為中心半徑為0.1km的范圍。

3.3 監(jiān)測(cè)方法

內(nèi)蒙古西烏、新疆庫爾勒、庫車各VHF遙控臺(tái)分別有4信道、4信道、6信道設(shè)備，分別對(duì)以上臺(tái)站進(jìn)行電磁環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)。

3.3.1 布點(diǎn)原則

(1)嚴(yán)格執(zhí)行HJ/T10.2-1996《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則-電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和方法》和HJ/T10.3-1996《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則-電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)》。

(2)客觀反映VHF遙控臺(tái)電磁環(huán)境實(shí)際情況，對(duì)其周圍環(huán)境保護(hù)目標(biāo)、公眾場(chǎng)所等進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè)，通常選擇在距離臺(tái)站較近的居民區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校等敏感區(qū)域。

(3)對(duì)敏感點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)盡量避開其他電力設(shè)施、電話線、高層建筑物、樹木、金屬結(jié)構(gòu)等可能影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的因素，盡量選擇空曠的地方，使監(jiān)測(cè)結(jié)果具有代表性。

3.3.2 測(cè)量方法

測(cè)量高度均為儀器探頭距地面(或立足點(diǎn))1.7m處，探頭(天線尖端)與操作人員之間距離不少于0.5m。

在VHF遙控臺(tái)正常工作時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)測(cè)點(diǎn)連續(xù)測(cè)5次，每次測(cè)量時(shí)間不小于15s，并讀取穩(wěn)定狀態(tài)下的最大值。若測(cè)量讀數(shù)起伏較大時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)間。

3.3.3 監(jiān)測(cè)儀器

監(jiān)測(cè)儀器及參數(shù)詳見表2。

表2 監(jiān)測(cè)儀器及參數(shù)

3.4 預(yù)測(cè)方法

(1)VHF超短波近場(chǎng)區(qū)、遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)臨界值：

式中：L—近場(chǎng)區(qū)、遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)臨界值，m；D—VHF天線尺寸，取D=1.0m；λ—VHF天線發(fā)射波長(zhǎng)，依據(jù)λ=C/f=(2.08～2.54)m。

(2)VHF超短波輻射場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式：

式中：P—發(fā)射機(jī)功率，P=0.05kW；G—相對(duì)于半波偶極子天線增益(倍數(shù))，G=10}=10(dBi-2.51)=0.71(根據(jù)表1，dBi≈2)；r—測(cè)量位置與天線距離，km；F(θ)—天線垂直方向性函數(shù)，VHF超短波垂直發(fā)射角為30°左右，根據(jù)保守計(jì)算，取最大值F(θ)=1.0。

(3)復(fù)合場(chǎng)強(qiáng)：

(4)功率密度：

4 監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)結(jié)果

4.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

各VHF遙控臺(tái)所在區(qū)域及周圍環(huán)境保護(hù)目標(biāo)電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果分別見表3～表5。

表3 西烏VHF遙控臺(tái)電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果

注：①“L”表示監(jiān)測(cè)結(jié)果低于儀器靈敏度，電場(chǎng)強(qiáng)度靈敏度為0.6V/m、磁場(chǎng)強(qiáng)度靈敏度為0.025A/m，根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算功率密度的靈敏度為0.1μW/cm2(以下同)。

表4 庫爾勒VHF遙控臺(tái)電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果

表5 庫車VHF遙控臺(tái)電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)上述監(jiān)測(cè)結(jié)果，西烏、庫爾勒、庫車VHF遙控臺(tái)所在區(qū)域電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果均為：功率密度小于0.1μW/cm2，符合HJ/T10.3-1996《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則—電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)》中的公眾照射評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值的要求。

4.2 預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果

VHF天線大多架設(shè)在樓頂平臺(tái)上，也有部分架設(shè)在空曠環(huán)境的地面，天線支架高度一般在10m以上，分別以天線對(duì)地高度10m、20m和30m三種情況進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，預(yù)測(cè)結(jié)果見表6。

由表6可知，天線對(duì)地高度10m時(shí)，VHF發(fā)射天線下方1m處的軸向功率密度預(yù)測(cè)值最大，為18.38μW/cm2，符合公眾導(dǎo)出限值(40μW/cm2)和單個(gè)項(xiàng)目管理值(20μW/cm2)的要求。VHF發(fā)射天線軸向功率密度預(yù)測(cè)值與天線對(duì)地高度和預(yù)測(cè)點(diǎn)距天線的水平距離成反比關(guān)系。因此，VHF發(fā)射的電磁波對(duì)周圍環(huán)境及敏感點(diǎn)的電磁環(huán)境貢獻(xiàn)值很小。

綜合以上各VHF遙控臺(tái)及周圍環(huán)境保護(hù)目標(biāo)電磁環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果及參數(shù)預(yù)測(cè)計(jì)算分析結(jié)果，評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的電磁環(huán)境均符合GB8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》公眾導(dǎo)出限值(40μW/cm2)和單個(gè)項(xiàng)目管理值(20μW/cm2)的要求，因此，VHF遙控臺(tái)建成后對(duì)周圍電磁環(huán)境和環(huán)境保護(hù)目標(biāo)影響很小。

表6 VHF發(fā)射天線軸向功率密度預(yù)測(cè)結(jié)果

5 討 論

5.1 我國甚高頻電磁環(huán)境控制限值與國外甚高頻現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)比較

國外現(xiàn)行的電磁輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)主要有美國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)和美國電子電氣工程師協(xié)會(huì)(IEEE)共同制定的《IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields 3kHz to 300GHz》(最新版為IEEE C95.1-2005) 和國際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)(ICNIRP)制定的《Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric，Magnetic and Electromagnetic Fields(up to 300GHz)》(簡(jiǎn)稱為ICNIRP導(dǎo)則，1998年出版)。其中，美國、澳大利亞、加拿大和韓國采用IEEE C95.1標(biāo)準(zhǔn)；而歐盟、日本等采用ICNIRP導(dǎo)則。

表7 我國甚高頻電磁環(huán)境控制限值與國外甚高頻現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)比較

由表7可知，目前我國甚高頻電磁環(huán)境控制限值嚴(yán)于國外的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)值。

5.2 VHF應(yīng)用現(xiàn)狀及行業(yè)管理中存在的問題

甚高頻(VHF)是民航空管系統(tǒng)進(jìn)行空中管制的重要手段。隨著民航事業(yè)的加速發(fā)展，飛行流量不斷增加，民航空中管制甚高頻通信設(shè)備大量使用，且頻點(diǎn)不斷增加.因此管制部門須加強(qiáng)甚高頻臺(tái)站選址的管理，按照民航行業(yè)相關(guān)規(guī)范調(diào)整發(fā)射功率。

6 污染防護(hù)措施

VHF遙控臺(tái)選址應(yīng)符合航路、機(jī)場(chǎng)的發(fā)展規(guī)劃，電磁環(huán)境良好且宜于控制，需避開城鎮(zhèn)的發(fā)展區(qū)域，有利于自身工作性能的充分發(fā)揮，并減少對(duì)周圍環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的影響。

將電磁輻射環(huán)境管理納入項(xiàng)目管理體系，配備專業(yè)管理人員，制定和實(shí)施電磁輻射環(huán)境管理監(jiān)測(cè)制度及計(jì)劃，按照國家電磁輻射防護(hù)有關(guān)規(guī)定，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，以確保各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合要求。

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn). 電磁環(huán)境控制限值. GB8702-2014.

[2]中華人民共和國環(huán)境行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)，HJ/T10.3-1996.

[3]高水生，蔡意，饒丹. 成都區(qū)域管制中心電磁輻射環(huán)境影響分析與防護(hù)措施[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理，2010(10).

[4]龐西通. 淺談電磁輻射污染的環(huán)境監(jiān)測(cè)與管理防護(hù)[J]. 科學(xué)之友，2010(6).

[5]朱道嫻，吉松海. 民航VHF地空話音通信系統(tǒng)概述[J]. 空中交通管理，2004(3).

[6]劉寶華，孔令豐，郭興明. 國內(nèi)外現(xiàn)行電磁輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)介紹與比較[J]. 輻射防護(hù)，2008(1).

Analysis on Electromagnetic Environmental Impact of VHF Remote Control Station

ZHANG Lei1，2BIAN Huafeng1LI Shaoting3CHEN Xi4

(1.Sino-Japan Friendship Centre for Environmental Protection，Beijing 100029，China；2.The University of Kitakyushu，Kitakyushu 808-0135，Japan；3. Radiation Environment Administration Station of Hubei，Wuhan 430070，China；4.Beijing Guohuan Environmental Technology Co.，LTD，Beijing 100029，China)

It is so impending and necessary to enhance the construction of VHF remote control station，in order to satisfy the fast-growing development need of civil aviation transports. This paper introduces VHF system，analyzes the impact on the electromagnetic environment of the construction of VHF remote control station by present situation monitoring and parameters prediction，and presents the measures of prevention and control for the pollution.

VHF；Electromagnetic Environment；Impact

張磊，工程師，北九州市立大學(xué)博士研究生，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)咨詢及環(huán)境管理研究工作

卞華鋒，工程師，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)咨詢及研究工作

X21

A

1673-288X(2016)06-0077-04

引用文獻(xiàn)格式：張 磊 等.甚高頻遙控臺(tái)電磁環(huán)境影響分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(6)：77-80.