短波廣播發(fā)射臺電磁輻射環(huán)境影響分析

朱瀅，李育敏，劉貴龍，林遠，穆晨旸，吳劍，郁丹炯

(浙江省輻射環(huán)境監(jiān)測站/浙江省輻射環(huán)境安全監(jiān)測重點實驗室，杭州 310000)

我國是一個調幅廣播大國。目前大部分短波采用模擬調幅(AM，Amplitude Modulation)廣播，其具有覆蓋范圍廣、接收成本低、適合固定和移動接收等優(yōu)點，一直被世界各國作為實現(xiàn)地區(qū)性及國際性廣播覆蓋最好的手段之一，但也存在著聲音質量差、業(yè)務種類單一、容易被干擾等缺點[1]。而DRM(Digital Radio Modulation，數(shù)字廣播)短波廣播的聲音質量和抗噪聲性能遠遠高于AM 短波廣播，因此模擬廣播向數(shù)字廣播過渡是目前短波廣播的發(fā)展趨勢。

短波廣播發(fā)射臺一般位于城市郊區(qū)或鄉(xiāng)村區(qū)域。近些年來，隨著我國城市化進程的加速發(fā)展，早期建設的短波廣播發(fā)射臺已經(jīng)被不斷擴大的城市區(qū)包圍，致使短波廣播發(fā)射臺建設和運行受到很大的環(huán)境制約。部分短波廣播發(fā)射臺天線區(qū)域為開放式布置，普通公眾容易到達。為了保護公眾電磁輻射環(huán)境安全，保障短波廣播發(fā)射設施建設和運行，有必要對短波廣播發(fā)射臺周邊電磁輻射環(huán)境影響進行監(jiān)測與分析。

1 短波廣播發(fā)射臺

短波廣播發(fā)射臺分布廣泛，全國現(xiàn)有短波發(fā)射機約636 臺，總功率約55000kW，發(fā)射機發(fā)射功率在1kW～500kW 之間。我國短波廣播頻段的頻率范圍為2.3MHz～ 26.1MHz(波長為130m～11.5m)[2]。短波廣播發(fā)射臺主要由發(fā)射機系統(tǒng)、天線饋線系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)、節(jié)目和天線調度系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、發(fā)射臺保障系統(tǒng)等組成。通過環(huán)境影響識別與篩選，與電磁污染相關的主要是發(fā)射機系統(tǒng)和天線饋線系統(tǒng)。

1.1 發(fā)射機系統(tǒng)

短波發(fā)射機是發(fā)送設備的主要組成部分，本質上它是一個能量放大器，將供電網(wǎng)絡輸送的電能通過多級電路轉換為能夠攜帶信號的載波，經(jīng)過信號源的加工，最后通過天線將電磁波輻射出去。目前國內(nèi)短波發(fā)射機制式有PDM(Pulse Duration Modulation，脈沖寬度調制)和PSM(Pulse Step Modulation，脈沖階梯調制)。

短波發(fā)射機一般位于發(fā)射機房內(nèi)，由于臺站天線數(shù)量眾多，發(fā)射機會對應數(shù)副天線。根據(jù)日常播出任務安排，發(fā)射機在每天的運行中需要不時更換頻率和發(fā)射天線。

1.2 天線饋線系統(tǒng)

天線是對外輻射電磁波的主要設備，而短波廣播天線形式繁多，與中波的垂直極化波不同，短波廣播發(fā)射主要采用的是水平極化天線。按方向性分類，可分為定向天線和全向天線。

短波廣播定向天線主要有水平對稱振子天線、籠形振子天線和寬波段幕形天線等，而常見的短波廣播全向天線主要是角形天線。

短波饋線離地高度通常大于5m～6m，長度為1km～1.2km。?環(huán)境影響評價技術導則 廣播電視?(HJ 1112—2020)中未要求開展電磁輻射環(huán)境影響評價，因此本次不對其進行監(jiān)測。

2 試驗監(jiān)測

2.1 監(jiān)測儀器

短波廣播發(fā)射臺電磁輻射環(huán)境監(jiān)測儀器為選頻式電磁輻射監(jiān)測儀。

2.2 監(jiān)測工況

選擇在被測發(fā)射天線正常運行工況下開展監(jiān)測。

2.3 監(jiān)測因子

根據(jù)?電磁環(huán)境控制限值? (GB 8702—2014)，100kHz 以上頻率在遠場區(qū)可以只限制電場強度或磁場強度或等效平面波功率密度；在近場區(qū)，需同時限制電場強度和磁場強度[3]。

2.4 監(jiān)測分析

本次主要監(jiān)測對象為寬波段幕形天線(定向)和角形天線(全向)。選擇在天線周圍環(huán)境以及電磁輻射環(huán)境敏感目標處進行布點監(jiān)測。

(1)寬波段幕形天線

為確保監(jiān)測結果的準確性，本次現(xiàn)場監(jiān)測選擇天線周圍空曠平坦的某臺HR2/2/0.5 幕形天線，其發(fā)射頻率為9.85MHz，發(fā)射機發(fā)射功率為103kW。監(jiān)測結果見表1，監(jiān)測布點見圖1。

表1 天線不同方位電磁輻射環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測結果

續(xù)表

圖1 天線不同方位監(jiān)測布點圖

由表1 和圖1 可知，天線主射方向40m 處0°的電場強度最高，而后隨著逆時針布點方位的變化逐漸減小。從天線主射方向背面40m 處0°開始隨著順時針布點，其中，電場最大值出現(xiàn)在45°之后便逐漸減小，隨后越靠近天線主射方向又呈增大趨勢；磁場最大值出現(xiàn)在30°之后逐漸減小，隨后越靠近天線主射方向又呈增大趨勢。

為進一步掌握天線最大輻射方向的場強分布規(guī)律，另外選取某臺發(fā)射頻率為17.72MHz 的HR8/4/0.5 幕形天線與發(fā)射頻率為6.18MHz 的HR4/4/0.5 幕形天線的主瓣方向進行最大場強斷面監(jiān)測，并與理論預測值進行對比。理論預測主要依據(jù)?廣播電視天線電磁輻射防護規(guī)范?(GY 5054—1995)、?輻射環(huán)境保護管理導則 電磁輻射監(jiān)測儀器和方法?(HJ/T 10.2—1996)，并結合?環(huán)境影響評價技術導則 廣播電視?(HJ 11122020)中的計算公式，即舒來依金－范德波公式。理論預測時，需要有發(fā)射天線高度因子、發(fā)射機標稱功率、發(fā)射天線方向性函數(shù)等參數(shù)。

HR8/4/0.5 及HR4/4/0.5 幕形天線理論計算與現(xiàn)場監(jiān)測結果比較見表2 和表3，監(jiān)測布點見圖2 和圖3。

表2 HR8/4/0.5 定向天線電磁輻射環(huán)境理論計算結果與現(xiàn)場監(jiān)測結果比較

表3 HR4/4/0.5 定向天線電磁輻射環(huán)境理論計算結果與現(xiàn)場監(jiān)測結果比較

圖2 HR 8/4/0.5 定向天線監(jiān)測布點圖

圖3 HR 4/4/0.5 定向天線監(jiān)測布點圖

現(xiàn)場監(jiān)測從天線主射方向外110m 處開始，測至380m 處止。由表2 可知，電場和磁場實測值與理論預測值趨勢相同，都是隨著距離的增加而逐漸變小。

現(xiàn)場監(jiān)測從天線主射方向外90m 處開始，測至320m 處止。由表3 可知，電場和磁場實測值與理論預測值趨勢相同，都是隨著距離的增加而逐漸變小。

(2)角形天線

根據(jù)國際電信聯(lián)盟(ITU，International Telecommunication Union)發(fā)布的短波天線及其輻射特性的軟件，角形天線的天線振子軸向方向的場強值相較于天線夾角方向的場強值要更大些。本次選用某臺SA14 角形天線對角線方向和振子軸向方向進行現(xiàn)場監(jiān)測，如圖4 所示。理論預測結果與現(xiàn)場監(jiān)測結果見表4。

表4 角形天線電磁輻射環(huán)境理論計算與現(xiàn)場監(jiān)測結果比較

圖4 短波角形天線監(jiān)測布點圖

現(xiàn)場監(jiān)測從距天線20m 處開始，測至150m處止。由表4 可知，電場和磁場實測值與理論預測值趨勢相同，都是隨著距離的增加而普遍變小。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，角形天線的振子軸方向電場最大，而對角線方向的磁場最大。

(3)電磁輻射環(huán)境敏感目標監(jiān)測

以某短波廣播發(fā)射臺為例，在發(fā)射天線前方選擇2 處電磁輻射環(huán)境敏感目標，測點主要設在朝向短波天線一側的陽臺或窗口。該天線為HR4/2/0.5 幕形天線，發(fā)射頻率17MHz，發(fā)射機發(fā)射功率為100kW，監(jiān)測結果見表5。

表5 電磁輻射環(huán)境敏感目標不同樓層現(xiàn)場監(jiān)測結果

由表5 可知，在多層敏感目標建筑物內(nèi)進行監(jiān)測時，隨著樓層的增加其電場值逐漸變大。

3 結論

通過了解短波廣播發(fā)射臺原理、組成與發(fā)射特點，結合典型短波廣播發(fā)射臺試驗監(jiān)測，對比分析電磁場理論預測與實測結果，得出以下結論:

(1)對短波廣播發(fā)射臺最大輻射方向進行最大場強斷面監(jiān)測，即可掌握短波廣播發(fā)射臺周邊的最大場強分布及影響情況。

(2)在進行斷面監(jiān)測時，出現(xiàn)部分點位場強突然變高的情況，但整體趨勢是隨著距天線的水平距離增加而減小。這就需要在進行現(xiàn)場監(jiān)測時選擇空曠平坦的地面，避免因樹木或地勢高低而影響監(jiān)測結果。

(3)在多層敏感目標建筑物內(nèi)進行監(jiān)測時，隨著樓層的增加其電場值逐漸變大。因此需考慮場強在不同樓層的分布情況。