陳弘揚(yáng)，王心塵，江建興

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站，廈門 361004）

福建監(jiān)測(cè)站短波測(cè)向天線場(chǎng)電磁環(huán)境測(cè)試分析

陳弘揚(yáng)，王心塵，江建興

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站，廈門 361004）

無(wú)線電電磁環(huán)境的優(yōu)劣會(huì)影響無(wú)線電監(jiān)測(cè)站接收系統(tǒng)的靈敏度，因此，定期對(duì)監(jiān)測(cè)場(chǎng)地周圍的電磁環(huán)境進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)顯得十分必要。本文針對(duì)這個(gè)問題搭建了實(shí)驗(yàn)鏈路，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)步驟完成了監(jiān)測(cè)場(chǎng)地電磁環(huán)境采集測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)受周邊不符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的路橋工程影響，出現(xiàn)短時(shí)干擾和等間隔脈沖干擾，電磁環(huán)境出現(xiàn)惡化。

電磁環(huán)境；EM510短波接收機(jī)；測(cè)向天線場(chǎng)；電磁干擾

1 引言

無(wú)線電電磁環(huán)境的優(yōu)劣直接影響無(wú)線電設(shè)備的工作質(zhì)量，也會(huì)影響無(wú)線電監(jiān)測(cè)站接收系統(tǒng)的靈敏度[1-2]，進(jìn)而影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為保證無(wú)線電監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)效果，定期對(duì)監(jiān)測(cè)場(chǎng)地周圍的電磁環(huán)境進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)顯得十分必要。

福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)建設(shè)于福建省某地，安裝了德國(guó)某公司的測(cè)向天線陣ADD011和短波測(cè)向系統(tǒng)DDF01E。但近年來隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，測(cè)向天線場(chǎng)周邊陸續(xù)建成或擬建高速公路、鐵路等工程項(xiàng)目，與天線場(chǎng)的距離均不滿足國(guó)標(biāo)要求[3,4]。國(guó)標(biāo)GB13614-1992規(guī)定各種無(wú)線電干擾源和障礙物與短波無(wú)線電測(cè)向臺(tái)站之間的保護(hù)間距如表1所示。

表1 測(cè)向天線場(chǎng)保護(hù)間距（部分）

2 測(cè)試方法

2.1 測(cè)試方案

傳統(tǒng)的電磁環(huán)境采集多使用頻譜儀作為監(jiān)測(cè)設(shè)備，但因頻譜儀存在掃描速度偏慢、頻率分辨率較低、互調(diào)干擾較大及只有單一峰值檢波方式等問題[5]，目前電磁環(huán)境采集多采用接收機(jī)進(jìn)行，并通過遠(yuǎn)程控制軟件自動(dòng)存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，大大提升了自動(dòng)化程度。其中，R&S EM510全數(shù)字式HF接收機(jī)，覆蓋9kHz-32MHz頻段，且不包含混頻器和本振，由天線接收的信號(hào)經(jīng)過高/低通濾波器的預(yù)選后直接進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，具有出色的RF特性、寬動(dòng)態(tài)范圍、極高的掃描速度及強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理能力，非常符合本測(cè)試的要求。

2.2 測(cè)試系統(tǒng)

本文搭建的電磁環(huán)境采集的設(shè)備如表2所示，系統(tǒng)框圖如圖1所示。信號(hào)由電源模塊IN600驅(qū)動(dòng)的測(cè)試天線R&S HE010（如圖1）接收并進(jìn)入EM510接收機(jī)進(jìn)行處理，最后由筆記本的遠(yuǎn)控軟件采集存儲(chǔ)接收機(jī)處理后的數(shù)據(jù)（如中心頻率、電平等）。

表2 測(cè)試設(shè)備表

圖1 電磁環(huán)境采集系統(tǒng)框圖

2.3 測(cè)試步驟

為保證測(cè)試的精度要求，測(cè)量參數(shù)的正確設(shè)置、測(cè)試數(shù)據(jù)的采集和處理都很重要。根據(jù)相關(guān)國(guó)標(biāo)及ITU建議書，對(duì)測(cè)量參數(shù)設(shè)置如表3所示。

表3 設(shè)備參數(shù)設(shè)置

本文進(jìn)行的測(cè)試主要分六個(gè)步驟：①在待測(cè)場(chǎng)地選擇在天線仰角3°范圍內(nèi)無(wú)遮擋的區(qū)域?yàn)闇y(cè)試點(diǎn)；②在測(cè)試點(diǎn)按照測(cè)試系統(tǒng)框圖連接好測(cè)試設(shè)備并加電，設(shè)備和控制軟件自檢正常；③根據(jù)對(duì)接收機(jī)工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；④在測(cè)試頻段中選擇無(wú)明顯信號(hào)特征的頻段，以1MHz的頻段間隔讀取背景噪聲數(shù)值；⑤進(jìn)行24小時(shí)不間斷測(cè)試，分別記錄不同時(shí)段的測(cè)試結(jié)果；⑥根據(jù)背景噪聲計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

E[dBuV/m]=U[dBuV]+K[dB] （1）

式中，E為電磁環(huán)境噪聲場(chǎng)強(qiáng)；U為接收機(jī)測(cè)得的環(huán)境電平值；K為天線系數(shù)，這里取HE010天線的天線系數(shù)16.7dBuv/m（見圖2）。

圖2 HE010天線系數(shù)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，我們初步掌握了福建監(jiān)測(cè)站將口測(cè)向天線場(chǎng)背景噪聲情況。從監(jiān)測(cè)結(jié)果上看，福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)不同頻段的背景噪聲差別較大，其中低頻段背景噪聲較高，高頻段背景噪聲較低。由于不同頻段的業(yè)務(wù)類型不同，導(dǎo)致背景噪聲的場(chǎng)強(qiáng)在不同頻段有所差異，例如廣播業(yè)務(wù)背景噪聲相對(duì)有規(guī)律，而水上業(yè)務(wù)頻段的電磁環(huán)境統(tǒng)計(jì)規(guī)律性不明顯。此外，通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)在短波頻段經(jīng)常出現(xiàn)各種無(wú)線電干擾。

3.1 電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果

福建監(jiān)測(cè)站將口測(cè)向天線場(chǎng)背景噪聲強(qiáng)度（dBuv/m）在固定時(shí)段隨頻率（MHz）的變化情況（如圖3上所示），隨著頻率增高，背景噪聲整體上呈下降趨勢(shì)。此外，短波低頻段的背景噪聲電平整體偏高，勢(shì)必導(dǎo)致監(jiān)測(cè)工作中監(jiān)測(cè)到的小信號(hào)信噪比降低，給監(jiān)測(cè)工作帶來困難，這與福建監(jiān)測(cè)站2014年對(duì)6MHz-7MHz頻段的監(jiān)測(cè)情況相符。

圖3 某時(shí)刻福建監(jiān)測(cè)站（上）與深圳監(jiān)測(cè)站（下）短波頻段背景噪聲測(cè)量結(jié)果對(duì)比

考慮到短波監(jiān)測(cè)站的測(cè)向天線場(chǎng)選址時(shí)應(yīng)選擇電磁環(huán)境良好、短波頻段背景噪聲較低的偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行建設(shè)，因此，其他監(jiān)測(cè)站的測(cè)試結(jié)果也具有參考價(jià)值。我們進(jìn)一步比對(duì)了2011年深圳監(jiān)測(cè)站相同時(shí)段相同頻段的背景噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（如圖3下所示，福建監(jiān)測(cè)站該時(shí)刻短波頻段的背景噪聲（35dBuv/m）高于深圳監(jiān)測(cè)站金水灣站區(qū)的背景噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果（29.9dBuv/m）。通過從福建監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)/測(cè)向定位數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取2009年與2014年福建監(jiān)測(cè)站利用DDF01E測(cè)向設(shè)備對(duì)國(guó)家授時(shí)中心10MHz信號(hào)的監(jiān)測(cè)情況對(duì)比（如圖4所示），2014年該信號(hào)附近背景噪聲（-10dBuv/m）相較于2009年（-20dBuv/m）高出10dB。

圖4 2009年（上）/2014年（下）福建監(jiān)測(cè)站10MHz信號(hào)背景噪聲對(duì)比

本文還對(duì)各個(gè)頻段背景噪聲的24小時(shí)變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以福建監(jiān)測(cè)站2014年重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的15-16MHz頻段的背景噪聲變化為例（如圖5上所示），該頻段背景噪聲隨時(shí)間變化不顯著，這也與深圳監(jiān)測(cè)站測(cè)試的情況相符。進(jìn)一步參考ITU無(wú)線電規(guī)則可知，15MHz-16MHz頻段主要用于廣播業(yè)務(wù)使用，該段其他業(yè)務(wù)用戶為了確保自身設(shè)備使用效果也有意識(shí)地使用其他可用頻段，避開大功率的廣播業(yè)務(wù)頻段，從而導(dǎo)致了相同時(shí)間段內(nèi)福建監(jiān)測(cè)站與深圳監(jiān)測(cè)站背景噪聲測(cè)量結(jié)果接近。

圖5 15-16MHz頻段福建監(jiān)測(cè)站（上）/深圳監(jiān)測(cè)站（下）24小時(shí)背景噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2 干擾情況

通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)背景噪聲經(jīng)常出現(xiàn)各種的干擾以短時(shí)突發(fā)干擾（如圖6所示）和等間隔脈沖干擾（如圖7所示）居多。

圖6 短時(shí)突發(fā)干擾（6-7MHz）

圖7 等間隔脈沖干擾（10-11MHz）

經(jīng)過持續(xù)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，天線場(chǎng)短波頻段的干擾情況統(tǒng)計(jì)表（如表4所示），其中干擾1表示短時(shí)突發(fā)干擾，干擾2表示等間隔脈沖干擾的情況。由此可知，福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)短波頻段的電磁環(huán)境惡化顯著。

表4 將口天線場(chǎng)短波頻段的干擾情況統(tǒng)計(jì)表（部分）

對(duì)于地面測(cè)向機(jī)而言，二次輻射體對(duì)測(cè)向準(zhǔn)確度的影響是不容忽視的。桅桿、樹木、導(dǎo)線、煙囪、各種金屬物體、房屋及其他具有一定導(dǎo)電性的建筑物，都可能成為二次輻射體。它們?cè)诒粶y(cè)輻射源電磁場(chǎng)作用下，在其上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生高頻電流。這個(gè)高頻電流就形成了二次輻射電磁場(chǎng)，它與主電磁場(chǎng)同時(shí)作用的結(jié)果，使得到達(dá)測(cè)向天線處的電磁場(chǎng)波前發(fā)生變化，因而產(chǎn)生測(cè)向誤差[1]。福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)周邊高速公路、鐵路過往車輛等導(dǎo)電體，造成的電磁輻射往往會(huì)引起短時(shí)突發(fā)干擾，而國(guó)標(biāo)規(guī)定的電氣化鐵路接觸網(wǎng)電壓達(dá)到27.5kV，屬于高壓電，則是造成等間隔脈沖干擾的主要原因。參考相關(guān)國(guó)標(biāo)在福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)周圍未發(fā)現(xiàn)其他干擾源，由以上測(cè)試結(jié)果可推斷路橋工程對(duì)福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)的影響很大。考慮到福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)周邊大量路橋工程項(xiàng)目與天線場(chǎng)的距離不滿足國(guó)標(biāo)要求，而電氣化鐵路形成的電磁干擾與機(jī)車受電弓的性能、接觸網(wǎng)的質(zhì)量、機(jī)車走行速度、牽引電流以及天氣好壞等多種因素有關(guān)，因此，路橋工程項(xiàng)目對(duì)測(cè)向天線場(chǎng)電磁干擾的定量計(jì)算仍有待進(jìn)一步確定。

4 結(jié)束語(yǔ)

短波電磁環(huán)境狀況良好是確保各短波監(jiān)測(cè)站穩(wěn)定開展各項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作的前提。本文首先介紹了福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)受干擾現(xiàn)狀，然后利用設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)鏈路對(duì)福建監(jiān)測(cè)站短波測(cè)向天線場(chǎng)進(jìn)行了24小時(shí)持續(xù)監(jiān)測(cè)，得到天線場(chǎng)周邊電磁環(huán)境測(cè)試數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果定性分析了干擾類型及規(guī)律。由監(jiān)測(cè)結(jié)果可見，福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)的電磁環(huán)境出現(xiàn)了一定程度的惡化，與天線場(chǎng)周邊路橋工程的建設(shè)有較大關(guān)系。

[1] 周鴻順等．頻譜監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M]．北京：人民郵電出版社，2006

[2] 魯?shù)婪?格拉鮑主編．平良子譯．無(wú)線電測(cè)向技術(shù)[M]．成都：西南電子電信技術(shù)研究所，1993

[3] GB13614-2012短波無(wú)線電測(cè)向臺(tái)（站）電磁環(huán)境要求[S]

[4] GB13617-1992短波無(wú)線電收信臺(tái)（站）電磁環(huán)境要求[S]

[5] 李思靜，王心塵．短波頻段電磁環(huán)境測(cè)試淺析[J]．中國(guó)無(wú)線電，2013(7):56-59

Electromagnetic Environment Testing and Analysis at Direction Finding Antenna Field, Fujian Monitoring Station

Chen Hongyang, Wang Xinchen, Jiang Jianxing
(State Radio Monitoring Center Fujian Station, Xiamen, 361004)

Sensitivity of radio monitoring station receiving system will be affected by the quality ofradio electromagnetic environment, so the periodic electromagnetic environment test is necessary. Aiming at the problem, this paper designed an experimental link and the experimental steps to finish the Electromagnetic environment acquisition test and then analyzed the result. The test results showed thatsince the effect of illegalroad and bridge project nearby ,short-term interference and regular-pulse interference has been discovered at direction finding antenna field, Fujian monitoring station, and the electromagnetic environment has deteriorated.

Electromagnetic environment; EM510 HF receiver; direction finding antenna field; EMI

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.09.002

U675.75 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2015）09-0008-05

陳弘揚(yáng)，男，1989年生?，F(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站助理工程師。

王心塵，男，1982年生?，F(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站工程師。

江建興，男，1989年生?，F(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站助理工程師。