新一代天气雷达电磁波辐射测试研究

杜云东 杨奇

摘 要：随着新一代气象雷达的建设与使用，雷达脉冲电磁波辐射已经越来越受到人们的关注。本文选取某一城市固定新一代多普勒天气雷达站做测试试验，对特定地点进行电磁波辐射测试。从测试结果来看，等效平面波功率密度和脉冲电磁波功率密度的瞬时峰值均在《电磁环境控制限值》（GB 8702—2014）所要求的范围之内，电磁环境良好。

关键词：新一代天气雷达;电磁波;辐射测试

中图分类号：TN959.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）08-0144-03

Research on the Electromagnetic Wave Radiation of the New Generation Weather Radars

Du Yundong1 YANG Qi2

（1. Beijing Metstar Radar Co.， Ltd.，Beijing 100094;2. Henan Meteorological Observation Data Center，Zhengzhou Henan 450003）

Abstract： With the construction and use of a new generation of weather radars， radar pulse electromagnetic wave radiation has received more and more attention. This paper selected a city's fixed-generation new-generation Doppler weather radar station as a test test， and performed electromagnetic wave test on a specific location. From the test results， the instantaneous peak values of equivalent plane wave power density and pulsed electromagnetic wave power density are within the range required by the "Electromagnetic Environment Control Limits" （GB 8702—2014）， and the electromagnetic environment is good.

Keywords： new generation weather radar;electromagnetic wave;radiation test

隨着新一代多普勒天气雷达的建设，脉冲电磁波辐射被越来越多的人所了解与提及。本文选取某一城市固定新一代多普勒天气雷达站做测试试验，对特定地点进行电磁波辐射测试。

1 测试地点选取

本次进行测试的雷达馈源处海拔为398.25 m，选取雷达站周围人流众多的地点（如学校、商场、景区等）进行测试。测试点1与雷达的水平直线距离约为6 km，位于海拔15 m的一所中学旁;测试点2与雷达的水平直线距离为1.91 km，位于海拔15 m的大型购物商场;测试点3与雷达的水平直线距离约为3.91 km，位于海拔10 m的市内旅游景点;测试点4与雷达的水平直线距离约为6.5 km，位于海拔420 m的小山上。除测试点4有树木遮挡外，其他测试点均能清晰看见雷达。

2 测试方案

脉冲电磁波辐射测试连接如图1所示，将接收天线的标准喇叭口正对着雷达脉冲发射源，通过频谱仪测量并记录接收信号的强度，最终计算得出测试点辐射功率密度[1-2]。

2.1 参考标准

参考标准为《电磁环境控制限值》（GB 8702—2014），其中，公众曝露控制限值如表1所示。对于脉冲电磁波，除表1中的要求外，其功率密度的瞬时峰值不得超过等效平面波功率密度限值的1 000倍（即400 W/m2），或场强的瞬时峰值不得超过表1限值的32倍[3]。本次测试的主要参数为等效平面波平均功率密度和瞬时峰值。

2.2 测试仪器配置

本次测试所使用的仪器均为检定合格、有效期之内的常用仪器，操作人员使用熟练，测试附件损耗也进行了精确的测试。具体配置如表2所示。

2.3 雷达运行设置

在雷达正常工作的最低角度为0.5°时，天线仰角对此次测试试验的影响最大，故采用0.5°仰角PPI模式运行设备进行测试，雷达运行参数如表3所示。

2.4 计算方法

在抛物面天线电磁辐射远场中，雷达辐射主波束形成距离的计算公式为[4]：

[R=2D2/λ]      （1）

由式（1）计算可得，雷达辐射主波束形成距离为：

[R=2×8.52×（3×1082.88×109）-1=1.387 m]      （2）

因此，测试点应该位于1.387 km之外。馈源处辐射功率计算公式为：

[P1=P2×（10K10）-1]      （3）

式中，[P1]为馈源处辐射功率，kW;[P2]为发射峰值功率，kW;[K]为发射支路损耗。

由式（3）计算可得：

[P1=700×（105.8510）-1==182.01 kW]      （4）

自由空间损耗计算公式为：

[L=20lgF+20lgR+32.45]      （5）

式中，F为雷达工作频率，MHz;R为测试点离馈源处距离，km。

理论接收功率计算公式为：

[Pr=10×LOG（Pt×106）+Gt-L+Gr]    （6）

式中，[Pt]为馈源处辐射功率，kW;[Gt]为发射天线增益，dB;[L]为电磁波自由空间损耗;[Gr]为接收天线增益，dB。

因此，在距离天线反射体Rkm处，发射方向上的瞬时辐射功率密度为实际接收功率除以接收天线的有效面积。

[Seq=10Pr10×10（-3）×4×π（10Gr10×λ）]      （7）

3 测试数据及分析

3.1 測试数据

各测试点的辐射强度如下图2-图5所示。

3.2 数据分析

所有测试点均位于式（1）所计算出的距离以外，符合测试要求。大气损耗为0.005 5 dB/km，10 km距离损耗为0.055 dB，因此在此测量中不考虑。雷达站海拔为398.25 m。测量点1、2、3均处于非主波束辐射区，旁瓣辐射区最大天线增益为45.55-29=16.55 dB;测量点4在主波束辐射区（仰角0.5°时），最大天线增益为45.55 dB。根据式（5）和式（6）计算出各点的自由空间损耗和理论测量值，如表4所示，由此可以看出，理论测量值均大于实测值。因此，使用理论值计算出脉冲瞬时辐射功率密度，根据瞬时辐射功率密度与平均功率密度的关系计算出平均功率密度。从表4可以看出，理论脉冲瞬时功率密度和平均功率密度均小于《电磁环境控制限值》（GB 8702—2014）中公众曝露控制限值，等效平面波功率密度脉冲不大于0.4 W/m2，脉冲电磁波功率密度的瞬时峰值不大于400 W/m2的限值[3]。

4 结论

依据测量数据及自由空间理论辐射值计算数据得知，各测试点雷达电磁波辐射强度均在《电磁环境控制限值》（GB 8702—2014）中公众曝露控制限值内，即等效平面波功率密度脉冲不大于0.4 W/m2，脉冲电磁波功率密度的瞬时峰值不大于400 W/m2。

参考文献：

[1]韩丹，蒋豪，杨晓嘉.民航雷达电磁环境评估方法[J].电讯技术，2016（5）：585-590.

[2]王伦文，孙伟，潘高峰，等.一种电磁环境复杂度快速评估方法[J].电子与信息学报，2010（12）：2943-2947.

[3]环境保护部.电磁环境控制限值：GB 8702—2014[S].北京：中国环境科学出版社，2014.

[4]史朝.机场多普勒天气雷达[M].北京，中国民航出版社，2015.