中波广播电视发射塔电磁辐射场强理论计算分析

付春霞 付云霞 傅永杰 江海涛

（四川省核工业辐射测试防护院（四川省核应急技术支持中心），四川 成都 610001）

0 引言

由于中波台发射塔具有发射功率大、多频率以及多天线共塔等特点，因此其成为电磁辐射领域关注的焦点。同时，我国相关政策及要求也指出在广播电视发射塔新建或搬迁前需要对其运营期可能带来的电磁辐射影响进行评价，将其作为项目选址是否合理的评价依据，并根据中波台电磁辐射理论计算结果划定电磁环境防护距离，避免周边居民因进入防护区域而受到不必要的辐射。

1 中波发射塔

1.1 中波发射系统的特点

中波广播的频率为526.5 kHz～1606.5 kHz，频道间隔为9.0 kHz，标称载频为531.0 kHz～1 602.0 kHz，共有120个频道。中波通过地波和天波2种方式来传播电磁波。地波就是从天线辐射的沿地球表面向四周传播的电磁波，地波场强随传播距离的增加而衰减，可以形成一个稳定的服务区。天波传播就是天线高仰角辐射的电磁波被反射回地面，从而达到传播的效果。

1.2 中波天线

中波天线中应用较为广泛的有单塔、双塔、四塔以及八塔天线。其中，使用最广泛的是单塔天线。该文讨论在特殊条件、特殊地形区域中，中波台中波双塔弱定向天线产生的电磁辐射对环境的影响。双塔弱定向天线通常采用2座高度一致的铁塔（发射塔和反射塔），2座铁塔需要相隔一定的距离。

1.3 中波天线特性参数

中波天线的主要参数如下：1） 天线极化。极化是指电场矢量端点随着时间的变化而形成的运动轨迹。通常分为水平极化和垂直极化。因为地波的垂直极化波的衰减比水平极化波要小很多，所以中波发射台大都采用垂直极化波。2） 方向性图。方向性图是空间中天线辐射能量的分布图。3） 天线增益。天线增益表示天线的效率，在输入功率相同的情况下，其值为天线在同一点的辐射功率密度与均匀辐射的平均功率密度的比值。4） 工作频率。工作频率是指天线可以正常工作的频率范围,须满足电特性参数规定的指标。一般来说，频带宽度与增益呈负相关。

2 中波塔台双塔电磁辐射计算

该文讨论的中波塔台为云南某中波台，包括2套中波发射塔，中波塔采用双塔弱定向天线，共4台发射机（2备2用），每台发射机的发射功率为10 kW。根据《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）以及《环境影响评价工程师执业资格等级培训系列教材-输变电及广电通信》规定的方法预测中波双塔对周围电磁环境的影响，并根据理论预测结果分析中波台产生的电磁环境影响的分布规律。

2.1 理论计算模式及计算参数

2.1.1 中波场强理论计算模式

根据《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）及《环境影响评价工程师执业资格等级培训系列教材-输变电及广电通信》可知，双塔中波天线如公式（1）所示。

式中：E为电场强度；r为被测位置与发射天线的水平距离，m；P为发射机标称功率，kW；G为相对接地基本振子（点源天线G=1）的天线增益（倍数）；F（φ）为发射天线水平面内的方向性函数；F（h）为发射天线高度因子。

由于不同天线的方向性函数不同，因此不同角度的方向性函数（G·（F（φ））也不同。该文考虑到发射机的功率在向天线传递过程中受发射机输出接头、馈线等因素的影响会出现一定的损耗，因此在确定源强时，须考虑这部分的损耗。根据天线方向性图对天线方向性增益进行修正，用G代替该项目的（G·（F（φ）），如公式（2）所示。

式中：G·（F（φ）为天线方向性函数；L为系统损耗，2 dB。可以将公式（1）、公式（2）转换为公式（3）。

2个或2个以上频率的电磁波复合在一起的场强，其值为各单个频率场强平方和的根值，如公式（4）所示。

式中：E为复合场强，V/m；E、E以及E为各个频率所计算的场强。

中波发射系统对周围环境电磁辐射的影响程度与发射功率、发射频率、天线增益以及系统损耗等主要技术参数有关。云南省某中波台的相关技术参数如下。

天线位置的布置情况如图1所示，共设置了2套中波发射塔，中波天线采用双塔弱定向天线，每套发射系统（发射塔A、发射塔B）分别架设1副双频天线。

该文讨论的中波台4台发射机的发射功率均为10 kW。

图1 中波塔发射天线位置图

该文讨论的中波台共建设2座发射塔、2座反射塔，1个发射塔架设1副双频天线，天线发射频率、天线增益、系统损耗以及其他主要参数见表1。

表1 中波台中波天线主要技术参数

该文讨论的中波天线水平面方向性函数见表2～表5。

表2 频率为665 kHz的天线水平面方向性函数

表3 频率为570 kHz的天线水平面方向性函数

表4 频率为1 340 kHz的天线水平面方向性函数

表5 频率为845 kHz的天线水平面方向性函数

2.2 理论预测模式

该文讨论的中波台以1座发射塔+1座反射塔为1套发射系统，发射系统中心点为发射塔/反射塔连线的中心。因此，分别以A发射塔/反射塔连接线中心点、B发射塔/反射塔连接线中心点建立坐标体系，从而计算2座中波发射塔远场区电场强度对周围电磁环境的影响。

以A发射塔与反射塔连接线的中心点为原点，东西向为X轴，南北向为Y轴，西南侧为主射方向0°，最小刻度20 m制作坐标（图2）。利用公式（3）计算1座发射塔（单个频率）远场区的电场强度对环境的影响。单套系统模式计算方法示意图如图2所示。

图2 单套系统模式计算方法示意图

采用建立坐标体系的方法计算2座中波发射塔（4个频率）运行时产生的复合场强对周围电磁环境的影响。以A发射塔与反射塔连接线的中心点为原点，东西向为X轴，南北向为Y轴，西南侧为主射方向0°，最小刻度20 m制作坐标；当以A发射塔与反射塔连接线的中心点为原点（0，0）时，与之对应的B发射塔与B反射塔连接中心点的坐标为（268，-90）（图3）。利用公式（3）计算各单个频率电场强度的预测值，再利用公式（4）计算2套发射系统（4个发射频率）同时发射时对周围电磁环境的综合影响。

2.3 电磁辐射评价标准

根据《电磁环境控制限值》（GB 8702—2014）的要求可知，当频率为0.1 MHz～3.0 MHz时，中波台周围公众曝露控制限值如下：电场强度E应小于40 V/m，频率高于100 kHz。在远场区可以只限制电场强度或磁场强度（等校平面波功率密度）。

2.4 理论预测结果

根据理论计算公式及模式计算方法计算2座中波发射塔同时发射时产生的电磁辐射环境影响预测结果，见表6、表7。

图3 2套系统模式计算方法示意图

表6 以A发射系统为原点远场区的电场强度预测结果

该文根据表6、表7的理论预测结果给出了发射角度（0°～360°）随距离增加时电场强度预测值的变化规律。从预测结果可知，2套发射系统在同一发射角度下，随着发射系统距离的增加，电场强度预测值均呈现逐渐衰减的趋势。2套发射系统在不同发射角度情况下，随距离的增加，电场强度均呈衰减的趋势。根据理论预测结果绘制了2套系统在同时运行时电磁辐射的防护区域（超过公众曝露限制区域（电场强度预测值大于40 V/m），如图4所示）。在图4中，2套系统（A、B）中黑色区域内电场强度预测值均大于40 V/m，应将该区域划定为控制范围，设立辐射安全警示牌，禁止无关人员进入，以便开展中波台站后期运行管理工作。

表7 以B发射系统为原点远场区的电场强度预测结果

图4 中波台运行时电磁辐射防护区域

3 结语

该文对中波广播电视发射塔（双塔）周围电磁辐射进行理论预测分析，根据理论预测模型计算中波台周围电磁辐射情况，并根据国家标准规定的控制限值划定电磁辐射防护区域，为中波台台站后期管理提供了依据，可以降低对周围居民健康的影响，从而更好地开展中波台的辐射防护工作。