臺站電磁環(huán)境保護(hù)的理論基礎(chǔ)分析

1、臺站電磁環(huán)境保護(hù)的理論基礎(chǔ)分析一、無線電干擾分析干擾源的分類：依據(jù)干擾源的種類，大致可以分為同頻干擾、鄰道干擾、雜散干擾和互調(diào)干擾等。大量干擾信號抬高被干擾無線電臺站的噪聲基底，致使接收機(jī)靈敏度降低。1、同頻干擾在無線通信信道中存在著各類的信號，其中與有用信號具有相同或相近頻率能進(jìn)入接收機(jī)通頻帶的無用信號，就能產(chǎn)生同頻干擾。由于同頻干擾信號與有用信號同樣被放大、檢波，則影響接收機(jī)正確還原有用信號。因此，只要無用信號的能量落入接收機(jī)的通頻帶內(nèi)，就會形成同頻干擾。這類干擾大多是由一些非法的大功率無繩電話及車載電臺引起。2、鄰道干擾鄰道干擾就是工作在相鄰信道的發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號，進(jìn)入了接收機(jī)造成的干擾

2、稱為鄰道干擾。造成鄰道干擾通常有如下原因：（1）遠(yuǎn)近效應(yīng)譬如接收機(jī)中頻放大器的鄰道衰減為50dB，它工作在距離通信發(fā)射方較遠(yuǎn)的地方。近處的一個(gè)工作在相鄰頻道的發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號到達(dá)接收機(jī)的信號電平比遠(yuǎn)方本頻道發(fā)射機(jī)的信號還高60dB。這時(shí)因?yàn)槌隽酥蓄l放大器的抑制鄰道信號的能力，將發(fā)生明顯的鄰道干擾。（2）發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的晶體或者決定頻率的器件參數(shù)變化在決定發(fā)射機(jī)發(fā)射頻率，或者接收機(jī)本地振蕩器頻率的晶體的參數(shù)，或者決定發(fā)射或者接收回路頻率參數(shù)的電感、電容的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，將引起鄰道干擾。發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻率超出了規(guī)定的頻率容差。本地震蕩頻率超出了規(guī)定值。中頻放大器的頻率特性發(fā)生變化，都將產(chǎn)生鄰道干擾

3、。（3）發(fā)射設(shè)備參數(shù)影響調(diào)頻無線電發(fā)射設(shè)備的調(diào)制指數(shù)大小，直接影響發(fā)射信號的必要帶寬以外的信號能量，較大的調(diào)制指數(shù)（國家標(biāo)準(zhǔn)是最大頻偏5KHz）將會帶來較大的鄰道干擾。3、互調(diào)干擾互調(diào)干擾是由外部一個(gè)或多個(gè)無線信號源經(jīng)過機(jī)殼或饋線進(jìn)入接收設(shè)備時(shí)，由于在信號處理過程中的非線性而產(chǎn)生新的信號頻率，當(dāng)新的信號頻率與被接收信號一致時(shí)，產(chǎn)生干擾，這就是互調(diào)干擾。外部信號與外部信號或外部信號與發(fā)射機(jī)本身的信號相互混合，都可以產(chǎn)生新頻率的互調(diào)信號?；フ{(diào)干擾是由傳輸信道中的非線性電路產(chǎn)生的，主要分為接收機(jī)互調(diào)、發(fā)射機(jī)互調(diào)和外部互調(diào)3種類型。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)強(qiáng)干擾信號同時(shí)饋入接收機(jī)時(shí)，經(jīng)過高頻放大電路和混頻器的非線

4、性作用將產(chǎn)生信號的組合頻率，即發(fā)生接收機(jī)互調(diào)干擾。發(fā)射機(jī)互調(diào)是由于在同一個(gè)地點(diǎn)設(shè)置了許多部的發(fā)射機(jī)，無論是分別使用各自的天線還是共用一副天線，其信號都有可能通過電磁耦合或其他途徑竄入其他發(fā)射機(jī)中，并與該發(fā)射機(jī)的輸出信號發(fā)生互調(diào)產(chǎn)生新的組合頻率信號。該新信號與有用信號被發(fā)射機(jī)一起輻射出去，從而對鄰近的接收機(jī)形成干擾。需指出的是，發(fā)射機(jī)互調(diào)可產(chǎn)生多種互調(diào)分量，但通常所稱的發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾主要是指二階互調(diào)和三階互調(diào)干擾。雖然更高次的諧波同樣能夠產(chǎn)生，但由于其電平通常很低，所以可以忽略其影響。4、阻塞干擾強(qiáng)信號干擾是指合法的信號占用頻率，但由于是大功率發(fā)射，在天線較近的區(qū)域有很強(qiáng)的邊帶輻射，造成鄰近頻段

5、接收設(shè)備阻塞。雖然頻率上不造成互調(diào)或同頻干擾但作用于接收機(jī)前端后，造成對有用信號的增益降低，使接收機(jī)靈敏度下降，形成阻塞干擾。例如：玉溪現(xiàn)有的臺站大多是在“三高”地帶（高山、高樓、高塔），發(fā)射機(jī)數(shù)量較多，容易造成阻塞干擾。5、雜散輻射雜散輻射指的是由于干擾源濾波特性不能滿足技術(shù)要求，其必要帶寬之外有較多的信號能量出現(xiàn)在相鄰頻段內(nèi)，或者必要帶寬以外的某些頻率點(diǎn)上的寄生輻射，其包括發(fā)射機(jī)內(nèi)頻率源的各種寄生震蕩和諧波成份。這些諧波一般會通過發(fā)射機(jī)的濾波器得到很好的抑制，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定雜散射頻分量中任何一個(gè)值都應(yīng)該低于主波信號電平70dB，而許多性能差的發(fā)射機(jī)（農(nóng)村地區(qū)一些調(diào)頻廣播電臺設(shè)備簡陋，疏于維護(hù)

6、）往往會產(chǎn)生雜散輻射。二、同頻干擾與其他干擾的關(guān)系噪聲、同頻、鄰道、雜散、互調(diào)、阻塞干擾，究其物理本質(zhì)還是干擾信號能夠通過接收機(jī)的高放、中放電路進(jìn)入接收信號的解調(diào)電路，正常情況下接收機(jī)的高放、中放電路具有較高的選擇性，即必須是被接收頻率的信號才能通過。由于干擾信號的存在，影響了欲接收信號的正常解調(diào)與接收。除了鏡像頻率外，幾乎都是上述干擾信號的與接收信號的同頻成分進(jìn)入解調(diào)電路造成干擾。因此對同頻干擾應(yīng)有充分的認(rèn)識。鄰道干擾的發(fā)生多半是因?yàn)榘l(fā)射機(jī)的邊帶抑制不夠好，接收機(jī)中頻帶寬較寬，再就是發(fā)射機(jī)或者接收機(jī)的本地震蕩頻率偏移。最終造成鄰道信號的部分能量進(jìn)入接收機(jī)解調(diào)電路造成干擾，實(shí)質(zhì)為同頻干擾。雜散

7、輻射，互調(diào)干擾也是在輻射的成分中產(chǎn)生了于接收信號相同頻率的成分，進(jìn)入接收機(jī)解調(diào)電路造成干擾。后面的幾種形式對接收系統(tǒng)干擾的危害程度，與它們進(jìn)入接收機(jī)解調(diào)電路的多少有關(guān)，因此嚴(yán)格執(zhí)行產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將干擾成分控制在最低值是一個(gè)重要的方法。三、防護(hù)率與保護(hù)間距關(guān)于重要無線電通信設(shè)備電磁環(huán)境保護(hù)的系列國家標(biāo)準(zhǔn)中多次提到了一個(gè)重要的概念：防護(hù)率與保護(hù)間距。為了全面的理解此類概念，我們關(guān)注下面的事實(shí)。1、靈敏度與保護(hù)場強(qiáng)任何無線電接收設(shè)備的正常工作需要一定的條件；能夠保證接收設(shè)備正常接收的最小信號稱為接收設(shè)備的靈敏度?？紤]到背景噪聲的存在，又引入了保護(hù)信號場強(qiáng)的概念。即當(dāng)存在自然和人為噪聲但沒有來自其他

8、發(fā)射臺的干擾時(shí)，為保證接收質(zhì)量所需的最低信號場強(qiáng)。2、防護(hù)率影響接收設(shè)備正常接收的信號稱為干擾信號，為了保證接收設(shè)備正常工作對于干擾信號都有一個(gè)能夠容忍的干擾門限。保護(hù)場強(qiáng)與干擾門限的差值稱作防護(hù)率（表征兩個(gè)信號的功率的差值），它是保證接收設(shè)備正常工作的重要的度量標(biāo)準(zhǔn)。它是用擬接收信號的場強(qiáng)比干擾信號的場強(qiáng)用對數(shù)（dB分貝）表示，稱為防護(hù)率。3、保護(hù)間距無線電信號在空間、地面?zhèn)鬏敹加袚p耗，在特定的環(huán)境中，傳輸距離與信號的衰減（損耗）是對應(yīng)的。因此用拉開接收設(shè)備與干擾信號的距離，換來了干擾信號的衰減，使得接收信號與干擾新號的大小滿足防護(hù)率的要求稱為保護(hù)間距。4、防護(hù)率與保護(hù)間距之間的換算關(guān)系計(jì)算

9、無線電波在沒有任何阻擋的空間傳輸時(shí)有著物理概念清晰、計(jì)算精確的著名的自由空間傳播損耗公式：Lfs=32.44+20lg（d）+20lg（f） （1-1）式中 Lfs 自由空間傳播損耗 【dB】 d 傳輸距離 【km】 f 信號頻率 【MHz】傳播損耗與信號頻率及距離有關(guān)，譬如相同頻率的兩路信號10dB的衰減相當(dāng)于3公里的傳輸距離。式（1-1）是應(yīng)用廣泛的公式，它是根據(jù)電磁波傳輸?shù)墓β拭芏攘?、天線有效面積的表達(dá)式計(jì)算出來的，根據(jù)相同的方法，可以推出一個(gè)頻率為f，輻射功率為EIRP的點(diǎn)源天線，在自由空間傳輸多少距離D后，測量到的功率為Pm的公式：D=10【（EIRP-Pm-20lgf-32.44）

10、/20】 （1-2）可以發(fā)現(xiàn)，眾多的標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于保護(hù)間距的計(jì)算公式都具有（1-2）的形式，表現(xiàn)形式稍有不同。大多數(shù)情況無線電信號是在具有不同地形特征的地面?zhèn)鞑?，此時(shí)，除了有直射波，還有反射、折射、衍射等。為此人們經(jīng)過長期研究與試驗(yàn)總結(jié)出可以大致描述不同地貌特征、適合不同頻段的傳輸模型（計(jì)算公式）。模型的使用與實(shí)測的接近程度與使用者的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，與必要的測試相結(jié)合，可以得出工程應(yīng)用能夠接受的精度。圖1-1是ITU-R P.1546-3建議書曲線圖它是100MHz陸地傳播途徑，50%時(shí)間，1kW發(fā)射機(jī)的場強(qiáng)值的曲線圖，該圖給出了接收天線高為10m。發(fā)射天線高為系列高度的發(fā)射機(jī)的場強(qiáng)值與傳播距離的關(guān)系

11、。因?yàn)橛绊憟鰪?qiáng)值的因素還有很多，為此又提供了各種的修正方法。這里通過特定的傳輸模型將距離與損耗聯(lián)系起來了。 圖1-1 路徑衰減隨傳播距離的變化而變化的曲線從設(shè)備能夠正常接收的保護(hù)場強(qiáng)，到能夠接受的最小干擾門限，引伸到接收設(shè)備防護(hù)率。通過傳輸模型將防護(hù)率轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo(hù)間距。5、天線方向性問題重要無線電臺站中的衛(wèi)星地面站、微波接力站、射電天文望遠(yuǎn)鏡的接收天線均是高增益的大型拋物面天線。拋物面的中軸線是最高增益的方向，其他方向比軸心的增益小得多。例如40米射電天文望遠(yuǎn)鏡的軸心方向比較點(diǎn)源天線的增益是58dB，偏離軸心1度方向的增益石32dB，偏離軸心7度方向的增益是11dB，偏離軸心19度方向的增益是0

12、dB。因此在考慮該類設(shè)備的電磁環(huán)境保護(hù)時(shí)，應(yīng)該計(jì)入因?yàn)楦蓴_信號來自的方向不同而對應(yīng)的天線增益的巨大差異帶來的影響。6、核心保護(hù)區(qū)建立和諧的電磁環(huán)境，使得所有的合法無線電用戶充分享受無線電帶來的工作效率和生活樂趣。重要無線電臺站的保護(hù)區(qū)劃定是為了社會與公眾的最高利益，對某些用戶作出的一些限制。保護(hù)間距給出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和尺度。由于傳輸環(huán)境的差異，具體情況的差別，還是有彈性的。在確保重要設(shè)備正常工作的前提下，讓廣大無線電用戶盡量不感到不便，這是工作的目標(biāo)。為了保證重要無線電臺站的基本工作環(huán)境，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了保護(hù)區(qū)的底線，也可以稱為核心保護(hù)區(qū)。四、主要干擾源分析電磁環(huán)境遭到破壞主要有自然原因和人為活動兩大

13、類。自然原因主要來自宇宙的太陽磁輻射及雷電極光等自然現(xiàn)象，其特點(diǎn)為干擾頻譜寬，集中在低頻段。由于自然界電磁噪聲較弱，對通信影響不大，工作中常見的現(xiàn)象多為雷電造成短波通信的瞬間中斷等。人為活動造成電磁環(huán)境惡化時(shí)通信干擾的主要原因。一種是以破壞正常通信為目的的有意干擾活動，屬于極其惡劣的犯罪活動；另一種是非有意干擾，因各種原因造成有害電磁輻射，從而影響通信質(zhì)量，如高壓輸電線路、電氣焊接裝置、電氣化鐵路、無線高頻發(fā)射裝置（如廣播、電視、各類電臺）、及其它如工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備各類大功率發(fā)射機(jī)都會引起的有源干擾。為了避免和排除干擾，下面對干擾源作一個(gè)分析。1、高速公路與鐵路高速公路與鐵路是一類較為常見

14、，也是重要的干擾源。（1）高速公路電火花產(chǎn)生的電磁干擾是重要成分，而電火花放電產(chǎn)生的電磁波是廣譜的，也就是電火花脈沖的寬度的倒數(shù)與頻譜的寬度成正比。微秒級的脈沖寬度可以產(chǎn)生頻譜寬度一兆赫茲以上的電磁輻射，汽車點(diǎn)火線圈的電火花脈寬可能還要窄，因此頻譜還寬。公路路面上的車流量越大，產(chǎn)生的干擾越大。被干擾設(shè)備的工作頻率越高、測量帶寬越低，干擾越??；反之，干擾越大。廣譜的干擾信號能量與測量帶寬成正比關(guān)系，頻率越高的成分，傳輸損耗越大。（2）鐵路電力機(jī)車由于電壓高達(dá)數(shù)千伏，其弓子與電線之間放電的脈沖幅度大，能量高，相對傳的就遠(yuǎn)。根據(jù)電動機(jī)車通過接觸網(wǎng)上硬點(diǎn)情況下的干擾場強(qiáng)計(jì)算公式：Ex=E0-b【（lg

15、Dx-1）/lg2】 （1-3）式中：Ex 待求場強(qiáng)值 【dB（V/m）】 E0 距電氣化鐵路10m處的無線電噪聲場強(qiáng)值 【dB（V/m）】b=4.28+1.735/fb 每倍頻程衰減量 【dB】f 頻率 【MHz】Dx 待求點(diǎn)與電氣化鐵路的垂直距離 【m】可以看出：電力機(jī)車產(chǎn)生的干擾信號場強(qiáng)與觀測點(diǎn)的距離以對數(shù)關(guān)系衰減。衰減的速率與頻率有關(guān)，頻率越高的成分衰減越快。也就是說，工作頻率較高的無線電接收設(shè)備，距離他們足夠遠(yuǎn)，影響就十分小了。2、高壓線與變電站在高壓交流輸電線路的運(yùn)行期，在它周圍會產(chǎn)生工頻電磁場，但由于其頻率很低（只有50Hz），因此僅存在于輸電線路的附近，而且輸電線路周圍的工頻電

16、場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度隨著離線路距離的增加而迅速減少。另外在惡劣天氣（如下大雨、下雪天）輸電線路會因電暈而產(chǎn)生高頻電磁場，電暈的產(chǎn)生是高壓線導(dǎo)體周圍的電位梯度超出某臨界值（雨霧天氣此臨界值下降），周圍的空氣、水蒸氣分子電離產(chǎn)生發(fā)光放電。放電有脈沖性，所以育較寬的頻譜；并且低頻成分較大，總的能量隨傳輸距離增加衰減較快。在特定的情況下可影響附近的電磁環(huán)境。場強(qiáng)的衰減規(guī)律大致為100m以內(nèi)每倍頻程10dB，100m以外每倍頻程6dB。3、工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備I.S.M.apparatus除無線電通信外，為工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療目的（包括家庭用途）而產(chǎn)生射頻能量的設(shè)備。工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備的自由輻射頻率；國內(nèi)或國

17、際上分配給工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備的頻率，在給定頻率上的輻射功率不受限制。工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備的有限輻射頻率；國內(nèi)或國際上分配給工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備的頻率，但在這些頻率上的輻射功率有規(guī)定的限制。工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的干擾主要是諧波和雜散輻射，它們與通信設(shè)備不同，短期頻率穩(wěn)定度較差，瞬時(shí)頻偏可達(dá)數(shù)千赫茲。表現(xiàn)為寬頻偏低調(diào)制頻率的調(diào)制信號。根據(jù)工科醫(yī)設(shè)備的功率大小、工作頻段不同，它輻射出來的電磁干擾信號在大小和頻段有所不同，在國家標(biāo)準(zhǔn)中不同的重要無線電設(shè)備對它們的防護(hù)距離有具體的計(jì)算方法。對工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）設(shè)備干擾防護(hù)距離的計(jì)算公式：d=30*10【（E30-Es+R）/20A】 （1-4）式中：d防護(hù)距離，m； E30ISM設(shè)備干擾允許值，dB（Wm）； Es防護(hù)業(yè)務(wù)的