短波广播发射台电磁辐射环境影响分析

朱滢，李育敏，刘贵龙，林远，穆晨旸，吴剑，郁丹炯

(浙江省辐射环境监测站/浙江省辐射环境安全监测重点实验室，杭州 310000)

我国是一个调幅广播大国。目前大部分短波采用模拟调幅(AM，Amplitude Modulation)广播，其具有覆盖范围广、接收成本低、适合固定和移动接收等优点，一直被世界各国作为实现地区性及国际性广播覆盖最好的手段之一，但也存在着声音质量差、业务种类单一、容易被干扰等缺点[1]。而DRM(Digital Radio Modulation，数字广播)短波广播的声音质量和抗噪声性能远远高于AM 短波广播，因此模拟广播向数字广播过渡是目前短波广播的发展趋势。

短波广播发射台一般位于城市郊区或乡村区域。近些年来，随着我国城市化进程的加速发展，早期建设的短波广播发射台已经被不断扩大的城市区包围，致使短波广播发射台建设和运行受到很大的环境制约。部分短波广播发射台天线区域为开放式布置，普通公众容易到达。为了保护公众电磁辐射环境安全，保障短波广播发射设施建设和运行，有必要对短波广播发射台周边电磁辐射环境影响进行监测与分析。

1 短波广播发射台

短波广播发射台分布广泛，全国现有短波发射机约636 台，总功率约55000kW，发射机发射功率在1kW～500kW 之间。我国短波广播频段的频率范围为2.3MHz～ 26.1MHz(波长为130m～11.5m)[2]。短波广播发射台主要由发射机系统、天线馈线系统、信号传输系统、节目和天线调度系统、供电系统、发射台保障系统等组成。通过环境影响识别与筛选，与电磁污染相关的主要是发射机系统和天线馈线系统。

1.1 发射机系统

短波发射机是发送设备的主要组成部分，本质上它是一个能量放大器，将供电网络输送的电能通过多级电路转换为能够携带信号的载波，经过信号源的加工，最后通过天线将电磁波辐射出去。目前国内短波发射机制式有PDM(Pulse Duration Modulation，脉冲宽度调制)和PSM(Pulse Step Modulation，脉冲阶梯调制)。

短波发射机一般位于发射机房内，由于台站天线数量众多，发射机会对应数副天线。根据日常播出任务安排，发射机在每天的运行中需要不时更换频率和发射天线。

1.2 天线馈线系统

天线是对外辐射电磁波的主要设备，而短波广播天线形式繁多，与中波的垂直极化波不同，短波广播发射主要采用的是水平极化天线。按方向性分类，可分为定向天线和全向天线。

短波广播定向天线主要有水平对称振子天线、笼形振子天线和宽波段幕形天线等，而常见的短波广播全向天线主要是角形天线。

短波馈线离地高度通常大于5m～6m，长度为1km～1.2km。«环境影响评价技术导则 广播电视»(HJ 1112—2020)中未要求开展电磁辐射环境影响评价，因此本次不对其进行监测。

2 试验监测

2.1 监测仪器

短波广播发射台电磁辐射环境监测仪器为选频式电磁辐射监测仪。

2.2 监测工况

选择在被测发射天线正常运行工况下开展监测。

2.3 监测因子

根据«电磁环境控制限值» (GB 8702—2014)，100kHz 以上频率在远场区可以只限制电场强度或磁场强度或等效平面波功率密度；在近场区，需同时限制电场强度和磁场强度[3]。

2.4 监测分析

本次主要监测对象为宽波段幕形天线(定向)和角形天线(全向)。选择在天线周围环境以及电磁辐射环境敏感目标处进行布点监测。

(1)宽波段幕形天线

为确保监测结果的准确性，本次现场监测选择天线周围空旷平坦的某台HR2/2/0.5 幕形天线，其发射频率为9.85MHz，发射机发射功率为103kW。监测结果见表1，监测布点见图1。

表1 天线不同方位电磁辐射环境现场监测结果

续表

图1 天线不同方位监测布点图

由表1 和图1 可知，天线主射方向40m 处0°的电场强度最高，而后随着逆时针布点方位的变化逐渐减小。从天线主射方向背面40m 处0°开始随着顺时针布点，其中，电场最大值出现在45°之后便逐渐减小，随后越靠近天线主射方向又呈增大趋势；磁场最大值出现在30°之后逐渐减小，随后越靠近天线主射方向又呈增大趋势。

为进一步掌握天线最大辐射方向的场强分布规律，另外选取某台发射频率为17.72MHz 的HR8/4/0.5 幕形天线与发射频率为6.18MHz 的HR4/4/0.5 幕形天线的主瓣方向进行最大场强断面监测，并与理论预测值进行对比。理论预测主要依据«广播电视天线电磁辐射防护规范»(GY 5054—1995)、«辐射环境保护管理导则 电磁辐射监测仪器和方法»(HJ/T 10.2—1996)，并结合«环境影响评价技术导则 广播电视»(HJ 11122020)中的计算公式，即舒来依金－范德波公式。理论预测时，需要有发射天线高度因子、发射机标称功率、发射天线方向性函数等参数。

HR8/4/0.5 及HR4/4/0.5 幕形天线理论计算与现场监测结果比较见表2 和表3，监测布点见图2 和图3。

表2 HR8/4/0.5 定向天线电磁辐射环境理论计算结果与现场监测结果比较

表3 HR4/4/0.5 定向天线电磁辐射环境理论计算结果与现场监测结果比较

图2 HR 8/4/0.5 定向天线监测布点图

图3 HR 4/4/0.5 定向天线监测布点图

现场监测从天线主射方向外110m 处开始，测至380m 处止。由表2 可知，电场和磁场实测值与理论预测值趋势相同，都是随着距离的增加而逐渐变小。

现场监测从天线主射方向外90m 处开始，测至320m 处止。由表3 可知，电场和磁场实测值与理论预测值趋势相同，都是随着距离的增加而逐渐变小。

(2)角形天线

根据国际电信联盟(ITU，International Telecommunication Union)发布的短波天线及其辐射特性的软件，角形天线的天线振子轴向方向的场强值相较于天线夹角方向的场强值要更大些。本次选用某台SA14 角形天线对角线方向和振子轴向方向进行现场监测，如图4 所示。理论预测结果与现场监测结果见表4。

表4 角形天线电磁辐射环境理论计算与现场监测结果比较

图4 短波角形天线监测布点图

现场监测从距天线20m 处开始，测至150m处止。由表4 可知，电场和磁场实测值与理论预测值趋势相同，都是随着距离的增加而普遍变小。通过监测数据对比，角形天线的振子轴方向电场最大，而对角线方向的磁场最大。

(3)电磁辐射环境敏感目标监测

以某短波广播发射台为例，在发射天线前方选择2 处电磁辐射环境敏感目标，测点主要设在朝向短波天线一侧的阳台或窗口。该天线为HR4/2/0.5 幕形天线，发射频率17MHz，发射机发射功率为100kW，监测结果见表5。

表5 电磁辐射环境敏感目标不同楼层现场监测结果

由表5 可知，在多层敏感目标建筑物内进行监测时，随着楼层的增加其电场值逐渐变大。

3 结论

通过了解短波广播发射台原理、组成与发射特点，结合典型短波广播发射台试验监测，对比分析电磁场理论预测与实测结果，得出以下结论:

(1)对短波广播发射台最大辐射方向进行最大场强断面监测，即可掌握短波广播发射台周边的最大场强分布及影响情况。

(2)在进行断面监测时，出现部分点位场强突然变高的情况，但整体趋势是随着距天线的水平距离增加而减小。这就需要在进行现场监测时选择空旷平坦的地面，避免因树木或地势高低而影响监测结果。

(3)在多层敏感目标建筑物内进行监测时，随着楼层的增加其电场值逐渐变大。因此需考虑场强在不同楼层的分布情况。