短波发射机覆盖场强测试与分析

摘 要：本文主要以小功率（5KW以下）短波发射机为例，测量其在单频工作模式下频率与场强的关系及天线阵子夹角与场强的关系，从而得出短波发射机周边覆盖效果与电磁环境普遍适用的结论。

关键词：短波 频率 场强 测试

中图分类号：V55 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0007-04

短波是指频率为3 Hz～30 MHz的无线电波。对于承担短波广播发射任务的固定或移动发射台来说，通过使用不同频率、不同天线阵子夹角发射广播信号对周边场强的分析，了解覆盖区域内受众终端的接收效果及电磁辐射对受众的影响都具有重要意义。

1 测试方法

由于覆盖场强的测试工作受到发射系统的发射功率、频率、驻波比等参数及地理环境、测量仪器等诸多因素的影响，因此正确的测量方法对于能否达到真实结果至关重要。

1.1 测试方框图

1.2 测试场地

为使测试结果更具真实可用性，测试场地应满足坡度小于2°半径100 m内应无障碍物，满足视距传输的要求应远离高压线及金属物体或建筑。由于实际地形的复杂性，很难找到完全符合测设要求的测试场地。如果待测发射系统所在地点的某一方向上游遮挡，测试时可以将整个发射系统原地旋转某一角度，根据发射系统与测试点的相对位置关系，测量出有遮挡方向上的场强值。

2 测试数据处理

2.1 坐标系的变换

为了便于分析总结数据得出结论，首先将经纬度值（球坐标系）转化为以发射天线为中心的圆坐标系，定义正北为0度，顺时针方向依次为90度、180度、270度。根据图1推导出距离及角度公式：

其中α值还需根据经纬度判断后转化成圆坐标中的角度值。然后就可以把测（如图1）。

2.2 场强值的处理

由于地形的限制等因素，测量点的场强值并不是60 dBμV/m，因此，我们应根据测量点的测量值推导出场强值为60 dBμV/m点的位置。

如图2所示，假设发射机位于A点，发射天线所辐射的电波在地面上传播，与发射机距离为r的B点的场强为E，整个传播途径上相对介电常数ε和电导率δ是均匀的，且天线低架，则B点的场强可以近似由舒来依金—范德波尔近似公式计算：

实际测量时，无线电波在无障碍条件下传播的情况实际上是很少见的，通常从发射天线到接收天线的途径上会有一些障碍物，所以需要分析一下障碍物对地波传播的影响。这里主要讨论大型建筑物对地波传播的影响。电波信号在传播过程中，遇到建筑物，如高楼大厦等，电波信号在穿透建筑物时会发生反射和折射，使信号衰减。建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受到的衰减，它等于建筑物外与建筑物内的场强之差。下表是建筑物穿透损耗的测试结果：（如表1）。

利用公式（4）先求出常数K，然后再求出60 dBμV/m点的位置，考虑测量点及推导点的环境因素，将得到的数值根据上表数据做出修正，即可推导出场强值为60 dBμV/m点的位置。

由于电磁辐射标准中场强单位多用V/m来表示，因此应将数据转换为V/m。根据换算公式：

3 测试数据分析

3.1 频率与场强的关系

在单频情况下天线振子为60°时的高（21.645 MHz）、中（12.025 MHz）、低（5.975 MHz）频率曲线如图3，从图可知：中低频率覆盖范围约为4.5～5 km，场强60 dB等值线约为圆形；高频率覆盖范围约为10 km，场强60dB等值线约为圆形。考虑天线驻波比、发射功率、及天气等因素，随着频率增加场强覆盖范围越小，中低频率比较明显。

在单频情况下天线振子为30°时的高（21.645 MHz）、中（12.025 MHz）、低（5.975 MHz）频率曲线如图4，从图可知：低频率场强60 dB等值线约为圆形，覆盖范围约为2～2.5 km；中频率场强60 dB等值线约为椭圆形，长轴覆盖范围约为3～4 km，短轴覆盖范围约为3 km；高频率场强60 dB等值线约为圆形，覆盖范围约为2～3 km；考虑天线驻波比、发射功率、及天气等因素，随着频率增加场强覆盖范围越小，低高频率比较明显。

在单频情况下天线振子为15°时的高（21.645 MHz）、中（12.025 MHz）、低（5.975 MHz）频率曲线如图5，从图可知：低频率场强60 dB等值线约为椭圆形，长轴覆盖范围约为3 km左右，短轴覆盖范围约为2.5 km；中频率场强60dB等值线约为椭圆形，长轴覆盖范围约为4 km，短轴覆盖范围约为2.5 km；高频率场强60dB等值线约为椭圆形，长轴覆盖范围约为2.5～3 km，短轴覆盖范围约为1.5～2 km；考虑天线驻波比、发射功率、及天气等因素，随着频率增加场强覆盖范围越小，中高比较明显。

综上比较可知：在同等的发射功率、同样天馈系统、同样环境因素下，随着频率增加场强覆盖范围越小。

3.2 天线阵子夹角与场强的关系

单频情况发射频率为高（21.645 MHz）时，天线振子夹角分别为60°、30°、15°时的频率曲线如图6，从图可知：天线振子夹角在60°时，场强60 dB等值线约为圆形；天线振子夹角在30°时，场强60 dB等值线约为圆形；天线振子夹角在15°时，场强60 dB等值线为椭圆形。随着天线振子夹角的变小，场强60 dB等值线逐渐趋近椭圆形。

单频情况发射频率为中（12.025 MHz）时，天线振子夹角分别为60°、30°、15°时的频率曲线如图7，从图可知：天线振子夹角在60°时，场强60 dB等值线约为圆形；天线振子夹角在30°时，场强60 dB等值线为椭圆形；天线振子夹角在15°时，场强60 dB等值线为椭圆形。随着天线振子夹角的变小，场强60 dB等值线逐渐趋近椭圆形。

单频情况发射频率为低（5.025 MHz）时，天线振子夹角分别为60°、30°、15°时的频率曲线如图8，从图可知：天线振子夹角在60°时，场强60 dB等值线约为圆形；天线振子夹角在30°时，场强60 dB等值线约为圆形；天线振子夹角在15°时，场强60 dB等值线约为椭圆形。随着天线振子夹角的变小，场强60 dB等值线逐渐趋近椭圆形。

综上比较可知：用户所用短波发射系统随着天线振子夹角的变小，场强60 dB等值线逐渐趋近椭圆形。

4 测试结论

根据对实测数据的分析处理，得出如下结论。

（1）系统在中低频段20 m外满足国家电磁辐射标准对公众的要求，在高频段20 m外基本满足国家电磁辐射标准对公众的要求，并且系统在20 m外完全满足国家电磁辐射标准对职业人员的要求。

（2）在同等的发射功率、同样天馈系统、同样环境因素下，随着频率增加场强覆盖范围越小。

（3）用户所用短波发射系统随着天线振子夹角的变小，场强60 dB等值线逐渐趋近椭圆形。

参考文献

[1] 广播电视天线电磁辐射防护规范[S].GY5054-1995.

[2] 短波广播网覆盖技术规定[S].GB11410-89.