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一种基于H分形光子带隙结构的小型微带天线
[导读] 光子带隙(Photonic Bandgap，简称PBG)结构是一种人工构造的周期性电介质结构，光子带隙结构的理论来源于电子能带理论，在这种结构中传播的波——如声波、电磁波、光波等，在某一特定频率范围内的将不能在此周期性电介质结构中传播，这一特殊的频带则称为禁带。
(Photoc Bandgap，简称PBG)结构是一种人工构造的周期性电介质结构，结构的理论来源于电子能带理论，在这种结构中传播的波&&如声波、电磁波、光波等，在某一特定频率范围内的将不能在此周期性电介质结构中传播，这一特殊的频带则称为禁带。对于微带的设计，PBG结构可以用于提高的性能，例如提高增益，增强辐射效率以及减小尺寸等。但事实上，由于PBG周期单元尺寸接近禁带频率的半波长，使得PBG结构在实际应用中受其自身尺寸的限制，特别是在较低的频率上应用时。
在本文中，我们设计一种新颖的基于分形结构的小型化微带贴片，利用H分形PBG结构替代了微带原来的接地面，使得尺寸大幅缩减，这种新型的小型化对于需要电小的无线通信系统将有很好的应用价值。
2 H分形PBG结构设计
分形拓扑是一种很好的分析复杂问题以及混沌问题数学方法，其有着独特的自相似特性，使分形拓扑能在保持尺寸不变的情况下形成新的结构。在微波设计以及PBG结构的应用中，分形方法是一种实现结构小型化、多工作频率以及拓展频率带宽的有效途径。PBG中所应用的分形结构包括多种类型，如H型、Y型、V型以及音叉型等等。
H分形PBG结构是一种平面的PBG结构，这种结构在非常宽的频率范围内呈现出多带隙特性，并且打破了带隙结构尺寸与带隙频率的传统关系。H分形结构是由一条长为HL、宽为HW的带线作为第一阶，并通过对这一基本单元进行重复的仿射变换构造而成。第 (k+1) 阶结构包含2k条带线，每条带线的中点分别连接第k阶带线的两端点。当k为奇数时，第 (k+1) 阶带线的长度和宽度与第k阶相等，而k为偶数时第 (k+1) 阶带线的长度和宽度则为第k阶带线的一半。随着其阶数的增加，H分形PBG结构的总体尺寸将无限接近2(HL+HW)&2(HL+HW)。
H分形PBG包括两层金属层，介质基板为h=1mm的Rogers RT/Duroid 5880，介电常数为&r = 2.2。图1为H分形PBG的几何结构与尺寸参数，正面为一个微带线馈电的传统贴片，底面则使用一个10阶的H分形PBG结构替代了大部分的接地面，分形结构的第一阶位于x轴上，结构最初的设计参数如表1所示。
(a)顶视图&&微带及馈线
(b)底视图&&H分形PBG基底
图1 H分形PBG结构与参数
表1 H分形PBG尺寸参数
3 仿真及参数优化
H分形PBG电磁仿真S11参数如图2所示，虚线为尺寸相同的传统基底微带S11参数。由图中曲线可以看出，传统微带工作频率为8.9GHz，而采用H分形PBG结构基底以后，该变为了两个辐射频率，分别为2.4GHz和8.4GHz，这个2.4GHz的辐射频率即是由H分形PBG结构的引入而产生的。在尺寸不变的情况下，使得工作于更低的频率就意味着尺寸的缩小，因此H分形PBG尺寸相对于传统微带尺寸的缩小量为：
图2 H分形PBG与传统S11参数对比
由于H分形PBG结构最低的带隙频率取决于分形的阶数以及第一阶带线的长度，因此这两个参数对H分形PBG工作频率有重要的影响。图3和图4分别给出了不同的HL1和不同的阶数情况下的H分形PBGS11参数。从图中可以看出，HL1更大则H分形PBG有更低的工作频率;而阶数更大也会有更低的工作频率，但10阶分形结构比8阶和12阶结构在匹配上更好，因此10阶结构是最好的选择。
图3 HL1对S11参数的影响
图4 分形阶数对S11参数的影响
经仿真优化后，确定H分形PBG的尺寸为HL1=16mm，L=W=36mm，FL=12.3mm，10阶分形结构，其余的尺寸参数与表1中相同。图5为H分形PBG的S11参数，可以看出其拥有多个工作频率，最低为1.75GHz，因此相对于传统微带其尺寸缩小量达到了80.3%。图6和图7为H分形PBG在1.75GHz处的方向图，在该频率处具有类似于偶极子的全向辐射特性，增益为2.6dB。图8为该H分形PBG的实物照片。
图5 H分形PBGS11参数
图6 1.75 GHz E面方向图
图7 1.75 GHz H面方向图
图8 H分形PBG实物照片
本文描述了一种利用H分形PBG结构作为基底的微带贴片的设计及优化。在尺寸保持不变的情况下，通过接地面的改变使得的辐射频率由8.9GHz变换到了1.75GHz，相当于尺寸获得了80%的缩减，这种H分形PBG在新的工作频率具有类似于偶极子的全向方向图。
[整理编辑：中国测控网]
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All Rights Reserved 版权所有是说与源天线孔径大小有关；由式（3q4）知；β≈；（6q16）r；式中，β是源天线对待测天线孔径的张角，D是待测天；设源天线辐射场特性为sinxx，这里，x=；πd；sinθ，d是源天线孔径线尺寸，于是λ0.25d；sinx；令=10；x=于是有；2θo.25≈0.26而一般情况下；2θo.25≥；?0.2520；=0.）；πd；sin(θ
是说与源天线孔径大小有关。下面，我们以0.25dB振幅渐变为例子，来讨论源天线和待测天线孔径与最小测试距离之间的关系。 由式（3q4）知
（6q16） r式中，β是源天线对待测天线孔径的张角，D是待测天线孔径线尺寸，r是测试距离。 设源天线辐射场特性为sinxx，这里，x=πdsinθ，d是源天线孔径线尺寸，于是λ0.25dB方向图波瓣宽度2θ0.25可用下述方法求得： sinx令
2θo.25≈0.26而一般情况下
2θo.25≥?0.2520=0.9716
（6q17） πdsin(θ0.25)=0.4144
（6q18） λπd?θ0.25≈0.4144
（6q19） λλd
（6q20） β
（6q21） 将式（9q7）和式（9q11）代入式（9q12）得
r≥2θ0.25β=0.26λr≥1
（6q22） DdDdDd
（6q23） ≈40.26λλ如果将式（6q10）代入式（6q23），我们还可得到
（6q24） 一般来说，除了给定两天线的孔径尺寸d和 D情况而外，0.25dB振幅渐变的限度是用来限制源天线的方向图特性的（也即孔径尺寸d），而不是限制测试距离r。 二、收、发天线间的耦合 收、发天线间的耦合有感应场耦合和辐射场耦合。由于感应场是与距离的平方成反比的，因此，随着收、发天线间距离的增大，感应场衰减很快。如表3q3所述，当距离为10λ时，感应场相对于辐射场的值为?36dB，因此，一般说来，当收、发天线间的距离r≥10λ时，其间的感应场耦合就可忽略不计了。 收、发天线间的辐射场耦合是指天线间能量的多次反射而形成的照射场能量的变化。因为当来自源天线的照射场待测天线上感应起电流时，它一方面把高频电流能量送给负载，另一方面高频电流还将产生再辐射，如果天线与负载不匹配就会将部分能量反射也产生再辐射。而这些再辐射能量的一部分由于相同的原因又被源天线接收后反射。而这些再辐射能量的一部分由于相同的原因又被源天线接收后反射，如此往返，结果使待测天线照射场功率发生变化，从而给测量带来误差。 由弗利斯传输公式（4q23）知，无辐射耦合时待测天线接收的入射功率为 ?λ?
Pr=P0GsGr??
（6q25） ?4πr?式中，P0是源天线输入功率，下标r表示待测天线的各量，下标s代表源天线的各量。 若待测天线和源天线的反射系数分别为Γr和 Γs，则源天线接收的再辐射功率为 2?λ?
Ps=ΓrPrGrGs??
（6q26） ?4πr?待测天线接收的再传输功率为 242?λ′
Pr=ΓsPsGrGs??4π?r?22?λ??PGG=ΓΓrsrrs????4πr2???
（6q27） ?因此，待测天线接收的再传输功率与接收的远入射功率之比为 2?Pr?λ??=ΓrΓs?GrGs?
（6q28） 4πPrr??????′另一方面，最大辐射方向的增益公式为
G=4πλ2Sv
（6q29） 考虑到式（6q29），于是式（6q28）可写为 2′Pr?vrvsSrSs?
=ΓrΓs?22?Pr?λr?从上式可估算出辐射耦合的影响大小。现在，我们举一个计算实例看看。一般天线情况下， Γr和 Γs约为0.25，口径效率取0.5。若天线是圆形孔径，则式（6q30）为 2′Pr1?1π2D2d2?=??
（6q31） 22?Pr16?164λr?由式（6q23）知
（6q32） 4于是，由式（6q31）和式（6q32）得 2′Pr1?112?
≤?××π?≈?52dB
（6q33） Pr16?6416?因此，在上述条件下，辐射耦合引起的首次再传输功率（多次反射的再传输功率已忽略）比原照射功率低了52dB，此时，如果用比较法测增益，在最坏的情况下（即再传输场与原照射长反相和同相）测得的增益误差为 ′52?E+E′???Er?rr????ΔG=201g≈201g1+2=201g(1+2×1020)≈0.043dB ′???Er??Er?Er???
（6q34） 可见，只要满足前述的0.25dB横向渐变要求，辐射耦合引起的测量误差是很小的。当然，在采用更强方向性天线作源天线测量强方向性天线特性时，且天线匹配程度又较差的情况下，辐射耦合的影响就应给予注意。 综上，在进行天线测试场设计时，最小测试距离的确定必须同时满足相位条件、振幅条件和耦合条件，而且应以其中最苛刻的一个为准，另外还要考虑对测试精度的要求。 三、测试场中的反射 测试场中地、物的反射可以分为有目的的反射和不需要的反射两种情况。在设计自由空间测试场时，则要将反射消除或抑制到允许的程度；在设计反射测试场时，则是有目的地利用地面反射的影响来形成待测天线孔径面上的均匀平面波照射条件。 在利用地面反射的测试场地上进行天线参数测量时，除了应满足上述的最小测试距离条件外，对源天线和待测天线的最低架设高度也有要求。为了使待测天线孔径垂直面振幅分布的不均匀性小于0.25dB，且天线与地面内镜象天线之间的互耦低于40dB，再考虑到式（6q9）的要求，待测天线架设高度hr和源天线的架设高度hs应满足 hr≥4D
（6q35） hr≥4λ
（6q36） hs≥4λ
（6q37） hs=λr4hr
（6q38） 式中，D是待测天线孔径最大线尺寸。 此外，地面反射区的大小也是值得考虑的一个重要因素。现在，我们就来讨论这一问题。 如图6q9所示，源天线架设高度为hs，待测天线架设高度为hr，它们的空间坐标位置分别为(hs,0,0)和 (hr,0,r)。rr0是镜面反射波（符合镜面反射几何条件的反射波）传输的路径，rr是普通的散射路径，且
rr0=r+(hs+hr)
rr=hs+y+z[22]212
（6q39） 22[222]+[h12r+y+(r?z)]12
（6q40） 显然，rr>rr0，当反射系数相位相同时，rr路径的波将落后于rr0路径的波相角Δ?，即
Δ?=2πλ(rr?rr0)
（6q41） 与光学中费涅尔带的定义相似，可令测试场表面第N个 费涅尔区的外边界上的点满足
（N=1，2，3……）
（6q42） 即
rr?rr0=因此
（6q43） 222[222]+[h122r+y+(r?z)]?[r122+(hr+hs)2]12=Nλ 2
（6q44） 将式（6q44）展开并化简后，将得到一个椭圆方程，其长轴在z轴方向，椭圆参数为 中心坐标
x=0,y=0,z=1?F2r 2212长轴
LN=rF1(1+F2?2F3)
（6q45） 短轴
WN=r(F1?1)(1+F2?2F3)式中 [22]12
F1=F2=Nλ+secθ
（6q46a） 2r(hr?hs)(F1?1)r222222
（6q46b） F3=(hr+hs)(F1?1)r22
（6q46c） 我们以长轴为长，短轴为宽，同时选定主要反射区中的费涅尔区数目N后，就可以确定出主要反射区的区域。一般来说，选取头20个费涅尔区作主要反射区就能满足测试要求了。因此，当N为20时，相应的宽度为
W20≈Nλr=20λr
（6q47） 最小测试距离r按式（6q10）计算时，我们可以得到
（6q48） 主反射区大小确定以后，对此区域内的地面不平整度就按式（6q8）的瑞利准则进行加工、整理（一般不是按椭圆，而是按矩形面积清理）。 在主反射区的外围称为反射区，如图6q10所示。它也是一个矩形，起宽度为主区宽度的一倍，长度超出测试端约0.25r。此区域内允许的地面不平坦度可比主区大1～2倍。 再外面的区域称为清理区，它是一个锥形状，长度约为1.5r，在待测天线端的宽度最好等于源天线水平面方向图的零值钵班宽度。在这个区域内不能有大的反射物体或金属反射体存在，例如建筑物、树木、车辆、电力线等，这些障碍物都应予以清理。
第三节 微波暗室的设计准则
微波暗室又称为无回波室、无反射室或吸波暗室。它是在测试房间的内壁（墙壁、地板、天棚等）敷上吸收材料，有效地吸收入射到这些地方的电磁波，减小或消除反射和散射，从而形成天线测量所需要的自由空间条件。 微波暗室是进行天线参数测试以及电磁波绕射、散射户辐射特性测试的理想场所。它具有工作频带宽、信号电平稳定、易于保密、可全天候工作、不受外界电磁场环境干扰等一系列优点，因此，获得了广泛的应用。本节将简要讨论微波暗室的设计准则和如何建造一个合格的微波暗室。 一、暗室的型式 自五十年代第一个微波暗室出现以来，仅从型式上看，先后出现过短型、横隔板型、纵隔板型、洞孔型、局部敷设型及角锥型等多种型式。经过反复实践表明：矩形和角锥型优于其他各种类型。因此，现在建造的微波暗室多为这两种型式。 在矩型和角锥型暗室中，又可分为图6q11所示多种型式，即全密封矩形暗室、垂直型半开口矩形暗室、水平型开口矩形暗室、升高型半开口矩形暗室、全密封锥形暗室、半开口锥形暗室等。 矩型暗室的横截面接近正方形（即宽与高接近），长度与宽度比一般选在2：1到3：1之间。它一般用于1GHz以上的工作频段，具有结构简单、建造容易、通用性好、可进行，所需吸收材料多，双向多源或移动源测量等优点，其确定是低频性能较差（低于1GHz时）成本高等。 角锥型暗室是比较长的角锥形漏斗状结构，锥底的横截面形状也接近正方形。它的低频性能好（1GHz以下频段更为明显），需要吸收材料少，侧墙对吸收材料的性能要求可放低，但其缺点是通用性差，只能进行单向、单源测试，源天线位置调整要求较严等。 在设计微波暗室时，选哪种型式较好，则要根据各种具体情况和要求权衡利弊而定。 二、微波暗室设计的一般考虑 ⒈ 微波暗室的电特性 在进行微波暗室的设计和建造之前，必须对它的电特性要求有基本的了解，才可能设计出性能较好的暗室来。 ⑴ 静区 静区是指暗室内杂散波（含反射、散射和绕射波等）干扰最小的区域，待测天线通常就放在词区域内。静区的大小和形状与暗室的类型、工作频率、吸收材料特性、要求的反射电平等因素有关。对于各方面均铺设相同吸收材料的矩形微波暗室而言，静区是一个柱形，其轴线与暗室的纵轴一致，其直径可用下式估算
静区直径≥rλ
（6q49） 2⑵ 反射率电平 反射率电平定义为等效反射场与直接照射场之比。所谓等效反射场是指室内反射、绕射和散射等杂散波的总干扰场。 暗室内任意点反射率电平的大小与吸收材料特性、暗室结构、收、发天线的方向性、频率、极化状态等多种因素有关，精确计算比较困难，一般都通过实验来测定。 不同的静区反射率电平对方向图测量带来的误差如图6q12所示。可以看出：反射率电平为?40dB 的静区中测量方向图?20dB的场强值时，误差小于1dB；测量?30dB场强三亿文库包含各类专业文献、高等教育、幼儿教育、小学教育、应用写作文书、行业资料、各类资格考试、中学教育、第六章 天线测试场的设计与鉴定41等内容。　
　智慧树章节测试答案_哲学_高等教育_教育专区。【第...鼓励巧妙地利用并改善他人的设想 【第六章】 1 ...美国戴维德等人把超声波和静电场方法结合,设计出一种... 　哈尔滨工业大学课程设计说明书(论文) Harbin Institute of Technology 课程设计说明书(论文) 课程名称: 设计题目: 院班学系: 级: 号: 天线仿真 圆极化微带天线的... 　天线测试手册 89页 免费 第六章 天线测试场的设计与... 17页 免费如...不能忽略时(如 一天线方向图的现场测璧’中);有时也用于总体天线工程的鉴定... 　基本要求是通过课程教学、 实验、示教等教学环节使学生掌握天线测试场的 设计与鉴定准则; 掌握天线基本参数的测量原理和方法;学会常规测量仪器和先 进测量仪器基本... 　尾帽天线研究 电磁场与微波技术, 2011, 硕士 【...地面测试,测量结果满足给定的电参数要求,说明设计方法...67 第六章 结束语 67-69 致谢 69-71 参考文献 ... 　实验六双模圆锥喇叭天线的设计与仿真一、实验目的 1.设计一个双模圆锥喇叭天线 2.查看并分析该双模圆锥喇叭天线的收敛结果、远场方向图及喇叭轴比曲线、喇叭驻波 ... 　本文在第五章讨论小型圆极化天线的设计。运用了前面...最后制作了口径耦合馈电的天线实物,通过实际测量,成功...所谓方向性,就是在相同距离的条件下天线辐射场的... 　天线倾角测量装置项目可行性研究方案设计 (市场前景+...第六章天线倾角测量装置项目原材料及燃料动力供应 6...另外,多注重增加公司的无形资产,如产品的测试和鉴定...真正的天线测试天线理论的基础。在世界上的所有天线理论不添加的豆山
如果被测天线不履行应有的作用。天线测量是一门科学。一旦一个非常好的
天线量测工程师对我说：“良好的天线测量不发生意外”。
究竟是什么我们寻找当我们测试或测量天线
基本上，我们要测量许多上所列的基本参数
天线基本页面。最常见的和所需的测量
包括天线增益和效率，
驻波比，报
两极分化。
在天线测量中使用的程序和设备都在下面的章节描述：
在这种天线测量的第一部分，我们来看看所需的设备和类型的“天线”使用范围
在现代化的天线测量系统。
第二天线测量部分，讨论如何执行最根本的天线测量。
这是确定的辐射模式和
提取的天线增益。
第三天线测量部分侧重于确定相位信息
从天线的辐射模式。更重要的是相
在“相对相位”（第一阶段相对其他位置上的辐射图案），而不是“绝对相位”的条款。
第四天线测量部分讨论确定技术
被测天线的极化。这些技术
归类为线性天线，圆形或椭圆偏振光。
第五天线测量部分说明如何确定的阻抗
天线作为频率的函数。在本节中，重点是使用矢量网络分析仪（VNA）。
第六天线测量部分解释了缩尺模型测量的有用的概念。
这页的说明如何获得测量时的物理尺寸
所需的测试是过大的（或可能太小）。
最后天线测量部分说明特区测量的新领域和定义特区。
这些测量是关键
在消费电子产品的天线设计，始终以满足FCC特区要求，需要改变（甚至退化）。
在天线测量所需的设备
天线测试设备，我们将试图照亮测试天线（通常被称为被测天线）
平面波。这波近似
使用源（发射）
天线与已知的辐射模式和特点。我们这样做
领域事件后，测试天线
大约是平面波。下一节将讨论有关此。
天线测量所需的设备包括：
一个源天线和发射机 - 这种天线将有一个已知的模式，可以用来照亮测试天线
接收器系统 - 这就决定了多大的权力是通过测试天线接收
定位系统 - 这个系统是用来测试旋转天线，相对源天线，来衡量
作为一个功能的角度辐射模式。
上述设备的一个框图如图1所示。
图1。图所需的天线测量设备.
这些组件将简要讨论。源天线辐射能量
所需的测试频率。它必须有所需的极化和一个合适的的
为给定的天线测试范围波束。来源天线
经常喇叭天线，或
偶极子天线与抛物面反射镜。
发射系统应该能够提供一个稳定和恒功率的。输出
也应可调（可选），并合理
稳定。 （你从发射机的频率接近你想要的频率稳定的手段。）
接收系统只需要多大的权力，以确定是从测试天线接收。
这可以通过一个简单的功率计，这是一个事件电磁波的能量测量设备。
接收系统可以更复杂，高品质低功率测量放大器和更准确
检测设备。
定位系统控制测试天线的方向。既然我们要测量的辐射模式
角度的函数（通常在测试天线
球面坐标），我们需要测试旋转天线，使源天线照亮测试天线
从不同的角度。定位系统是用于此目的。
一旦我们有我们需要的所有设备（和我们要测试的天线），我们
将需要放置的设备和执行测试
在天线范围内，下一节的主题。
我们需要做的天线测量的第一件事，是一个地方进行测量。也许你想
在你的车库里，但是从墙壁，天花板和地板的反射，使您的测量不准确。
执行天线测量的理想地点是在外层空间，没有反射发生的某处。然而，由于
目前太空旅行是昂贵的，我们将重点放在测量的地方在地球表面上的。
有两种主要类型的范围内，自由的空间范围和反射范围。反射范围是设计
这样，反射在测试区域共同支持一个大致的平面波。我们将专注于更常见
自由的空间范围。
自由空间范围
自由空间范围是设计，模拟，将在太空中进行的测量天线测量位置。也就是说，
从附近的物体反射波和地面（这是不可取的），尽可能多地抑制。最流行
自由空间范围是暗室，高架范围和紧凑型。
电波暗室是室内天线商会。
两旁的墙壁，天花板和地板与特殊电磁波吸收
材料。室内范围是可取的，因为测试条件下，可以比室外范围更加紧密控制。
材料往往是锯齿以及形状，使得这些商会相当有趣的。锥体
从他们反映的是什么形状的设计，使有蔓延的趋势随机方向，加在一起是什么
随机反射往往添加语无伦次，从而进一步抑制。暗室图片所示
下面的图片，以及一些测试设备：
暗室的缺点是，他们往往需要相当大的。天线通常需要几个波长
从对方至少模拟远场条件。
因此，需要有尽可能大的暗室。然而，成本及其他实际
约束往往限制它们的大小。一些防务承包公司衡量大型飞机的雷达截面
或其他物体，已知有篮球场大小的暗室，虽然这不是普通的。大学
暗室通常有3-5米的长度，宽度和高度的商会。由于大小限制，因为
射频吸波材料通常最好在UHF和更高，暗室是最常用的
300兆赫以上的频率。最后，商会也应大
足够的源天线的主瓣的一面墙壁，天花板或地板。
高架范围室外范围。在此设置中，源和被测天线安装在地面以上。这些天线
可山，塔，建筑物，或任何一个认为合适的。这通常是非常大的天线或低
室内测量将是棘手的频率（VHF和<100兆赫以下）。高架范围内的基本图显示
图2。插图升高范围。
源天线是不是一定比海拔较高的测试天线，我只是表明它这里这样。视线（LOS）的
两个天线（图2中的黑色射线所示）之间必须通畅。所有的其他意见（如红
射线从地面反射）都是不可取的。升高的幅度，一旦源和测试天线的位置确定，测试
运营商，然后确定会发生显著的反射，并尝试以尽量减少这些表面的反射。
通常射频吸波材料用于此目的，或其他材料，偏转的光线远离测试天线。
必须放置在测试天线的远场源天线。原因是波测试天线接收
应该是一个最大的精确度的平面波。由于天线辐射的球面波，天线需要足够远
这样，从源头上天线的辐射波大约是一个平面波 - 见图3。
图3。一个源天线辐射波与球面波前。
然而，对于室内商会往往存在
没有足够的分离，实现这一目标。解决这个问题的方法之一是通过一个紧凑的范围内。在此方法中，源天线
是面向一个反射器，其形状设计约平面的方式，以反映球面波。这
是非常相似的原则，其中一个碟形天线。基本操作
如图4所示。
图4。紧凑型 - 从源头上天线的球面波反映平面（平行）。
抛物面反射器的长度通常所需的几次大的测试天线。源天线
图4是从反射抵消，因此，它不是在反射光线的方式。还必须谨慎行使
为了保持任何直接辐射（相互耦合），从源头上天线测试天线。
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天线电磁辐射环境影响分析
摘要摘要随着现代科学技术的发展和各种天线的广泛应用，天线在工作过程中产生的 电磁辐射问题越来越引起人们的关注。本文针对近几年来北京地区电磁辐射污染项目环境影响评价中遇到的问题，结合国家广播电影电视总局和北京市移动公司 的两个具体项目，从各种应用天线的实际特点出发，运用电磁场和电磁波的基本 理论，推导建立了中波天线、短波天线和移动基站天线周围的电场强度计算模型：通过实际测试验证了模型的有效性；研究了频率、电导率等影响因素对短波电场 强度的影响；最后，结合实际对短波天线工作时产生的电磁干扰现象进行了分析。通过理论计算和实际测试验证发现中波天线、同相水平短波天线和移动基 站周围的电场强度或功率密度都随离开天线距离的增加而减小，开始时场强或功 率密度随距离增加迅速降低，之后下降速度逐渐放缓。当中波天线工作于多塔多 频工作模式时，场强随着距离的增加呈阶梯状衰减，在近距离处衰减速度快，随着距离的进一步增加，场强值衰减幅度变得越来越缓慢。同时，实际测试和理论 计算表明，短波天线的工作频率和大地的电导率和介电常数对天线周围的电场强度分布都有一定影响，频率越高，近区的场强值越高，电场强度的衰减速度越快。 电导率和介电常数越大，电场强度越小，但影响幅度不大。除此之外，实际情况 显示短波高次谐波产生的电磁干扰对附近居民家中的电视和电话有一定程度的干扰，电视干扰主要是高次谐波对频段比较低的电视节目产生干扰。抑制干扰主要从干扰源、传递途径和受扰设备三个方向综合考虑。 用本文建立的中波天线、短波天线和移动基站天线场强计算模型分别预测 分析中波天线、同相水平短波天线远场和移动通信基站的电磁环境是可行的，其 误差较小，对生活中环境保护领域所关心的天线的电磁环境影响评价具有现实意义。关键词电磁辐射；天线；理论计算模型；电场强度；电磁干扰北京工业大学硕士学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＷｉｔｈｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｄｅｌｙｕｓｅｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ａｎｔｅｎｎａｓ，ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ，ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａｓ，ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ ａｂｏｕｔ ｂｙ ｍａｎｙ ｐｅｏｐｌｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｈｉｃｈ Ｗａｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆｐｒｏｊｅｃｔｓＢｅｉｊｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｓｔｈｅｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｏｏｕｒｅ％ｌｕａｔｉｎｇ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅ ｔｗｏ ｓｐｅｃｉｆｉｃＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒａｄｉｏ Ｆｉｌｍａｎｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ａｎｄＢｅｉｊｉｎｇ Ｍｏｂｉｌｅｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ｓｔａｒｔｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｔｏｕｓｅｓｃｏｕｎｔｒｙ，ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅｈａｖｅｄｅｄｕｃｅｄｍｅｄｉｕｍ―ｗａｖｅａｎｔｅｎｎａｓ，ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａｓｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｂｅｓｉｄｅｓ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ａｃｔｕａｌ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓｔｏ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｗａｖｅａｎｔｅｎｎａ，ｓｕｃｈ ａｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ，ｈａｖｅ ａｌｓｏ ｂｅｅｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｓ ｗｅ［Ｉ Ｂａｓｅｄｏｎ ｏｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｈａｓ ｂｅｅｎｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ。Ｃａｌｌｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ，ｗｅｏｒｆｏｕｎｄｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ－ｗａｖｅａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｈａｓｅａｎｔｅｎｎａ，ｔｈｅｓｈｏｒｔ―ｗａｖｅａｎｔｅｎｎａａｎｄｔｈｅａｎｔｅｎｎａｓｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｗａｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅａｎｔｅｎｎａｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｆｉｒｓｔｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ａｂｒｕｐｔｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｓｌｏｗｓ ｄｏｗｎ．Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅｍｅｄｉｕｍ－ｗａｖｅａｎｔｅｎｎａ ｗｈｉｃｈａｓＷａｓｗｏｒｋｅｄｉｎｍｕｌｔｉ．ｔｏｗｅｒｓａｎｄｍｕｌｔｉ―ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｍｏｄｅｌ，ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｆｉｒｓｔｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｗａｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅａｎｔｅｎｎａ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｏｎａｂｒｕｐｔｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅｎｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｓｌｏｗｓ ｄｏｗｎ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｂａｓｅｄｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｖａｌｕｅａｎｄ ｔｈｅａｃｔｕａｌ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ，ｉｔ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｗａｖｅＣａｎｂｅ ｄｒａｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆａｎｔｅｎｎａ Ｃａｎｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ，Ｔｈｅｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ，ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｂｉｇｇｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｑｕｉｃｋｅｒ Ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ，ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄＩＩＡＢＳＦＲＡＣＩｓ仃ｅｎｇｔｈ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｓｌｏｗｌｙ．Ｂｅｓｉｄｅｓ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｅｎｔｓｎｅａｒｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｗａｖｅ，ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｄｂｙｔｈｅ ＨｉｇｈＯｒｄｅｒ Ｈａｒｍｏｎｉｃｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｄｅｄｕｃｅｄ ｂｙｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ＴＶ ｐｒｏｇｒａｍｓ ａｔ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｒｅｓｔｒａｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｏｔｌｒｃｅ，ｐｉｐｅｌｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ．ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａｓ，ｓｈｏｒｔ―ｗａｖｅａｎｔｅｎｎａｓａｔ ｔｈｅ ｓａｎｌｅｐｈａｓｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａｓ ｆｏｒｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｍａｌｌａｎｄｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｈａｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｂｒｏｕｇｈｔ ａｂｏｕｔ ｂｙ ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｒｏｕｎｄ ｔｈｅａｎｔｅｎｎａｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｃｅｍｅｄ ａｂｏｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｒｅａ ｉｎ ｌｉｆｅ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｒａｄｉａｔｉｏｎ；Ａｎｔｅｎｎａ；Ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ；Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＩＩＩ独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：盔１ ２ １１：篁：日期：２．丛‘直垒毋关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：至！！！！．。里２导师签名ｊ耻隰～毕臼第１章绪论１．１课题背景众所周知，随着现代信息科学技术的发展，天线作为一个有效的信息传播媒 介，正越来越受到人们的关注，成为我们生活环境中不可或缺的重要组成部分。 天线是无线电通信系统的重要组成部分，它随着无线电通信技术的发明、发 展而产生和发展起来【【１。它在无线电中的作用是有效地发射或接收电磁波。在发 射端，天线把高频电流形式的能量转变成同频率的无线电波的能量向空间辐射出 去。在接收端，天线又把空间的无线电波能量转变成同频率的高频电流能量，传 送给接收设备。实现无线电通信的目的。天线的应用正使人们的生活发生翻天覆 地的变化。从繁华的都市，到边远的乡村；从偏僻的山区，到辽阔的草原：从与 生活息息相关的电视、收音机，手机等，到远洋通信、航空航天；人们都可以感受到天线熟悉的身影。 但是，科学技术的发展永远是一柄双刃剑。一方面，各种天线的广泛应用使我们真正进入了一个信息便捷的时代；另一方面，人们在充分享受天线带来的方 便舒适的同时，天线在工作过程中产生的电磁辐射问题也越来越引起人们的关 注。早在上世纪七十年代，联合国人类环境会议就己将电磁辐射列为国际环保重点项目之一，定为必须抑制的公害【２￣３１。电磁辐射污染己成为继水、气、声、固 体废气物之后又一新的环境污染源。１９７５年专家学者就曾预言，随着城市经济 发展和人口增长，电子、通信、计算机、汽车与电气设备大量进入家庭，城市空间人为电磁能量每年增长７％～１４％，也就是说５０年后最高可增加７００倍【４】。因此，天线作为电磁辐射的一个典型辐射源，其产生的电磁辐射影响越来越引起人 们的高度关注。研究表明，天线在工作的过程中会向周围空间发射电磁波，对周围环境产生 一定的电磁环境影响。其电磁辐射会干扰通讯从而造成通讯障碍，对通讯质量产生影响【５ｌ；同时，电磁辐射对人体的健康也有一定的影响，如记忆力衰退、失眠、多梦、脱发、头昏等症状ｔ删。根据文献报道，电磁辐射危害人体健康的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等【９～ｏｌ。 随着人们对环境问题的关注日益加强，天线对周围环境的电磁辐射影响正越北京工业大学硕士学位论文来越引起人们的关注，成为一个不可回避的问题。我国早期对天线电磁辐射的影 响主要从天线设计和传播信号的角度考虑，关注天线在传播过程中的信号衰减，而对环保领域所关心的天线周围电磁场的分布规律以及由此产生的电磁环境问题研究很少，因此，研究天线周围的电磁环境影响，把握天线电磁场的分布规律， 使其更好地服务于城市规划，保护人民身体健康，提高生活质量等均有现实意义。１．２天线概况１．２，１天线的基本工作原理天线是用来发射或接收无线电波的装置，它和无线电波的传播有着十分密切 的关系，在无线电波的传播过程中起至关重要的作用。作为一种能量转换器，它 一方面可以将传输线送来的导行波的能量转换成向空间传播的电磁波的能量，另 一方面可以接收空间电磁波的能量转换成导行波的能量经传输线送到接收机ｌ“】。 天线作为辐射电磁波的辐射体，在辐射电磁波时必须具备两个条件： （１）输入到天线上的电流源频率必须高。只有高频率的电流才能产生高速 变化的电场，才能使天线的周围和空间形成强大的位移电流。这个位移电流又使 其周围产生出很强的磁场，这个磁场随时间变化，又在其周围产生出变化的电场， 即位移电流，并且在空间互相向前推进，从而形成向空间传播的电磁波。在～定 的场强下，波源频率越高，位移电流越强，辐射的能量也越多，而静态场不变化， 频率为零，不会产生辐射。 （２）天线的结构：并不是任何带电的物件都可以产生和辐射电磁波，要使波源的能量有效地从辐射体辐射出去，脱离辐射体，就必须使这个辐射体的结构 成为一个带电的开放系统，即将这个辐射体按照电磁场理论与特性做成耦合形、开放形传导结构。 天线一般既可以做发射天线，也可以做接收天线，满足天线的互易原理。 现在，随着计算机模拟性能和质量的提高以及高性能计算机的发展，天线的 设计也发生了很大变化，我们可以用计算机模型来分析复杂结构【ｌ引。比如用多目 标逼近法对线性天线排列进行设计【ｂ】，用最优化方法对超高频卫星天线进行优化设计１１４１和用ＦＤＴＤ法对天线设计建模㈣等。使天线的性能更加符合实际的需要。１．２，２天线的分类天线的结构是决定能否辐射无线电波的主要条件之一，多年来，科学家们为了更好地、有效地、高质量的发射和接收各种有用的无线电波，将天线系统不断 的发展和创新。根据天线的工作原理和实用范围可以将天线的种类归纳为以下几种【ｎ１：（１）从天线的工作性质上划分，天线可分为两大类：即发射天线系统和接收天线系统。 （２）从天线的用途上划分，可分为：通信天线（电讯部门使用的）、广播电视天线（广电部门使用的）、雷达天线（军事、气象部门使用）。 （３）从天线传播无线电波的频段上来划分，可分为：长波天线、中波天线、 短波大线（米波天线），电视、调频天线（分米波天线）、微波天线（厘米波、毫米波天线）、卫星天线等等。 （４）从高频电流在天线中的工作状态来划分，可分为行波天线、驻波天线。（５）从天线转化电磁波的状态来划分，可分为水平极化天线、垂直极化天线、圆极化天线。 （６）从天线的几何形状来划分，总体上可分为两大类：一类是线形天线。如 直立式桅杆天线；带顶负荷的拉线式直立天线；带有垂直导线的直立天线；带反射幕的同相水平天线；带反射板的各种偶极子天线：还有笼形天线、角笼天线、 分支笼天线、角锥形、环形、菱形、螺旋形天线；有多单元折合振子天线以及蝙 蝠翼天线、对数周期天线、多模多馈式天线、隙缝天线等等。另一类是面式天线。 如：喇叭形天线、抛物面天线、平反射面天线、双曲发射面天线（单功能和多功 能卫星接收天线），雷达天线、潜望镜天线、介质棒天线、微带天线、ＭＭＤＳ天线（多功能微波传输天线）等。１．２．３天线的主要特性参数天线的形式和种类很多，不同种类的天线，其电气特性也不一样。随着天线 主要特性参数的不同，天线在周围空间产生的电磁场也不一样。因此，为了更好 地反映天线在工作过程中的电磁场辐射特性，必须首先明确天线的主要技术参北京工业大学硕士学位论文数。天线的主要技术参数包括： （１）方向图 天线辐射的电波能量在空间各方向的分布通常是不均勺的，就是说，天线的 辐射有方向性，为此，可用一个天线方向图来形象的表示该天线的方向特性，通 常方向图是指天线在等距离的各点上产生的场强随空间方向（ｅ、‘ｐ）变化的图形， 即场强方向图。方向图是一空间立体模型，为了表示方便，通常将其分解为水平 面方向图（与地平面平行）和垂直方向图（与地平面垂直）。方向图都是归一化 的，可以用极坐标或直角坐标表示。 （２）极化 极化是天线的一个重要特性，在实际选用天线时往往要对其极化提出要求， 用什么极化的天线，也就是要求它辐射什么极化的无线电波，之所以要选用不同 的极化波，是因为电波传播的特性与其极化形式有关。而电磁波的极化是指它的 电场矢量端点的运动轨迹的形状、取向和旋转方向。电场共有三种极化形式：线 极化、圆极化、椭圆极化。沿电波传播方向看去，电场矢量随时间做顺时针旋转 的是右旋圆极化，做反时针旋转的是左旋圆极化。 （３）方向系数（Ｄ） 方向系数是用一个数字定量地表示天线辐射电磁能量的集束程度，也是描述 天线方向特性的一个参数，其定义是：在天线最大辐射方向上某一点的功率密度 （或场强平方）与总辐射功率相同的各向同性天线（均勺辐射）在同一距离处的功率密度／（或场强平方）２＿ｔｔＢｌＪ：Ｄ：瓯必卢蹭，盱（倍数）。（４）天线效率天线效率即辐射效率，它是天线辐射的功率（只）与输入功率（ｎ）之比的百分数，用来衡量发射天线将高频电流转换为无线电波能量的有效程度。 ｎｆ Ｐｄ Ｐ＾Ｘ１００％＝Ｐｇ吁寸ＰＬ）ｘ１００％Ｐ广损耗功率（５）天线增益（Ｇ） 天线的增益也称增益系数，是指天线的方向系数（Ｄ）与天线效率（¨＞的 乘积，即：Ｇ窖ＤｒｌＡ，其定义是被研究的天线在最大辐射方向某点处辐射的功率 密度与具有相同输入功率而天线本身无损耗的点源天线在同一点辐射的功率密第１章绪论度之比。增益系数常用分贝表示。即：Ｇ（ｄ８）＝１０１９Ｇ 通常讲，天线的增益，都是指相对增益，我们常用增益容易计算的天线或常 用的天线做参考天线，常用无耗半波振子作参考天线，因为半波振子的方向系数 已知为Ｄ＝Ｉ．６４，其理想的点源（无耗均匀辐射器）的增益定为Ｇ＝Ｉ（为无方向性 天线）。 （６）天线的输入阻抗（乙）天线的输入阻抗是在天线输入端呈现的阻抗。即（天线的输入电压与输入电流之比）称为输人阻抗。它通常是复数的形式，即有电阻成分；也有电抗成分。 ｚｆＲ＋扛。天线的输入阻抗决定于天线本身的结构形式、几何尺寸、馈电点的位置、工作频率以及周围环境（如地面、雨雪、其它天线或建筑物等）的影响等诸多因素。 天线输入阻抗是天线设计与应用中最为关注的一个电器参数。１．３天线电磁辐射特性（１）天线电磁波传播模式 无线广播在传播过程中因传播的波长不同而采用不同的传播方式。其中主要 分为地波传播、天波传播和直接传播。其传播模式如图１―１所示。地波传播是指电波沿着地球表面传播，叫地面波或地波。无线电广播中的中波就是主要靠地面 传播的。图１－１无线广播信号传播模式Ｆｉｇ．１－１ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅ ｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｉｇｎａｌ北京工业丈学硕士学位论文天波传播是指电波发射到空中，通过电离层的反射折回地面进行传播，这种 传播方式叫天波传播。短波主要就是靠天波传播的。 直接传播（又称空间波传播）是指无线电波经她面上空的介质层，由发射台直接到接收机的传播方式叫直接传播。电视广播、超短波调频广播一般采用直接传播。 （２）辐射场区的划分 电磁辐射源产生的交变电磁场可分为性质不同的两个部分，其中一部分电磁 场能量在辐射源周围空间及辐射源之间周期性地来回流动，不向外发射，称为感应场；另一部分电磁场能量脱离辐射体，以电磁波的形式向外发射，称为辐射场。一般情况下，电磁辐射场根据感应场和辐射场的不同而区分为远区场（感应 场）和近区场（辐射场）。由于远场和近场的划分相对复杂，要具体根据不同的｛工作环境和测量目的进行划分，一般而言，以场源为中心，当，＜＜二一时称为近２ａ＂，区场，也可称为感应场；以场源为中心，当，＞＞÷时称为远区场，也可称为辐二万射场。 （３）天线方向性和场形 天线的方向性是指天线辐射场强的大小随方向而改变的特性。发射天线的作 用是把高频电流变成发散的电磁波。为了能有效地利用电磁波的能量，有时希望 天线将它的能量集中地向一定方向辐射。不同的工作要求天线有不同的方向性， 例如有时要求天线在某个平面方向性强，而另一个平面则要求方向性弱。所以在 实际工作中对天线的方向性是有选择的。绝对无方向的天线是不存在的。因此在 天线环境影响分析过程中～般需要根据天线的方向性来确定天线产生的电磁场 在空间的分布。１．４数值模拟技术的应用随着计算机硬件和软件技术的飞速发展以及计算数学、有限元分析理论的发 展，数值模拟技术以其低成本、高效率的优点越来越为广大科技工作者所接受。 近年来，数值模拟技术得到了迅猛的发展，已应用到国民经济各个领域【旧。数值 模拟技术的优越性是，成本低、周期短‘＂】。数值模拟技术的真正应用始于２０第１蕈绪论世纪６０年代末至７０年代初，在这段时间出现的大型通用有限元分析程序以其功能强大、用户使用方便、计算结果可靠、效率高而逐渐成为工程技术人员和科研 人员强有力的分析工具。大型通用有限元分析软件的使用避免了低水平的重复，提高了效率，它们在解决具体问题时，各有特色【１８】。比如ＡＮＳＹＳ软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，在电磁场的模拟分析 中也得到了越来越广泛的应用。现在对电磁辐射计算的方法主要有有等效电荷法 【１９，２０１、矩量法【２ｌ】、有限元法㈤、有限差分法【２３】、Ｈａｔａ模型及Ｏｋｕｍｕｒａ－Ｈａｔａ模型法【２４噜。对不同的天线应采用不同的方法，建立合适的理论模型，并进行理论计算。时域有限差分法（ＦＤＴＤ）由于其易于对复杂形体进行整体建模，所得数学 模型精度较高，近年来己在机载短波天线分析４５，２６―７１、散射与逆散射、电磁兼容、 生物电磁等领域得到了广泛的应用。本文在天线电磁场的计算过程中主要使用 Ｍａｔｌａｂ等数值模拟软件实现对天线电磁场的数值模拟分析。１．５国内外研究现状国外对天线电磁辐射的环境影响分析研究起步较早，美国、西德、日本、英 国等发达国家，早在上世纪３０年代就制定了电磁辐射的安全卫生标准，并以将 电磁辐射的监测与管理纳入了日常的环保管理工作中。国外电磁场理论、电磁兼容与电磁环境学者，越来越多地注意电磁辐射环境的研究。近年来，随着计算机 技术的进一步发展，计算机性能和质量得到了很大提高，数值模拟技术开始广泛 应用于对天线电磁辐射的研究中。国外用数值模拟方法对通信天线之间的电磁辐 射干扰进行了成功模拟【２８１，并且开始应用空间网络方法【２９】和有限差分法㈨对复杂电磁场进行数值模拟，取得很好的效果。同时，对车内天线辐射场【３Ｉ】和城市精 细天线电磁辐射的特性ｐ２】的模拟也取得突破。归结起来，国外在电磁领域的研究归纳起来主要有以下特点： （１）电磁场数值方法的广泛采用：在电磁辐射的研究中，因为被研究对象边界条件（包括几何轮廓）的复杂性以及重点研究近场的问题，使得应用经典的 电磁场理论的解析法建模与分析经常会遇到不可解决的问题，这对电磁辐射的研究的进一步发展提出了严峻的挑战，而随着计算机技术的进一步发展，计算机越 来越普及，其性能也得到了很大的提高，使得利用电磁场数值计算方法对其进行北京工业大学硕七学位论文数值模拟来计算电磁辐射的场分布变得越来越方便，应用也越来越广泛。 （２）对场分布的研究越来越趋于细化：早期对暴露在强电磁辐射环境下的 生物体的场分布大多局限于个体，近年来，对场分布的研究无论是理论计算还是 实验研究都趋向细化，场分布的研究由个体转向局部，由体外转向体内。 （３）越来越重视现场的研究：由于现场实验的结果更接近实际情况，所以 虽然精度较差，但国内外学者仍不乏应用： （４）重视与健康直接有关的设备的敏感度的研究：在此方面国外（尤其是 加拿大和美国）十分注重医院的电磁环境监测与评估，并十分重视医疗设备抗干 扰度的研究。 我国的电磁辐射研究起步较晚，但自从改革开放以来，电磁辐射环境的管理 事业也在逐步向前稳定发展、。随着城市的发展与电子技术在国民经济各个领域 中的广泛应用，我国逐渐将电磁污染纳入国家环境保护管理工作中。其发展历程 主要经历了三个阶段。第一阶段为初建期（１９８２．１９８８），主要是着手进行电磁辐 射法规与标准的制定。在考察了以美国为代表的西方国家的电磁辐射防护标准和 以前苏联为代表的东方国家的电磁辐射防护标准后，制定了我国的《电磁辐射防 护规定》（ＧＢ８７０２．８８）。这个规定提出了电磁辐射防护限值。第二阶段为初始期 （１９８９．１９９４），在这一阶段，重点是对全国一些重要城市的电磁辐射分布规律展 开调查，并对污染控制制定相关对策。第三阶段为发展期（１９９５．现在），这一阶 段的工作从电磁辐射防护标准、检测技术规范、管理程序等方面初步完善了我国电磁辐射的法律依据，将全国电磁辐射环境管理纳入较正常轨道。但是，针对天线的电磁辐射问题，早期的国内外研究主要集中于从确保天线 传播信号的角度分析。研究方向主要关注天线远距离传播时电磁场信号的强弱和 分布规律。对天线周围的电磁环境分布研究很少，给环境影响评价工作的进行带 来了不少难题。尤其是针对大功率电台周边的电磁干扰问题，还没有引起科研工 作者的关注。而这些问题的解决却与天线周围居民的正常生活息息相关。因此，从科研角度分析天线周围的电磁场分布规律和电磁场干扰机制具有非常重要的意义。１．６课题研究的意义对天线的电磁辐射进行环境影响分析具有非常重要的意义，它主要体现在以下几个方面：（１）环境管理的需要 我国的电磁辐射环境管理事业还属于发展阶段，尤其是天线电磁辐射环境影 响分析的研究才刚刚起步，没有形成一个真正的数据体系，给管理带来了很多不 便。因此，对天线的电磁辐射分布规律进行理论推导，数值模拟其可能的分布规 律，在实际测量中验证后开发相关天线电磁辐射环境仿真软件，对电磁环境管理事业的进一步发展具有非常重要的意义。 （２）改善居民生活环境的需要众所周知，随着人类生存环境中电磁辐射的不断增强，由此产生的危害也日 益严重。电磁辐射污染已成为继水、气、声、固体废气物之后又一新的环境污染 源。而中短波电台和移动通信基站天线都是以电磁波的形式向外传送信号，它们 在工作的过程中会在周围空间形成一定的电磁场。这就使很多居民生活在天线电磁场的辐射之下，给天线周围的居民生活和工作带来了一定影响。因此，对天线周围的电磁环境进行检测分析，寻找其在具体环境中电磁场的分布规律，避免民 众生活在电磁场严重超标的有害区，具有非常重要的意义。同时，这也是关心民众，建立和谐社会的体现。 （３）给新天线设计提供环保参考早期的天线在设计时对环境的关注较少，考虑的主要是中短波天线的发射功 率，以尽可能满足通信的需要。在环境评估分析时的主要目的是让居民迁出环境 敏感点，以减小辐射对居民身体和生活可能造成的损害。但是，随着现代经济的发展和实际需要，很多天线发射台在建立时周围就有很多居民居住，而大规模的 拆迁一直是城市规划中一个令人头疼的问题，因此，如何在保证发射功率的同时 把辐射有害区域的范围减到最小，也是天线设计者必须考虑的问题。所以，对天 线周围的电磁辐射进行数值模拟，找出电磁场的分布规律，对新天线的设计和发 射台的建造都有很好的参考价值。（４）“北京地区典型辐射源调查分析”的重要组成部分 本课题研究对象是北京市自然科学基金重点项目“北京地区典型辐射源调查北京工业大学硕士学位论文分析”的重要组成部分。对人类造成危害的电磁辐射污染按其产生的原因可分为 天然产生和人为产生两大类。天然的电磁辐射污染源是由某些自然现象所引起 的，如太阳风暴、雷电、火山喷发等。人为产生的电磁辐射现象包括了人类制造的所有电器和电子设备。按人为制造的系统大致可分为广播电视类、通讯发射类、工科医类、交通系统类、高压电力类等五大类。 （５）给电磁环境管理提供参考因为北京市的电磁环境在国内具有典型性和代表性，所以本课题的研究成果 不仅能服务于北京的城市建设，同时还对其它城市的电磁辐射管理具有一定的指导意义。总之，本课题是北京地区电磁环境现状分析研究的组成部分，是城市可持续发展的需要，对城市空域电磁辐射环境规划和保护具有现实意义和深远的影响。１．７研究内容及方法本课题是北京市自然科学基金重点项目“北京地区典型辐射源调查分析”的 重要组成部分。从环保的角度分析天线电磁辐射对周围环境的影响。其主要研究内容包括：（１）分析中波广播天线的特点，选取北京地区某双频共塔中波天线作为研 究对象，通过数值模拟和实际监测两种方法分析其工作于单塔单频、双频共塔、 双塔四频等工作模式时的电磁场分布规律： （２）分析短波广播天线的特点，选取北京市某短波电台作为研究对象，通 过数值模拟和实际检测两种方法分析其环境电磁场的分布规律，并结合实际分析 对短波电台环境电磁场分布产生影响的因素； （３）分析移动通信基站的电磁辐射特点，选取北京市移动通信基站的典型 辐射源作为研究对象，通过数值模拟和实际监测两种方法分析其环境电磁场的分布规律；（４）针对大功率短波电台等信号发射天线在工作过程中产生的电磁辐射干 扰，分析了其电磁干扰机制、原理和相应的应对措施。第２章中波天线电磁环境影响分析２．１中波概述２．１．１中波广播简介中波广播的频率范围为５２６，５～１６０６．５ｋＨｚ，频道间隔为９ ｋＨｚ。从标称载频５３ｌｋＨｚ到１６０２ ｋＨｚ为止，共有１２０个频道。根据电波传播特性，中波以天波和地波两种方式传播，其传播模式如图２－１所示。其中，地波场强十分稳定；天波传播和电离层的情况有关，在白天受电离层最低的Ｄ层的强烈吸收，场强不稳 定，接收的节目信号一般是通过地波传播的。天波在夜间Ｄ层消失时才会经Ｅ 层反射回地面，所以只有在晚上人们才可以听到许多边远省市甚至外国的中波广 播信号。因为地面波传播采用的是垂直极化波，所以中波广播发射天线都使用垂 直铁塔天线。根据地波传播曲线所得到的计算值和实测值十分接近。甚至可以采 用‘地波衰减法’，以实测场强和距离反推出传播途径地面的地导系数。图２－１中波信号传播模式Ｆｉｇ．２－１ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅ ｏｆｍｅｄｉｕｍ?ｗａｖｅ ｓｉｇｎａｌ我国中波广播网的技术政策是：中波广播采取大、中、小功率相结合以中、 下功率为主，地波覆盖，同步广播，以改善和提高中波广播的质量。 近年来，随着世界无线电、电子科学的进一步发展，中波无线电在广播与通 信领域得到越来越广泛的应用。中波天线系统也由原来简单的线形天线，逐步发北京工业大学硕士学位论文展到拉线塔、并馈式自立铁塔等各种类型天线。现在，为了降低工程造价，集中有限的资金，获得更好的发射效果，双频共塔技术也开始应用于中波广播与通信领域删。但是，随着各种中波天线的广泛使用，它们在工作过程中产生的电磁环境影 响问题也越来越引起人们的关注。因此，分析中波天线工作时的电场分布规律具 有非常重要的意义。为了研究这～问题，本章以北京市郊区某中波电台为研究对 象，建立模型模拟了中波天线工作时周围环境的电场强度分布规律，进而分析出 天线工作于双频共塔模式时的场强分布规律。同时对天线周围电场进行了现场测量分析。２．１．２中波天线类型在中波天线的家族中常见的有ｒ、Ｔ形天线、拉线塔和并馈式自立铁塔。 ｒ、Ｔ形天线实际上是一种加顶天线。对于小功率电台，建＾／２塔天线投资 较大，资金困难，因而采用加顶的办法提高天线的辐射效率。也有伞形天线，但 由于伞形天线的斜线过长会影响天线的辐射场形。实际很少使用。 中波广播天线绝大多数采用拉线塔，高度为Ｏ．２５一Ｏ．５倍波长，辐射垂直极化 波。发射塔分为单塔形式、双塔形式、四塔形式和八塔形式。单塔形式其水平面 辐射是全向的，即朝所有方向发射电波。双塔形式为弱定向，四塔和八塔形式为强定向。单塔中波天线就是一根有拉绳的铁塔，底部绝缘，从机房来的馈线，经调配 室或调配箱后和铁塔底部相接。其大致分布如图２―２所示。 双塔中波天线由两座高度相同的铁塔相隔一定距离组成，两塔可同时馈电，也可以仅对一塔馈电，另一塔是无源塔，通常用得最多的还是一塔馈电，另一塔作无源反射塔。与单塔天线不同的是，双塔天线在水平面内的场强具有方向性，最大的场强在天线的正前方。将双塔中波天线视为由一个发射塔和一个反射塔组成的辐射单元，则四塔中 波天线就是由两个辐射单元组成的直线阵，八塔中波天线就是由四个辐射单元构 成的直线阵。八塔天线是为了提高天线增益丽用八个完全相同的振子组成的天线 阵，其中四个为发射塔，四个为反射塔。第２章中波天线电磁环境影响分析图２－２单塔天线布置示意图Ｆｉｇ．２－２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐｉｃｔｕｒｅ ｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｔｏｗｅｒ ｍｅｄｉｕｍ―ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ并馈式自立铁塔中波天线具有诸多优势：取消底座绝缘、铁塔直流接地、有利于发射系统的防雷；可以承受大功率：可多频工作；可在其上安装ＦＭ、Ｔｖ 天线等。它所采用的支持结构就是普通的自立铁塔。塔体截面可以是正三边形，也可以是正四边形，还可以根据不同需要设计成其他的正多边形。与普通的自立铁塔不同的是，在铁塔周围分布着若干根导线，导线的上端与铁塔上的平台相连，导线的下端汇聚于铁塔底部中心，并在此对铁塔馈电。与其他中波天线一样，铁 塔下面也需敷设地网。２．１．３中波天线辐射场特性单塔中波天线不是一根细导线，其截面也不是完全均匀的，因此铁塔表面的 电流分布和细导线表面的电流分布不一样，和正弦分布的假定也有很大出入，尤其是波节附近的电流相差更大。单塔天线的辐射场强是天线上各段电流的辐射场 强的矢量和，主要由波腹附近的电流起作用，其他部分电流的影响较小，所以辐 射方向图和垂直细振子的方向图相同，即水平面方向图为圆。输入阻抗则对电流分布很敏感，不能用正弦分布的假定。但电流分布的计算很繁复，它又和馈电点 周围的情况有关，所以一般对定型的铁塔在架设完毕后进行实际测量，取得以波 长计的铁塔机械高度Ｉ－Ｉ／九输入阻抗曲线，工程中设计匹配网络之用。北京工业大学硕士学位论文对于中波天线，并不是单纯追求地波辐射最强，因为还要考虑高仰角辐射的 天波引起的衰落区的远近和弊多利少的天波服务问题。实践证明，天线的高度等于Ｏ．５３九，地波覆盖最远。２．２中波天线电场强度理论计算２．２．１理论计算模型的建立中波发射天线的主要形式是垂直振子。根据电磁场理论的基础知识ｆ３鲫，可以把单塔中波天线看成由很多电基本振子所组成。中波发射天线产生的电磁场为所 有电基本振子产生的电磁场的矢量叠加。（１）不考虑大地影响时的电场强度 取天线地面投影的几何中心为原点，大地为ｘｏｙ平面，ｘ轴向为正东，Ｙ轴 向为正北，ｚ轴向为垂直向上，建立如图２－３所示坐标系：ＪｈｄｚＯ一“蛾么一，一一声一－－一－＇－Ｊ图２－３中波天线理论计算模型蛐．ｚ０）Ｐ‘一Ｆｉｇ．２－３ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆＭｅｄｉｕｍ?ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ线元出坐标为（０，０，ｚ），矢径ｉ＝ｘ０２＋Ｙｏ歹＋（ｚｏ―ｚ）ｉ ，２＝ｄ２＋（ｚｏ―ｚ）２ｓｉｎ０＝ｄ｜ｒ：：！！：：。一：，！篓：茎三堡茎彗皇堡圣丝耋堡！竺，！。：，：！：ｃｏｓｔ？＝（ｚｏ―ｚ）ｌｒ，ｄ＝Ｘｏｆ＋ｙ。多 ｉ：ｊｃｏｓ０＋孑ｓｉｎ毋：兰生王＋！生歹＋（ｚｏ－ｚ）， ， ｒ由于百与尹垂直，所以万＝一ｉ＇ｓｉｎＯ＋ｄｃｏｓＯ＝三譬‰孑＋军＿ｙ。歹＋（一鱼）ｉａｒ‘Ｉｒ，电基本振子的电场强度表达式：饵＝去厶ｓｉｎｋ（ｆ＿…）ｃｏｓ研砉一∥Ｊ 码＝４ｘ－－三６ Ｉ．，ｓｉｎｋ（Ｈ卸ｓｉｎ目【等＋砉一乒ｐ呐出ｖ－＇ｒ出ｑ兀∞￡ｒ‘ ｒ‘ ｒｒ‘ｒ。考虑塔形中波天线的近场，对各个线元的电场强度进行矢量积分，得到：Ｅ＝肛，＝ｉ净去删ｎ州七Ｄｃ。ｓ口ｃ砉一争吵出＋歹詹三４７９ｆＤｏ。小砒（卜…）ｃ。ｓ臼唔一争帕出：ｒｒ‘ ｒ’忆。ｚｏ＿…－ｚ．２磊“ｎ即巾Ｄｃ。ｓ曰专一争呐出（２－１）瓦＝胁＝寸≯。－。－－删Ｌ１１。ｓｉｎｋ（…）Ｓｉｎ口［等＋砉一≯归出＋歹？之≯。４－－－去Ｉｍ ｓｉｎｗ巾吣砌ｃ等专一争步出 ＋ｊ聘）去小姒（ｆ＿…）ｓｉ叫等＋砉一≯归出（２＿ｚ）式中：Ｅ，一为电场强度的ｒ方向分量；岛一为电场强度的口方向分量； ，一为审流幅信：北京工业大学硕士学位论文１ｋ一为波数，等于旦；Ｚ石ｓ一自由空间介电常数； 』一为天线单臂长。（２）考虑大地对塔形中波天线的影响 塔形中波天线对于大地的镜像的Ｚ坐标为（－ｈ，０） 线元出坐标为（０，０，ｚ），矢径Ｒｐｌｍ一．】一／Ｙ／７／，目／。，―＞｜，，图２．４中波天线理论计算模型Ｆｉｇ．２－４ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆＭｅｄｉｕｍ－ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ，２ＸｏＸ＋ＹｏＹ＋（ｚｏ―ｚ）ｚ，２＝ｄ２＋（气一ｚ）２ ｄ２＝工。２＋儿２ｓｉｎｅ＝ｄｌｒｃｏｓｆ９＝（％一ｚ）／ｒ 孑＝Ｘｏｆ＋ｙｏ歹ｉ：；ｃ。ｓ臼＋孑ｓｉｎ目：鱼ｉ＋ｙｏ）＋！！！＝尘三由于万与尹垂直，所以百＝一ｊ＇ｓｉｎＳ＋ｄｃｏｓ８＝竿ｘｏｆ＋竽ｙｏ）＋（一生）孑∥ａｒｒ。：！一，。，，！一，篓：耋墼型皇璧型塑竺：，。：一一，一！，。＾．＝―――――――――――――――１＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝一（￡，一ｊ６０１ｃｒ）ｓｉｎＡ一√（￡，一ｊ６０１ｗ）一ｅｏｓ２△（ｓ，一ｊ６０１ｃｒ）ｓｉｎ＋√（ｇ，一ｊ６０２盯）一ＣＯＳ２△：！兰：二！！！兰堕竺旦二逛』竺丝三墼！（２－３）（Ｆ，一ｊ６０１盯）ｃｏｓ０＋√（占，一ｊ６０１盯）一ｓｉｎ２护（△＝三一口）对于有地网反射的情况，设地网的等效参数：占，＝４，盯＝ｌ（Ｓ／ｍ）， 所以对于不同的线元ｄｚ，其反射系数的计算要做两种情况考虑。镜像产生的电场强度为：Ｅ＝胎饵＝ｉ－恤ｈ ｒ三４ｍａ￡ＲｐＩ。，ｓｉｎｋ（ｆ－｜邳ｃ。ｓ占专一乒Ｆ步老＋歹≯去ＲｐＩ，．ｓｉｎｋｐ…№卿砉一≯归出＋三一。ｚ。…。一Ｒｐｌ，．ｓｉｎｋ（ｆ－ｌ如ｃ。ｓ研专一乒扩归出 瓦＝弘，弛＝ｉｆ豸毛。斗～１－－－ＬＲ．．Ｉ．，ｓｉｎｋ（ｆ一…）ｓ血研等＋砉一吾扩归出（２＿４）＋歹ｊ乏≯。去彤≯嘣…Ⅻｎ目等专一≯归出 ＋孑”ｄ）…ｌ－土Ｒｅｌ，．ｓｉｎｋ（ｆ－…）ｓｉ州等＋砉一≯少螂－５）然后对上述电场强度的ｘ，ｙ，ｚ分量分别求和后得Ｅ，Ｅ，，Ｅ：，则该处塔形中Ｅ＝蕊飞磊殛（２―６）（３）塔形中波天线上电流幅值的计算 设塔形中波天线工作于远区场，由于电场强度与电流幅值有关，那么通过 电场强度所求得的辐射功率也与电流幅值有关，所以可以利用辐射功率的值反推电流幅值。北京工业大学硕士学位论文线元出在远区的辐射场为：ｄＥｅ：，！！竺！！翌！垡二目！丝ｓｉｎ臼ｅ一归，＾＝／――！―≥卫巾二％＾（２―７）考虑大地影响的塔形中波夭线在远区的电场强度为：Ｅａ：ｉＩ，―６０―７ｒｌ―ｓ―ｉｎ了ｋ（―ｌ－一１２１）ｓｉｎ良一咖ｅ肛ｃ。ｓ９如＋ｌ，―６０―ｒｒＲ―ｐＩ―，”＿ｓｉｎ－ｋ―（／一－Ｈ）ｓｉｎ＆一慨ｇ止一８应＝厶兰…％．―６０嬲＿『ｉｎｋ（一Ｚ－ｌｚｌ＞ｓ舱删出＋ｏｐ型掣ｓｊｎ良删妨％；ｒｏ＾；＾三＾：尘兰如ｆ其中：（２―８）酬ｊ０，Ｔ６０７ｒｓｉｎｋ（１－］ｚＤ ｓ－ｎ伊‰少。华ｓｉｎｏｅ只＝芝丽１％ＪｎⅫｅｄｚ）（２－，）利用波印廷矢量法得出中波天线的辐射功率为：２７，』２易ｌＺｒｏ：ｓｉｎ锹甜ｐ＝志Ｌ２》如ｒ１２，。＝ｓｉｎ倒ｐ（ｚ一，。）（２―１１）式中：只一为中波天线辐射功率； 玩一为电场强度的目方向分量 ，。一为电流幅值 五一为波长；☆一为波数，等于三：２ａ＂，一为天线单臂长。 由于天线实际工作电流幅值与设计电流幅值有一定差别，所以直接将设计所 给的电流值代入上式计算的场强值误差较大。对于己投入运行的天线，可通过实，！一一，！兰丝茎堡丝至篓塑坌堑一：一一！一一：测场强反推出天线的实际工作电流，使得计算的场强更为精确。在实际运用时可以在天线前方选取一定数量的典型点测量其场强，通过测量点的场强值可以拟合 出实际电流，最终可以代入公式求出天线周围的电场强度分布规律。２．２，２单塔单频工作模式中波天线场强计算根据上面的理论计算模型，可以模拟中波天线工作时的场强分布规律，对拟建电台周围的电场强度进行合理的预测。下面选择北京市郊区某拟建双频共塔中波电台作为研究对象。分析该电台工作于单塔单频、双频共塔、多塔多频等模式 时的场强分布规律。为了节省有限的电台空间，该电台建设两座中波发射塔，采 用双频共塔工作模式，塔高为１５０ｍ，两塔相距为２００ｍ，工作高峰期四个频段同 时工作，某个频段的发射功率为１０ｋＷ。善冠魈露掣与中波塔距离（ｍ）图２－５ １．８ｍ高处０ ９ＭＨｚ单塔单频中波天线电场强度随距离变化曲线Ｆｉｇ．２－５ Ｃｕｒｖｅｏｎｅｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ－ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆＳｉｎｇｌｅ ｔｏｗｅｒ ｗｉｔｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｔ０．９ＭＨｚｍｅｄｉｕｍ－ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ当天线工作于单塔单频模式时，取大地为北京地区土壤的典型值北京工业大学硕士学位论文Ｆ，＝４，盯＝０．０２５（Ｓ／ｍ），塔高为１５０ｍ，即可模拟预测中波天线周围电场强度随 水平距离的分布规律。此时，设地网的等效参数：Ｆ，＝４，盯＝ｌ（Ｓｌｍ）。中波天线 工作于单塔单频工作模式时，工作频率为０．９ＭＨｚ，工作功率为１０ｋＷ，它在１．Ｓｉｎ 高度时的电场强度在１０００ｍ范围内随水平距离的分布规律如图２．５所示。 从图２．５可知，当单塔单频工作时，由于中波天线发射功率才为１０ｋＷ，电 场强度在Ｏ～ｌＯＯｍ范围内迅速衰减，在１５ｍ处就开始小于４０Ｖ／ｍ的国家标准限 值，在５００ｍ时电场强度衰减到３Ｖ／ｍ以下，在１０００ｍ时场强衰减到１．５Ｖ／ｍ以 下，远远小于国家标准限值的要求。说明当单塔单频工作时，由于天线的功率比 较小，随着距离的增加，场强值越来越小，到电台围墙以外时变得很低，但场强 衰减速度随着距离的增加变得越来越缓慢。２．２．３双频共塔工作模式中波天线场强计算善近疆 蠼 脚与中波塔距离（ｍ）图２－６ １．Ｓｍ高处Ｏ．９ＭＨｚ和１．０ＭＨｚ双频共塔中波天线电场强度随水平距离的变化曲线Ｆｉｇ，２．－６ Ｃｕｒｖｅｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ－ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆＳｉｎｇｌｅ ｔｏｗｅｌ＇ｗｉｔｈｔｗｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ａｔＯ．９ＭＨｚａｎｄ １．０ＭＨｚｍｅｄｉｕｍ―ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ第２章中波天线电磁环境影响分析双频共塔工作模式天线两个频率同时工作时，天线总功率为２０ｋＷ，其综合 场强值可以看成各单塔天线产生电场强度能量的叠加，可用如下公式计算㈣：Ｅ＝√巨２＋岛２（２―１２）取大地为北京地区土壤的典型值：Ｆ，：４，盯＝Ｏ．０２５（Ｓ／ｍ），塔高为１５０ｍ，工作频率为Ｏ，９ＭＨｚ和１．０ＭＨｚ。当天线工作于双频共塔工作模式时，在１．８ｍ高 度处中波天线周围电场强度在１０００ｍ范围内随水平距离的分布规律如图２－６所示。 从图２－６可知，当中波天线工作于双频共塔工作模式时，和单塔单频一样，电场强度在０～１００ｍ范围内迅速衰减，在２０ｍ时就开始小于４０Ｖ／ｍ的国家标准 限值，但电场强度值比单塔单频工作时要大。在５００ｍ时电场强度衰减到５Ｖ／ｍ 左右，在１０００ｍ时场强衰减到３Ｖ／ｍ以下，远远小于国家标准限值要求。电场强 度的衰减速度也随着距离的增加变得越来越缓慢。２．２．４多塔多频工作模式中波天线场强计算除了简单的单塔中波天线，在实际应用中，为了节省有限的用地，一般天线的架设比较复杂。在保证天线的发射信号不产生相互干扰的情况下，在一个电台 内部时常会架设很多天线。导致周围场强为多塔工作场强能量的叠加。其叠加模式计算公式为【３５】：Ｅ＝（ｎ≥２）（２―１３）比如本文中选择的研究对象采用双频共塔工作模式，塔高为１５０ｍ，两塔相 距为２００ｍ，工作高峰期四个频段同时工作时每个频段的发射功率为１０ｋＷ。此 时天线在１．８ｍ、６ｍ、１８ｍ、２７ｍ等高度的电场强度等值线分布图如图２―７到２．１０： 从图２―７到图２．１０可知：当四个频率同时工作时，场强随着距离的增加呈 阶梯状衰减，在距中波天线１００ｍ左右时场强值迅速衰减到２０Ｖ／ｍ以下，随着距 离的进一步增加，场强值进一步衰减，在４００ｍ左右时减小到约１０Ｖ／ｍ，在８００ｍ左右时衰减到５ Ｖ／ｍ，衰减幅度变得越来越缓慢。同时，从等值线的密集程度可 知，在两塔连线的垂直方向上，等值线最密，说明距天线中心相同距离时在该方北京工业大学硕士学位论文向上场强有最大值。在高度方向上，随着高度的增加，对应距离处的场强值随着高度的增加而逐渐减小。猢 啷 咖 咖 珊 瑚。７‘／●＼―’―、一、、‘严；，Ｘ、、…＼ 。｝／ 如 ＼，●一”一、‘、Ｉ础 枷二≤＼一 、｜、？ｊ ０掣型、ｉｊ／Ｌ，一，产／锄咖》＼０ ２１３０／４００印０戈印０１０００ １２００－ｉ０００－８００－６００－４０１３．２００图２．７ Ｉ．８ｍ高度场强等值线分布图Ｆｉｇ．２－７ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｌｉｎｅ ｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆｍｅｄｉｕｍ－ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ ａｔ １．８ ｍｅｔｅｒｓ’ｈｅｉｇｈｔ狮 咖咖ｊ羊／／鲫伽 瑚。Ｎ＼＼＼／ Ｉ／’ｆＩＩ－Ｉ／，１――～ ？ｓ，１、彻 伽 脚 锄…《、；，７７尘毡’、ｔ’、ｊ＝；！／，；，：／÷ｉｌ 。７；＼…一｛＼ｉ＼ ｋｔｉ，…～匕７／：ｉ｛／ｒ／１０００ １２００＼＼ Ｈ―ｏ寸／０ ２００ ４００一１０００－８００－６００－４００－２００印０８００图２－８ ６ｍ高度场强等值线分布图Ｆｉｇ．２－８ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｌｉｎｅ ｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆｍｅｄｉｕｍ－ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ ａｔ ６ ｍｅｔｅｒｓ’ｈｅｉｇｈｔ．２２．第２章中波天线电磁环境影响分析姗咖 咖咖 伽 狮。／ ／７… ．，一＼＼ｋ／●●●●●●＼／Ｉ／Ｘ》掣。 ／―，√０ ２００ ４００ ６００、一弋ｌ埘 伽 鲫咖ｆ‘弋．ｆ５．黛缸…? 恐…‘ｋ。―∥＼弋 ｈ―～一１０００－８叩－８００―４００?２００８００１∞０１２００图２－９ １８ｍ高度场强等值线分布图Ｆｉｇ．２－９ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｌｉｎｅ ｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆｍｅｄｉｕｍ－ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ ａｔ １８ ｍｅｔｅｒｓ’ｈｅｉｇｈｔ瑚 啪 咖 啪 伽 瑚。》／／Ｘ，ｊｊｉ影～ｆｒ＼：―，――ｊ――一ｉ＼＼气～于ｆ ＼＼ 、／一，≮▲．、｛ ＼ 』 ｝／７～ｊ鞋一…：６――瑚 伽 咖 咖 《｜、嘎０｛ ｔ秽……弋。卜、；：≯ ■／６００弋＼Ｘ≥１０００――一，一１０００－８００―６００．４００―２０００２∞４００８００１２∞图２．１０ ２７ｍ高度场强等值线分布图Ｆｉｇ．２－１０Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｌｉｎｅｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆｍｅｄｉｕｍ－ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａａｔ ２７ｍｅｔｅｒｓ’ｈｅｉｇｈｔ，２３．北京工业大学硕士学位论文２．２．５场强最大方向上场强随高度变化模拟随着城市的发展，许多原建在城市郊区的中波广播电视台被新建的居民小区 所包围。从环境保护的角度考虑，居住在高层的小区居民越来越关注中波天线产 生的电场强度随水平距离的变化。因此，模拟距离天线特定距离处场强随高度的变化具有非常重要的意义。由于上面两塔四频率同时工作时场强最大值方向出现在两塔连线的垂直方向上，所以下面模拟了该方向距中，Ｉｉ，点２５０ｍ、５００ｍ、７５０ｍ、１０００ｍ处场强随高度的变化规律，如图２．１ｌ所示： 从图２．１ｌ场强随高度的变化曲线可知：在该方向距中心点２５０ｍ，５００ｍ、 ７５０ｍ、１０００ｍ处，场强都随高度的增加逐渐减小，但都小于４０Ｖ／ｍ的国家标准 限值要求。在距离中心点２５０ｍ处，地面场强值约为ｌｌｖ／ｍ，而到２００ｍ的高度 时，场强衰减到７Ｖ／ｍ左右，衰减幅度较大。当离中心点距离逐渐变大时，场强随距离的增加而减小，在距中心点５００ｍ处的地面场强约为７Ｖ／ｍ，在此距离２００ｍ高度的场强值为６Ｖ／ｍ左右，场强随高度的变化趋势越来越缓慢。当距中心点距 离达到１０００ｍ时，地面场强约５Ｖ／ｍ，场强随高度的增加依然在减小，但变化幅 度不明显。２０１８―中一距两塔中心２卯ｍ ―Ｅ｝一距两塔中心５００ｍ ―争一距两塔中心７卯ｍ１６十距两塔中心ｌＯＩ］Ｏｒｎ，、１４董，２餐。。露 脚８盈 ０备 。毋可 国移可盼◇缴∞ｖＬｊ移 ０告可 一，一◇可口◇ Ｏ 露Ｏ 玉◇ 臼夸 Ｌ守可 曩夸甲 口◇可 ∞告可∞锵守口◇ ｊ夺可 臼奇可口◇阮蚀９髓奇可口夸 ｆ］◇可Ｕ守 卜守可弼笃［１◇燕～２００口２口４０６０即１叩１２０１４０１６０１８０距地面高度（ｍ） 图２－１】特定距离处场强随高度变化曲线Ｆｉｇ．２－ｌｌ Ｃｕｒｖｅ ０ｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ－ｈｅｉｇｈｔ ｏｆｍｅｄｉｕｍ―ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ ａｔ ｇｉｖｅｎ ｐｌａｃｅ一，，，，：一，，尘三茎』鎏ｉ：：！星璧至篓垩窒坌丝！，，，，，，，！，。，．２．３中波天线电场分布实地监测为了进一步验证上面推导模型的正确性，确定该模型是否可以反映中波天线 周围电磁场的实际分布规律，结合课题组与国家广播电影电视总局关于北京地区 某广播电台改扩建工程电磁环境影响评价的合作项目，我们对该广播电台的电磁环境进行了全面的实地监测，取得了大量中波天线工作时电场分布的实测数据， 给我们进一步的分析研究提供了基础数据。由于与国家广电总局的合作项目属于国家保密工程，所以部分天线参数数据未给出。２．３．１测量仪器采用德国Ｎａｒｄａ公司生产的ＥＭＲ－３００综合场强仪，配有８号电场探头，测 量范围为Ｏ．１ＭＨｚ－３ＧＨｚ，覆盖了中短波发射频段。 仪器的各项性能指标符合《辐射环境保护管理导则．电磁辐射监测仪器和方法》（ＨＪ／Ｔ１０．２―１９９６）的要求［３６］。辅助设备为手持式ＧＰＳ定位仪，在广播电台周 围的开阔地环境，水平定位精度在６ｍ以内。２．３．２测量方案中波天线为全向天线，在实际测量过程中，以天线所处位置为测量起点位置， 在天线工作于不同模式时，在由近到远的直线上测量电场强度的分布规律。在双 塔四个频段同时工作时，由近到远测量了在场强最大方向上的电场强度分布和周围的总体分布规律。除特别说明外，根据《辐射环境保护管理导则一电磁辐射监 测仪器和方法》的要求，测量高度对地面均为１．７～２ｍ。２．３．３测量结果表２一ｌ是单塔单频工作频率为０．９ＭＨｚ，工作功率为１０ｋＷ时，中波天线电 场强度的实地监测数据。表２．２是中波天线工作功率为２０ｋＷ，工作频率为０．９ＭＨｚ和１．０ ＭＨｚ时，工作于双频共塔模式时的电场强度实际监测数据。表２．３是中波天线工作功率为２０ｋＷ，工作频率分别为Ｏ．８ Ｍｎｚ、０．９ ＭＨｚ、１．０ ＭＨｚ和１．１ ＭＨｚ时双塔四个频段同时工作时的电场强度实地监测数据（场强计算高度均为距离地面１．８）。表２－１单塔单频中波天线监测数据Ｔａｂｌｅ ２－１ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ―ｔｏｗｅｒ ｗｉｔｈｏｎｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｅｄｉｕｍ－ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ由表２－１的实测数据可以看出，单塔单频中波天线周围距地面１．８ｍ高处场强随离开天线距离的增加而减小，开始时场强降幅很快，之后变缓，逐渐趋于稳定。树木对地面附近场强衰减有明显作用。表２－２双频共塔中波天线监测数据Ｔａｂｌｅ ２－２ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ ｏｆＳｉｎｇｌｅ－ｔｏｗｅｒ ｗｉｔｈ ｔｗｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｍｅｄｉｕｍ－ｗ＆ｖｅ ａｎｔｅｎｎａ由表２．２的实测数据可以看出，双频共塔中波天线两个频段同时工作时，中波天线周围距地面１．８ｍ高处电场强度也随离开天线距离的增加而减小，开始时场强降幅很快，之后变缓，逐渐趋于稳定。场强值比单塔单频工作时要大。表２－３ 多塔多频中波天线监测数据Ｔａｂｌｅ ２－３ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ ｏｆＭｕｌｔｉ?ｔｏｗｅｌｓ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｍｅｄｉｕｍ??ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ从表２．３的监测结果可知，当多塔多频工作时，场强也随水平距离的增加而逐渐衰减，在两塔连线方向上场强存在最大值。在距天线较近处，场强衰减速度 很快，在较远处，下降的趋势逐渐减缓。一，，，一一兰尘三堡鍪皇璧圣璧丝堑，。！，一，一。，２．４理论计算场强与实测值的比较分析一｛暮雠嚼辑哥 ¨”∞＂”¨＂卸” ¨他＂ｏｏ。： ０ ５０ １００ １５０ ２００ ２５０ ３００距天线水平距离（ｍ） 图２―１２单塔单频中波天线电场强度预测值与实测值对比曲线Ｆｉｇ．２－１２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆｏｎｅｍｅｄｉｕｍ―ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ ｗｏｒｋｅｄ ｉｎ ｏｎｅ ｔｏｗｅｒ ｗｉｔｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｄｅｌ名／Ａ一趔爱辑廿¨牡知鹪”¨竹｛暑博”¨他仲ｏｏ４： ０ ５０ １００ １５０ ２００筋０３００距天线水平距离钿）图２－１３双频共塔中波天线电场强度预测值与实测值对比曲线Ｆｉｇ．２－１３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｃｈｉｖｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ－ｗａｖｅ ａｎｔｅｎｎａ ｗｏｒｋｅｄ ｉｎｏｎｅｔｏｗｅｒ ｗｉｔｈ ｔｗｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｍｏｄｅｌ．２９－北京工业大学硕士学位论文为了验证理论计算模型的准确性，当中波天线工作于单塔单频和双频共塔工 作模式时，选择其实际测量值和理论计算值进行比较，且实际测试时选择的测试 点与理论计算点相同。场强实测值与预测值列于表２．１和表２．２中，实测的场强 值与理论计算值随水平距离的变化曲线如图２．１２到２．１３所示。由图２．１２和２．１３天线场强预测值与实测值的对比分析可知，中波天线工作于单塔单频和双频共塔工作模式时周围电场强度的预测值与实测值总体上吻合 得比较好，在天线的远场区，两条曲线非常接近，误差很小，可以用预测值代替 实测值；在天线的近场区，用理论模型计算的预测值与实际场强相对误差较大， 主要是由于此时辐射的电磁波已不能近似为平面波，用反射系数求镜像的方法误差较大，求得的综合场强也会有较大的误差，天线的场强应以实测为主。２．５本章小结（１）用本章导出的中波天线场强计算模型来预测分析单塔中波天线远场的 电磁环境是可行的，其误差很小，预测值可很好地反映实际场强。在距离较近的 区域，由于此时辐射的电磁波已不能近似为平面波，用反射系数求镜像的方法误差较大，求得的综合场强也会有较大的误差，所以在中波天线的近场区域，应以实际测量为主。 （２）对天线场强的实地测量和理论计算一致显示，在环境保护角度所关心 的距离范围内，单塔中波天线工作于单塔单频和双频共塔工作模式时周围的电场强度都随离开天线距离的增加而减小，开始时场强随距离增加迅速降低，之后下 降速度放缓。（３）当中波天线工作于多塔多频工作模式时，场强随着距离的增加呈阶梯 状衰减，在近距离处衰减速度快，随着距离的进一步增加。场强值衰减幅度变得越来越缓慢。 （４）在距天线特定距离处，场强随高度的增加而逐渐减小。随着距离天线水平距离的增大，电场强度随高度的变化越来越小。第３章短波天线电磁环境影响分析第３章短波天线电磁环境影响分析３．１短波概述３．１．１短波广播简介由于短波广播在跨国界、远距离传输信息时的经济性和有效性等特点，使得它得到了越来越广泛的发展口”。所谓短波广播，就是利用无线电在３～３０ＭＨｚ的频率范围内受到高空中的电离层反射而进行远距离传播的一种广播【３８】。通过电 离层对电波的反射，短波广播可以进行从数百公里的中、近距离到数千公里的远 距离广播和通讯。在长距离的电离层传播中，电波的损耗较大，在传播条件不利 时尤为明显；同时还存在着可用频道不能满足需要的困难，不得不竟相增加有效辐射功率，以期在场强上压倒对方。因此在对外广播和通讯中，天线的功率和增益日益提高，高增益、强功率的发射天线的使用日益增多。我国原有的短波广播天线，大部分是６０年代建成的，基本上都是同相水平 天线，最大的功率等级为１５０ｋＷ，相对功率比较低，对周围环境产生的影响也 较小。但是，随着空中短波频率越来越拥挤，背景场强越来越大，为确保覆盖效果，增大天线的发射功率已经势在必行，对外广播开始采用５００ｋＷ的发射机。 随着发射机功率的增大，短波电台对周围环境的影响，即电磁辐射和电磁干扰产 生的影响也越来越引起人们的重视１３９１。 短波天线类型主要有同相水平天线、角形天线