風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對廣播電視無線覆蓋的影響

楊海金，呼政魁，李文所

(1.河南省安陽廣播電視臺，河南 安陽 455000；2.安陽工學(xué)院，河南 安陽 455000)

0 引言

我國中東部地區(qū)，地勢平緩，人口密度大，也是廣播電視無線覆蓋效果最好的區(qū)域。近年來，隨著陸上風(fēng)電的大力發(fā)展，在電磁波傳輸路徑上，插入大量高大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，勢必對無線電波的傳輸造成阻擋、散射等各種影響，干擾無線廣播電視正常接收，降低覆蓋效果。特別是近年來中央廣播電視節(jié)目數(shù)字化覆蓋工程開展以來，我們在實際工作中，已經(jīng)感受到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組帶來的嚴(yán)重影響。在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時，附近幾乎整村的用戶都無法正常收聽收看廣播電視節(jié)目。因此，就風(fēng)電機(jī)組對廣播電視無線覆蓋的影響進(jìn)行系統(tǒng)的測試、分析、研究，對我國中東部地區(qū)風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃和廣播電視無線覆蓋工程的實施，具有非常重要的意義。

國外風(fēng)電項目開展時間比較長，也暴露了很多問題。特別是對廣播電視節(jié)目的接收造成的潛在的干擾是人們關(guān)注的重點(diǎn)。1996年，英國對風(fēng)電場所面臨的潛在問題做了調(diào)查，其中，大部分問題都與干擾有關(guān)，即對本地電臺或轉(zhuǎn)播電臺接收的潛在干擾。調(diào)查結(jié)束后，收到投訴的風(fēng)電場開發(fā)商出資對廣播信號的丟失進(jìn)行補(bǔ)償并采取措施進(jìn)行改善[1]。

風(fēng)電項目在我國的實施比較晚，風(fēng)電機(jī)組本身高大的建筑物對無線廣播電視電磁波傳輸?shù)淖钃?、散射等造成的接收困難的研究還比較少，國內(nèi)基本上沒有這方面的資料可以參考。

1 實證測試

以河南北部安陽市周邊區(qū)域風(fēng)電場和中央廣播電視節(jié)目數(shù)字化覆蓋工程為實證研究對象，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所在區(qū)域以電磁干擾為切入點(diǎn)，利用天津德力S7000電視分析儀、900E標(biāo)準(zhǔn)測試天線和金網(wǎng)通國標(biāo)數(shù)字電視機(jī)頂盒等測試實驗設(shè)備，對可能受到電磁干擾影響的工作頻率(如VHF無線電系統(tǒng)(30～300MHz)、UHF電視廣播(300MHz～3GHz)和微波中繼線路(1～30GHz)等)進(jìn)行詳實的測試分析，并從理論上研究，尋求解決辦法和思路。實測數(shù)據(jù)如下(主要選取中央廣播電視節(jié)目數(shù)字化覆蓋工程所用754Mhz頻率做重點(diǎn)分析)。

表1 距離發(fā)射塔10公里實測數(shù)據(jù)

表2 距離發(fā)射塔20公里實測數(shù)據(jù)

表3 距離發(fā)射塔30公里實測數(shù)據(jù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在靜止時測試的場強(qiáng)基本穩(wěn)定在一個數(shù)值，調(diào)制誤差率MER也基本上穩(wěn)定在一個數(shù)值，所有測試選址點(diǎn)都可以用國標(biāo)機(jī)頂盒完成解調(diào)收看，圖像清晰穩(wěn)定，聲音還原正常。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作后，場強(qiáng)開始波動(波動數(shù)值越大，對信號干擾越大)，MER頻繁歸零，同時機(jī)頂盒信號指示燈閃動，電視上表現(xiàn)為圖像卡頓，嚴(yán)重影響收看。

由表1、表2、表3可以看出，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對廣播電視信號的影響可以從三個方面來描述。

1.1 距離發(fā)射塔遠(yuǎn)近的影響分析

在距離發(fā)射塔比較近的區(qū)域，信號電平高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對廣播電視信號造成的干擾影響較小。反之，距離發(fā)射塔較遠(yuǎn)的區(qū)域，信號電平降低，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對廣播電視信號造成的影響顯著增大。同時，調(diào)制誤差率MER也隨著距離的增加顯著降低。

1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組方位的影響分析

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組靠近發(fā)射塔的方向影響?。伙L(fēng)力發(fā)電機(jī)組與發(fā)射塔連線的后面產(chǎn)生的干擾影響較兩側(cè)明顯增大。

1.3 距離風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)近的影響分析

離發(fā)射塔兩側(cè)超過200米后影響明顯減輕；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與發(fā)射塔連線的后面影響距離超過1000米干擾才逐漸減輕。

2 理論分析

隨著技術(shù)進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電磁輻射并不是一個公共問題。而一個暴露于電磁波傳輸路徑上的物體，會向各個方向分散入射的能量，特別是風(fēng)電葉片的旋轉(zhuǎn)，擾亂電磁波的正常傳輸方向和路徑，在一定的范圍內(nèi)會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。這種空間分布就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相關(guān)的一種非常重要的電磁干擾機(jī)制——散射。

同時，從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)傳播路徑上，有直射波和反射波，在直射波波下面的橢圓形區(qū)稱為菲涅爾區(qū)。無線電波波束的菲涅爾區(qū)是一個直接環(huán)繞在可見視線通路周圍的橢球區(qū)域。簡而言之，遠(yuǎn)距離傳輸時，一定要求收發(fā)天線之間實現(xiàn)“視線無阻擋”，其含義是，在收發(fā)天線之間連一條線，以這條線為軸心，以R為半徑的一個類似于管道的區(qū)域內(nèi)，沒有障礙物的阻擋。R稱為第一菲涅爾區(qū)半徑，計算公式為：

菲涅爾半徑隨著傳輸距離的增加而增大。為保證系統(tǒng)正常通信，收發(fā)天線架設(shè)的高度要滿足使它們之間的障礙物盡可能不超過其菲涅爾區(qū)的20%，否則電磁波多徑傳播就會產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降，甚至中斷通信[2]。

例如：λ為波長，D為兩天線的距離，f為頻率，當(dāng)D=20Km，f=2.4Ghz時，λ=0.125，R=25m；當(dāng)D=20Km，f=700Mhz時，λ=0.429，R=46.3m；當(dāng)D=20Km，f=500Mhz時，λ=0.6，R=54.77m。

以700Mhz數(shù)字電視發(fā)射頻率舉例來說，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高度為100米，那么天線的架設(shè)高度要大于146.3米，這樣的高度對于發(fā)射天線可以滿足，但接收天線很難滿足。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為信號傳輸通道上的障礙物大大超過菲涅爾區(qū)的20%，必然對廣播電視信號傳輸造成影響。

3 應(yīng)對措施

針對散射的影響，在實踐中進(jìn)一步檢驗測試。一是調(diào)整接收天線方向測試。分前、后、左、右各種點(diǎn)位，遠(yuǎn)近不同距離測試。測試結(jié)果顯示，后端無變化，其他方位略有減輕，但不太明顯。二是接收天線后方增加金屬屏蔽板網(wǎng)測試。分前、后、左、右各種點(diǎn)位，遠(yuǎn)近不同距離測試。測試結(jié)果顯示，前端經(jīng)過在天線后部增加屏蔽有明顯改善，其他方位增加屏蔽變化不明顯。

根據(jù)以上分析結(jié)合安陽地理位置情況采取以下的解決方案。豫北安陽地區(qū)的地形特點(diǎn)是地勢平坦，主風(fēng)向和最大風(fēng)能密度的方向一致，主風(fēng)向為西北風(fēng)和東南風(fēng)，風(fēng)能最大的方向是西北和東南方向。風(fēng)電機(jī)組應(yīng)以西北-東南方向風(fēng)場通暢為主考慮布局。機(jī)組密度橫向一般為3倍～5倍風(fēng)輪直徑，縱向一般為5倍～9倍風(fēng)輪直徑，距離越遠(yuǎn)，風(fēng)速恢復(fù)越好，相互之間尾流影響越小。

由前面的實證測試結(jié)果得知，以村莊為基點(diǎn)，面向發(fā)射塔方向為參照線，那么，在村莊的兩側(cè)及后方200米以內(nèi)、村莊前1000米以內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行對廣播電視接收影響較大。因此，上述區(qū)域應(yīng)設(shè)置為風(fēng)電機(jī)組的禁區(qū)。建設(shè)風(fēng)電機(jī)組應(yīng)盡可能規(guī)劃在以上區(qū)域之外，合理布局，減少對廣播電視接收的影響。達(dá)到開發(fā)風(fēng)電，增加經(jīng)濟(jì)效益的同時，不影響廣播電視無線覆蓋的社會效益的目的，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙豐收。

4 結(jié)語

當(dāng)前，廣播電視公共服務(wù)還存在質(zhì)量、效能、服務(wù)等多方面短板，按照習(xí)近平總書記提出的“提高公共服務(wù)的覆蓋面和適用性要求”，許多區(qū)域大面積風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建設(shè)勢必會對當(dāng)前已成熟發(fā)展多年的廣播電視的接收端、收視效果及正在大力推進(jìn)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)的接收端產(chǎn)生干擾，影響廣大人民群眾收看收聽廣播電視的效果，阻礙廣播電視公共服務(wù)提質(zhì)增效步伐。因此，分析、研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對無線廣播電視覆蓋效果的影響具有緊迫性和必要性。文中對此做了一些初步的探索，希望能對合理妥善解決兩者之間的沖突，為廣大群眾提供更加貼近群眾需求、更加滿足群眾期待的廣播電視公共服務(wù)有所幫助。