國家氣象信息中心 宋之光

一、引言

近年來，衛(wèi)星在用于應(yīng)急通信的同時，地球站的電磁輻射影響越來越引起人們的高度關(guān)注。地球站在使用過程中，在向空間發(fā)射電磁波的同時，會干擾周圍環(huán)境，例如引起通信設(shè)備信號變?nèi)酰踔習(xí)斐赏ㄐ胖袛?。另外，其對人的身體健康也有影響，可以引起失眠、多夢、記憶力減弱等。研究表明，電磁輻射危害人體健康的機理主要是熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和累積效應(yīng)等。因此，地球站使用過程中對周圍環(huán)境的影響成為人們密切關(guān)注的一個話題。我國早期主要從天線設(shè)計方式和信號傳播方式的角度分析電磁輻射影響，研究的重點也主要是關(guān)注地球站天線在傳播過程中的信號衰減問題，而對于天線周圍電磁場分布規(guī)律及引起的電磁環(huán)境影響考慮較少。因此，研究天線周圍的電磁環(huán)境影響，把握天線電磁場的分布規(guī)律，使其更好地服務(wù)于國家應(yīng)急通信保障系統(tǒng)，在保護人民身體健康和生活質(zhì)量等方面均有現(xiàn)實意義。

二、輻射標(biāo)準(zhǔn)及功率密度介紹

1.輻射標(biāo)準(zhǔn)

表1是根據(jù)衛(wèi)生部起草的環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)國標(biāo)（GB8702-88）容許輻射強度分級標(biāo)準(zhǔn)表。其中，長、中、段波頻率為100kHz～30MHz；超短波頻率為30MHz～300MHz；微波頻率為300MHz～300GHz；V/m為電場強度單位；μW/cm2為功率密度單位。對于衛(wèi)星通信而言，屬于微波頻率范圍。

表1 輻射強度分級表

2.功率密度計算

功率密度計算公式為

ρ=PT×GT/4πD2

式中，ρ為功率密度；PT為發(fā)射機輸出功率；GT為天線輻射方向增益；D為距離發(fā)射源的距離（米）?？梢姡灰佬l(wèi)星通信功率放大器的發(fā)射功率PT，天線在各區(qū)域的增益GT，距離發(fā)射源的距離D，就可以計算出功率密度ρ。與衛(wèi)生部的標(biāo)準(zhǔn)進行對比，可以得出在哪個區(qū)域是安全的，哪個區(qū)域是不安全的。

三、衛(wèi)星通信輻射情況分析

根據(jù)以上的公式分析，要計算功率密度，需要知道天線的增益GT。衛(wèi)星通信采用旋轉(zhuǎn)拋物面天線，拋物面天線的各個方向增益都不同，以軸向的增益最高，這也就是為什么衛(wèi)星通信需要精確的對星才能通信，保證通信時天線的增益處于軸向最大值。

根據(jù)無委會和衛(wèi)星公司的要求，衛(wèi)星天線的方向圖需要滿足相應(yīng)的指標(biāo)才能使用，包括旁瓣特性、包絡(luò)曲線等。不同口徑的天線增益各不相同，但都要滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)（見圖1）。

從圖1中可以看出，天線實際在各個方向的增益不同，但是都滿足相應(yīng)的包絡(luò)曲線指標(biāo)要求，在其他角度方向的增益不得超過包絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，包絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)為：29-25log(θ)。我們可以按照包絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)來計算天線各角度的功率密度。

圖1 1.2米天線方向圖示例

衛(wèi)星站使用1.2米Ku波段天線，8瓦功放（PT=8W）。

1.2米天線的軸向增益為43dB，根據(jù)包絡(luò)曲線公式29-25log(θ)，在離軸向11°角的增益=29-25log(11)=3dB。3dB=2倍（即GT=2）

在離軸向11°角方向遠離天線1米（D=1）的地方的功率密度為

ρ=PT×GT/4πD2=8W×2/(4π12)=1.273W/m2=127.3μW/cm2

ρ=127.3μW/cm2大于衛(wèi)生部規(guī)定的10μW/cm2，是不安全的。

通過以下兩個公式可以計算出天線各個角度以及相應(yīng)距離處的輻射功率密度，具體計算結(jié)果見表2。

表2 1.2米天線配8W功放計算結(jié)果計算結(jié)果ρ（功率密度）的單位：μW/cm2

GT=29-25log(θ)

ρ=PT×GT/4πD2

根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，可以畫出圖2、圖3示意圖。

圖2 方位輻射區(qū)域示意圖

圖3 俯仰輻射區(qū)域示意圖

四、計算分析和結(jié)論

1.計算分析

根據(jù)以上的計算，可以得出表3的結(jié)果分析。

表3 結(jié)果分析表

2.結(jié)論

（1）衛(wèi)星通信的電磁輻射方向性很強，在30°以外區(qū)域，幾乎沒有輻射。

（2）對衛(wèi)星技術(shù)人員及調(diào)試操作人員而言，需要頻繁長時間近距離接觸強輻射，危害較大。對于非調(diào)試操作人員而言，因其工作地一般遠離天線或者在天線背面，基本沒有電磁輻射。

（3）地球站使用過程中，天線主波瓣方向不應(yīng)正對居民樓；在滿足業(yè)務(wù)的同時，應(yīng)盡量降低天線發(fā)射功率。

（4）應(yīng)保持良好的屏蔽和接地，防止此高頻設(shè)備正常工作過程中的電磁泄漏；在長期放置天線處應(yīng)及時監(jiān)測并向公眾公布監(jiān)測結(jié)果，打消公眾的憂慮。