高压输电线路对中波导航台无源干扰的研究

李程　王琴剑　刘又铭

摘 要： 航空中波无线电导航台站的周边建筑和电磁环境均有相关要求，随着城市的发展，中波导航台站周边环境存在着较大的变化，经过前期的调研发现，中波导航台站周边存在的无源干扰中高压输电线路占据其中的主要部分。通过对电磁学计算方法的研究，选用矩量法作为研究的数值方法，建立高压电输电线路的无源干扰模型，通过FEKO软件的仿真，分析高压输电线路的无源干扰影响，为中波无线电导航台站的环境需求提供理论依据。

关键词： 高压输电线路； 无源干扰； 矩量法； FEKO仿真

中图分类号： TN972?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）07?0079?04

Abstract： The surrounding buildings and electromagnetic environment of navigation station can affect on the medium wave radio station of aviation. With the development of the city， the surrounding environment of the medium wave navigation station has great changes. The preliminary investigation found that the surrounding passive interference from the high?voltage transmission line can effect on the medium wave navigation station. The calculation method of electromagnetism is studied， for which the moment method is chosen as the numerical method to establish the passive interference model of the high?voltage transmission line. The effect of passive interference from high?voltage transmission line is analyzed by means of the simulation of FEKO software， which provides the theoretical basis for the environmental requirement of medium wave radio navigation station.

Keywords： high?voltage transmission line； passive interference； moment method； FEKO simulation

为保证机场中波导航台站工作的有效性，必须确保中波导航台站周围具有良好的电磁环境[1]。但是随着我国城镇化建设的发展，中波导航台站周围存在的无源干扰日益复杂，对于导航台站周围的电磁环境的评估成为与地方城镇化建设进行协调的重要因素，而在这些无源干扰中，高压输电线路的无源干扰是其中最主要的组成部分。

研究分析此无源干扰就是讨论分析在输电线路存在的条件下导航台发射天线方向图的畸变情况[2]，为分析导航台站周边电磁兼容提供理论依据，同时可以将特高压塔杆建设地点的选择进行优化，既保证空间的充分利用，又能使导航台站正常工作，不影响飞机的飞行。

1 电磁学计算方法

由于高压输电线路结构和实际地形经常是很复杂的，因此在分析其对中波发射台站影响时，不适合用传统的理论分析方法进行研究，在现有条件下采用计算机数值分析来解决问题被认为是合适的[3]。现行常用的电磁学计算方法主要有以下几种：矩量法、物理光学绕射法、几何光学绕射法等[4]。针对本文提到的问题，所用的频率为1 035 kHz，此频率属于低频范畴，且建立计算模型时并没有把电磁波进行分类，而是作了统一处理。正因为此种模型符合矩量计算法的特性，本文选择矩量法作为仿真方法。

此方程可以被认作未知数为[an]的线性方程组，将线性方程组解出来，把结果代入式（3），则[f]的近似解就得到解答。

在矩量法中，不仅仅函数可以选用不同的基函数展开，相应的权函数也有不同的选择。它们之间不同的组合对于待求的场问题的解答有着相当大的影响。在所需解答的电磁兼容问题中，分析的电场都是静电场。解决此类问题达成的共识是，采用脉冲函数作为基函数，采用最简捷的点匹配法作为权函数选取标准。这种方法在静电场中得到了充分应用[4]。

在使用矩量法的仿真软件中，FEKO与EMC STUDIO是最常用的两种软件，他们共同的优点就是需要的计算机内存小且计算速度快，软件界面友好，操作易上手。但是FEKO软件可以进行简单的CAD建模，对于模型可以进行翻转、平移等简单操作，而且可以和Matlab进行交互计算，使得其计算能力大大加强，正因为此，选择FEKO软件作为仿真软件。

2 高压电输电线路模型的建立

高压输电线路的无源干扰是由导航台发射天线的场在高压输电线路金属结构上引起射频感应电流引起的，这些感应电流再向空中辐射电磁波，从而形成二次辐射场。此二次辐射场将影响发射天线有效信号的幅值和相位，与发射天线辐射场相叠加后将会产生新的发射天线方向性图[3]。

本文主要研究的是频率为1 035 kHz的中波发射天线，当然由于实际环境比较复杂，需要对特高压输电线路的模型进行简化处理。

通过对电磁波的学习可知，绝缘材料对电磁波传播主要起阻挡作用，而特高压输电线路塔杆采用的是镂空结构，阻挡作用极小，可以忽略不计。需要考虑的是导体部分对于电磁波的影响，查询国家电网所颁布的国家标准，特高压输电线路的导体部分分为三个部分：塔杆、相线和地线。而对中波发射天线的无源干扰大小的主要因素包括：塔身、塔高、档距（特高压输电线路相邻塔杆间的距离）、特高压线路的走向、防护间距（特高压输电线路与短波发射天线的水平距离）、相线和地线等[5]。

经过简化与处理，将金属塔杆等效为直塔，材料为金属材料；相线与地线均简化为理想的金属导线。查阅资料《国家电网公司输变电工程典型设计》，国家标准金属塔杆的高度定于60～80 m，本文建模时，采用70 m的金属塔杆方案；金属塔杆的间距为40 m，大地采用理想的导电平面，在仿真的网格划分中，将金属塔杆与大地连接处的网格划分要密一些。

3 仿真结果及分析

3.1 只有中波天线存在时的天线方向图

（1） 当仅仅存在一副116 m的中波发射天线时，地面为理想导电无限大平面，其建模情况如图1所示。

通过方向图可以发现，当两副天线共存时，天线的水平方向图在0°和180°方向上，发生了明显的畸变，说明两者存在着较大的影响，所以根据无线电管理的规律，两个导航台站要间隔足够的距离。所以在后面仿真时，仅仅考虑存在一副天线的情况。

3.2 单个高压输电塔杆与中波天线共存时天线方向图

当塔杆与中波天线相距[λ4]时，塔杆高度为70 m，天线高度为168 m，地面为理想导电的无限大平面，其建模仿真图如图7所示，其方向图仿真结果见图8，图9。

由仿真图可以发现，在0°，90°，180°，270°四个方向上，方向图凹陷比较严重，而在60°，150°，240°，300°四个方向上增益仍然非常大，几乎没有影响，而与[λ4]比较发现，虽然存在衰减，但是衰减不及[λ4]时大，所以加大防护距离仍然是导航台站消除影响的主要途径。

3.3 多个高压输电塔杆与中波天线共存时天线方向图

查询中国电网的规定，高压塔杆的间距为40～200 m，本文在建模时将塔杆距离定位40 m，塔杆距天线[λ4]时，仿真对方向图的影响，建模图像如图12所示。

对比仿真结果可知，当塔杆间距变大时，方向图变化并不明显，但是其凹陷部分没有像图14一样尖锐，说明增加间距对于减少无源干扰有一定的作用但不是非常明显，在实际中，此方法并不是最优解决方案。

4 结 语

本文首先介绍了FEKO软件进行电磁计算的理论基础——矩量法，并说明仿真实验时使用FEKO软件的原因，然后建立了中波导航天线与特高压天线塔杆实际仿真时的简化模型，最后利用模型导入FEKO软件，给出限定条件，将高压塔杆对中波天线的无源干扰的几种情景进行了仿真，观察了无源干扰的影响大小，为防护中波天线周边环境无源干扰影响提供了依据。

参考文献

[1] 涂奔，王英翔，郑柳刚，等.高压架空输电线路对短波监测站无源干扰的实证研究[J].中国无线电，2011（11）：78?81.

[2] 汪丽萍.110 kV高压系统对广播台站发射天线的无源干扰研究[D].苏州：苏州大学，2010.

[3] 王冠.110 kV高压输电线路对中波调幅广播发射台站无源干扰研究[D].北京：北京交通大学，2009.

[4] 吕英华.计算电磁学的数值方法[M].北京：清华大学出版社，2006：1?5.

[5] 黄世金.强电系统对短波发射天线的影响研究[D].北京：北京邮电大学，2012.

[6] 万保权，邬雄，路遥，等.交流同塔双回特高压输电线路无线电干扰研究[J].高电压技术，2006，32（12）：59?61.

[7] 唐波.特高压直流线路对邻近无线电子设施电磁干扰防护的关键问题[D].武汉：华中科技大学，2011.

[8] 全国无线电干扰标准化技术委员会，全国电磁兼容标准化技术委员会.电磁兼容标准实施指南（修订版）[M].北京：中国标准出版社，2010：573?581.

[9] 中国人民解放军无线电管理委员会.GB13613?92对海中远程无线电导航台站电磁环境要求[S].北京：国家技术监督局，1992.