小型电视塔电磁环境影响特征分析

贝新宇，吴少旭，张晓东

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

电视发射塔关系到人民群众日常精神文化生活，是每个城市不可缺少的建设项目[1]。为提高信号质量及信号覆盖度，电视发射塔大多建在人口相对稠密的城市中心区域，随着人民群众环保意识逐步增强，电视发射塔产生的电磁环境影响日益成为公众关注焦点。

我国比较著名的电视塔有北京中央广播电视塔、 上海东方明珠塔和天津天塔。 根据对上述电视发射塔的电磁环境验收监测数据，虽然建在人口稠密区且发射功率较大，但由于塔高较高，周围地面和高层建筑物均在电视发射塔电磁波的弱副瓣区域，没有超过标准限值[2-3]。

相对于著名大型电视发射塔，小型电视发射塔分布更为广泛，高度相对较低，潜在影响人群更多。 本研究聚焦某县级电视发射塔，在系统分析工作原理基础上预测可能产生的电磁环境影响。 通过理论分析及现场实测，明确电场强度分布特征，提出针对性防护措施及建议，为同类工作开展提供重要经验反馈。

1 电视塔工作原理及电磁环境影响因素

1.1 基本情况

电视塔的核心部分为电视发射机。 电视发射机采用模块化设计，主要由激励器、 功率分配器、 功率放大模块、 功率合成器、 控制系统、 滤波器、 冷却系统和天线系统8 个部分组成。

进行研究的电视塔位于小区公园内，发射机天线架设在已废弃的凉水塔上共同组成电视塔，主要参数见表1。 天线相对地面高度33 m，四周无大型电磁辐射设备。 电视塔东侧为住宅区，共10 栋2 层住宅楼，楼高10 m，每栋住宅楼有30 户，电视塔与最近建筑物水平距离为50 m；南、 西、 北侧为小区公园。

表1 电视塔主要设备参数Table 1 Main equipment parameters of TV tower

1.2 工作原理

信号源送来的视音频信号送到电视激励器形成合成射频信号。 发射机采用双激励器配置，通过附加器进行双激励器的自动切换，并将激励器输出信号分配成两路，分别送到两个功放柜。 功率分配器将激励器来的高频信号分成多路送到功放单元中。 高频信号经功放单元放大后，采用功率合成技术输出射频功率。 然后功放柜的高频信号合成为一路。最后经滤波器、 定向耦合器输出至天线系统。工作原理如图1 所示。

图1 电视发射机工作原理示意图Fig. 1 Schematic diagram of working principle of TV transmitter

1.3 电磁环境影响因素

由前文电视塔工作原理可知，电视发射机主要由室外和室内两部分组成。

室内部分包括激励器、 功率分配器、 功率放大模块、 功率合成器、 控制系统、 滤波器及冷却系统等设备。 在设计制造这些设备时已采取了较好屏蔽措施，一般不会对周围电磁环境产生较大影响。 室外部分包括馈线、收发天线。 发射机运行时，发射天线向周围发射电磁波，使周围环境电磁场强度增高。因此电视塔运行时主要电磁影响因素为电视发射机工作引起周围场强增高，电磁环境影响评价因子为射频电场强度、 功率密度。

2 电磁场强分布及环境影响特征

2.1 评价标准

根据 《电磁辐射环境影响评价方法和标准》（HJ/T 10.3—1996）[4]，单个项目的影响必须限制在 《电磁环境控制限值》（GB 8702—2014）[5]中规定限值（表 2）的若干分之一。 进行环境影响评价时，取场强限值的1/或功率密度限值的1/5 作为评价标准。 即电场强度限值为 5.4 V·m-1，功率密度限值为 0.08 W·m-2。

2.2 理论计算

电磁发射体周边的电磁场根据分布规律分为远场和近场，一般以发射体为中心，半径3 倍波长范围内称为近场 （也称感应场），半径3 倍波长范围称为远场 （也称辐射场）。虽然近场电磁场强度大于远场，但一般电视塔的近场范围相对较小，以研究对象为例，近场范围约5 m。 因此研究分析电视塔电磁场环境影响一般以范围较大、 环境敏感目标较多的远场为主。

根据 《电磁辐射环境影响评价方法与标准》（HJ/T 10.3—1996）中推荐的计算模式，计算参数见表1，计算结果见表3。

远场轴向功率密度为：

式中：P—发射机平均功率，W；G—天线增益减去馈线等损耗 （倍数）；r—天线与预测点之间的距离，m。

远场轴向电场强度为：

式中：η0—自由空间波阻抗，为 376.7 Ω。

由表3 可见，与发射天线轴向距离20 m处即可满足电磁环境影响评价标准限值要求，而最近的环境保护目标与电视塔距离为50 m。由于理论计算未考虑电磁波的反射、 绕射、透射，且本电视塔周边建构筑物分布复杂，环境敏感目标众多，需开展实地测量以进一步分析电磁环境影响特征。

2.3 现场测量

按照 《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》（HJ 10.2—1996）[6]、 《辐射环境保护管理导则-电磁辐射环境影响评价方法与标准》（HJ/T 10.3—1996） 的测点布设原则，以发射机天线为中心，按间隔 45°的 8 个方向为测量线，每条测量线上选取距场源分别为 30、 50、 100、 150 和 200 m 等不同距离水平布点测量，布点40 个；附近区域环境保护目标布点17 个，总计布点 57 个，监测布点示意图见图2。

测量时电视发射机处于正常运行状态，采用德国Narda 公司生产的电磁辐射分析仪。每点每15 s 读一个最大平均值，共读取5 个数据取其平均值作为该点的测量数据；监测位置离地面高度1.7 m 处。 监测结果见表4，表4 中41#～57#为环境敏感目标。

表2 公众暴露控制限值Table 2 The control limits of public exposure

表3 发射天线周围电场强度及功率密度理论计算结果Table 3 Theoretical calculation results of electric field intensity and power density around TV transmitter

图2 电视塔周围电磁环境监测布点示意图Fig. 2 Schematic layout of electromagnetic environment monitoring points around the TV tower

由表4 现场监测结果可以知，电视发射机在正常运行状况时，200 m 范围内电场强度范围 0.23～0.95 V·m-1，功率密度范围 0.000 1～0.002 2 W·m-2。 电视塔周边环境保护目标电场强度满足5.4 V·m-1，功率密度满足0.08 W·m-2的限值要求。 将表4 实际监测结果与表3 理论计算结果比对分析可知，由于电视塔周边建构筑物分布复杂，对电磁波产生一系列反射、 绕射、 透射，因此相同距离处实测值普遍低于理论计算值。

表4 电视塔周围电磁环境监测结果Table 4 Monitoring results of electromagnetic environment around TV tower

表 4（续）

3 电磁环境保护措施

由前文理论计算及现场测量分析可知，该电视塔正常运行情况下，周边电场强度低于 5.4 V·m-1、 功率密度低于 0.08 W·m-2，满足国家电磁环境保护要求。 日常运行中，需采取一系列措施防止因发生故障或事故导致电磁场强度异常增高。

3.1 定期监测

根据标准规范结合电视塔周边环境情况，制定可操作性强的监测计划。 每年至少开展一次电磁环境测量，重点分析环境保护目标电场强度、 功率密度达标情况及年际间变化情况，发现异常立即查找原因。

3.2 划定限制区域

做好部门间协调沟通工作，后续城镇发展过程中，在电视塔周边20 m 范围内避免出现电磁环境敏感目标。

3.3 避免发射机故障

引起发射机故障的原因可归为4 类：因传输问题引起的故障，因发射机软件问题引起的故障，因发射机硬件引起的故障以及因各种干扰引起的故障。

发射机发生故障不仅干扰电视接收信号，而且对电磁环境也可能会产生负面影响，因此对发射机的各类故障应该认真分析，及时检修，找到故障的真正原因，以最快的速度排除故障，提高电视信号质量，同时改善周边电磁环境。

3.4 其他保护措施

3.4.1 机房防闯入

增强安全保护措施，使用门禁控制器，通过发送和接收短信实现卡片资料、 系统参数设置，刷卡信息、 门的状态、 报警信息等能实时上传达到远程控制的目的；如发生此类事故，应及时抢修。

3.4.2 馈线防老化

定期检查发射机天馈线系统，防止馈线因老化、 人为或其它原因造成破损而发生电磁辐射泄露。

3.4.3 极端天气电线防脱落

遇到强降雨、 强风等极端天气，容易造成天线脱落，甚至发生倒塔事故。 增强发射机安全系数，加强极端天气预警，定期检查发射机安全运营情况，防患于未然。 如出现上述情况，立即切断电源，及时抢修。

4 结论

根据理论计算结果，电视塔周边电场强度和功率密度随距离增加逐渐降低，与电视塔轴向距离20 m 外电场强度和功率密度低于评价标准限值。 结合实地测量结果，正常运行情况下电视塔周围环境保护目标电磁环境满足国家环境保护要求。

新建类似项目前需进行科学计算及评价，给出电磁环境达标距离，在达标距离内合理规划建筑类型，避免出现环境敏感目标。 电视塔运行过程加强环境保护目标电磁环境监测，发现异常及时查找原因；做好发射机及相关设备日常维护工作，加强防老化措施及安全防护。