短波电台电磁辐射干扰分析

2016-11-28 信息与电子前沿

本文转载自微信公众号：北工大电磁防护与测量实验室

作者：北工大电磁防护与测量实验室王群

1 引言

短波广播由于在跨国界、远距离传输信息时的经济性和有效性等特点，得到越来越广泛的发展。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。

2 短波传播特性和电磁干扰

短波发射的频率范围为3-30MHz，波长约为10-100mm。短波广播靠天波传播，天线靠辐射网和反射网通过一定的仰角将电磁波辐射至空中，利用空中电离层对天线电波的反射，使覆盖区在数百至数千公里。由于短波发射的主要电磁波向空中辐射，沿地面传播的电磁波是少量的，且损耗很快，传播距离极短。因此，短波广播周围的场强分布特性体现为随高度升高，电磁辐射影响程度增强，而地面的场强不是很大，且随距离的增大迅速衰减。但是，随着短波发射机功率的加大，虽然短波天线产生的电磁场评价的环境敏感点地区内场强未超标，但会对各类电器产品造成一定程度的电磁干扰。尤其是附近居民家中的电视和电话。

3 电磁干扰实际测试

3.1测试仪器
电磁干扰测试的测试仪器采用北京科环公司生产的KH3925型EMI测试接收机，配有ZN30900A环型天线，频率范围9kHz-300MHz，测量范围0～120dB(pv/m)。

3.2测试对象
为了探讨大功率短波电台电磁辐射干扰对周围产生的影响，本次测试选择的目标是某新建短波电台，电台内部天线为同相水平天线，单塔辐射功率为500KW。具体测试对象是电台内部招待所和附近村庄居民家中的电视和电话。招待所距离最近天线为150m，所选附近三个村庄分别为A村、B村和C村，A村和B村距最近天线距离约为600m，C村距最近天线距离约为1500m。

3.3测试方法
在最近的三个村庄的居民家中选择测量点，用仪器对电视和电话的接口输入信号进行实际测量，获取接入电平信号强弱随信号频率的变化曲线。

3.4测试结果

通过对上述目标的实际测量，得到如图l到图4所示结果。具体包括短波电台对有线电视的干扰情况、不同距离时对室外天线电视的电磁干扰情况和对附近居民家中电话的电磁干扰现状。

4 测试结果分析

4.1电视电磁干扰分析
电视广播频段可分为两段：一段位于米波频段(简称VHF)，其最低频率为48.5MHz，最高频率为223 MI-Iz；一段位于分米波波段(简称UHF)，其最低频率为470MHz，最高频率为958MHz。同时，电视广播的频道间隔为8 MHz，观众通过电视的选频功能对有线接口或室外天线的接入信号进行选择，最终得到自己所喜欢的电视节目。

但是，电视节目收视情况的好坏却与接入信号的载噪比息息相关，在电视信号传入的过程中，如果电视图像载波的调制信号淹没在噪声里，则图像就会充满雪花。在短波电台周围，由于电台的功率比较大，短波信号非常强，它所产生的高次谐波会以噪声的形式为电视接收，当载噪比达到一定程度时，噪声信号就会对正常的图像信号产生影响，电视变得不清晰。

有线电视传输过程中，由于系统是串接的，系统噪声为串接链路噪声的叠加。当信号传输线路经过电台信号高场强区时，高次谐波产生的噪声信号也将进入线路，导致用户终端噪声积累增大，影响电视的收视质量。图1所示为台区招待所有线电视电磁干扰测试曲线，从曲线可知，此时附近天线的工作频率为17.7MHz，具有最大幅值71.1dBμv。其三次谐波为53.1MHz，幅值为36dBμv，会对48.5到6.5MHz的DS-1频段的电视信号产生干扰。此时电视信号幅值为54.3dBμv，载噪比为18dBμv，对电视信号有较小影响。四次谐波为70.8MHz，幅值仅为30dBμv ，会对64.5～72.5MHz的DS-3频段的电视信号产生干扰。但此时的电视信号幅值为58.4 dBμv，信噪比为28.4dBμv，所以对电视信号基本没有影响。由于短波的频段为3-30 MHz，与电视频段相比较低，因此，短波电台对有线电视的影响主要是三次或三次以上倍频形成的谐波千频率比较低，为9.55MHz，其三次谐波频率才为28.5MHz。而三次以上的谐波信号幅值太低，干扰很小，所以产生影响的主要是三次谐波，干扰的主要是处于48.5-56.5 MHz频段的低频韵电视节目。

图1 台区招待所有线电视电磁干扰测试曲线

对于使用室外天线的电视，电视信号主要通过室外天线接入，电视信号幅值比安装有线电视时要低得多，如图2和3所示干扰测试曲线，图2为距天线600m处B村室外天线电视电磁干扰测试曲线，此时测试天线频率为13.85MHz，电平幅值为73.6 dBμv，其二次和二次以上谐波都在30dBμv以下，对有线电视基本没有干扰。但B村使用室外天线，接收信号幅值非常低，都在30dBμv以下，由于高次谐波的影响，就会导致电视收视质量非常差。图3为距天线1500m处C村室外天线电视电磁干扰测试曲线，此时的测试频率比较低，为9.55MHz，其三次谐波频率才为28.5MHz。同时，C村距离天线较远，其三次谐波电平幅值仅18dBμv，所以对电视信号基本没有影响。

图2 B村室外夭线电视电磁干扰测试曲线

图3 C村室外天线电视电磁干扰测试曲线

4.2 电话电磁干扰分析
电话机的电路主要包括振铃电路、拨号电路、通话电路等模块。其中通话电路还可分为送话电路、受话电路及消侧音电路3个部分。当电话机受到强电磁辐射干扰时，可出现拨错号的现象，这仅与电话机所处位置的电场强度有关，由于测试位置都在居民家中，受距离衰减和房屋屏蔽的作用，电场强度普遍不高，所以基本上不存在这种干扰，不会出现拨错号的现象。同时，振铃和侧音也基本没有影响。通过对居民家中的实际调查发现，对电话的影响主要体现为电话机中有广播节目的声音。这主要是因为电台短波电磁辐射信号大到一定程度时，电话机等价于一个简易收音机，可以对电台广播信号进行直接接收。图4所示为B村电话电磁干扰测试曲线，此时的天线工作频率为9．55MHz。通过电话接口进入的电平幅值为98．1dBiJV，这么高的广播信号幅值使得电话机相当于一个简易收音机，直接拿起电话就能听到广播的声音。在接打电话时受广播声音的影响相当明显。电话受广播信号的干扰强度与电话线的长度、走向以及电话线附近的电场强度有关，在电话线线段较长时，若电话干线横穿高场强区，所受干扰可能较大，若电话干线走向与天线发射方向平行，则受干扰较小。

图4 B村电话电磁干扰测试曲线

5 抑制干扰措施

针对电磁辐射干扰领域的研究现状，抗干扰设计主要通过三个基本途径来实现。一是消除或削弱谐波源[41，直接消除干扰产生的原因。为了防止短波发射机所产生的高次谐波干扰电视，新型的短波发射机已开始重视滤除谐波的问题。如中央直属台各单位中，已有不少单位加装了低通滤波器，使电台内的职工和附近的居民能够收看电视了。二是切除电磁干扰的传递途径，或者提高传递途径对电磁干扰的衰减作用，以消除噪声源和受扰设备之间的噪声耦合。如可以对电视和电话信号传输光缆进行合理布局，可埋于地下，减少电台广播信号的干扰。三是加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力，降低其噪声敏感度。可以采用电磁兼容性能优良的电话机和电视机等，把电磁干扰减小到最低程度。

6 结论

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，导致电视不清晰。电话干扰主要是在距离天线比较近时，广播信号通过电话信号传输线传送到电话机，使电话机等价于简易收音机，可以直接听到广播的声音．针对以上问题，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，把电磁干扰减小到最低程度。