張 磊 卞華鋒 李少婷 陳 茜

(1.中日友好環(huán)境保護中心，北京 100029；2.北九州市立大學，日本 北九州 808-0135；3.湖北省輻射環(huán)境管理站，湖北 武漢 430070；4.北京國寰環(huán)境技術有限責任公司，北京 100029)

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甚高頻遙控臺電磁環(huán)境影響分析

張 磊1，2卞華鋒1李少婷3陳 茜4

(1.中日友好環(huán)境保護中心，北京 100029；2.北九州市立大學，日本 北九州 808-0135；3.湖北省輻射環(huán)境管理站，湖北 武漢 430070；4.北京國寰環(huán)境技術有限責任公司，北京 100029)

地空通信是實施空中交通管制最有效關鍵的環(huán)節(jié)之一，甚高頻是地空通信的重要組成部分。為了保障民航運輸業(yè)的高速發(fā)展，迫切需要加強甚高頻遙控臺的建設。本文介紹了甚高頻系統(tǒng)，通過電磁環(huán)境現狀監(jiān)測、參數預測，分析了建設甚高頻遙控臺對周圍電磁環(huán)境的影響，并提出污染防治措施。

甚高頻；電磁環(huán)境；影響

1 引 言

改革開放以來，航空運輸業(yè)務量持續(xù)快速增長。自2005年起，我國民航運輸總周轉量已躍居世界第二位，由于我國民用航空運輸飛行架次、機隊規(guī)模、機場數量迅猛增長，使得軍民航飛行矛盾愈加突出，因流量控制和天氣原因造成的航班延誤數量越來越多，航班不正常率居高不下，突發(fā)應急事件頻繁發(fā)生，迫切需要加強民航空管設施建設，以協(xié)調、保障快速增長的民航運輸發(fā)展形勢需求。

目前，實施空中交通管制最有效關鍵的環(huán)節(jié)之一就是語音地空通信。地空通信由甚高頻和高頻通信系統(tǒng)組成，強化了延伸距離能力。

甚高頻(Very High Frequency，以下簡稱“VHF”)遙控臺的建設會增加環(huán)境中的電磁輻射水平，本文通過監(jiān)測、預測，分析了建設甚高頻遙控臺對周圍電磁環(huán)境的影響。

2 VHF概念

VHF是指頻帶由30MHz到300MHz的無線電電波。VHF通信系統(tǒng)供飛機與地面臺站、飛機與飛機之間進行雙向話音和數據通信聯(lián)絡。VHF系統(tǒng)采用調幅工作方式，根據國際民航組織規(guī)定的頻率范圍和頻道間隔，其工作的頻率范圍由118.000～151.975MHz(實際使用最大頻率為136.975MHz)，頻率間隔為25KHz。

VHF塔臺設備的發(fā)射功率不應超過10W，進近設備發(fā)射功率在25W，航路對空設備發(fā)射功率應在50W。

VHF傳輸方式的特點是：由于頻率很高，其表面波衰減很快，傳播距離很近，通信距離限制在視線距離內，所以它以空間波傳播方式為主，電波受對流層的影響大；受地形，地物的影響也很大。

2.1 VHF收發(fā)信機分類

VHF收發(fā)信機按設備分為：VHF便攜收發(fā)信機、VHF單體收發(fā)信機、VHF共用天線系統(tǒng)。

VHF便攜收發(fā)信機主要用于塔臺指揮、校飛、電磁環(huán)境測量、應急等。

VHF單體收發(fā)信機適用于通信波道少，有足夠天線場地的機場使用。隨著民航業(yè)務的發(fā)展，對VHF的波道數量需求越來越多，對天線場地和電磁環(huán)境的要求越來越高，逐步由VHF單體電臺過渡到VHF共用天線系統(tǒng)。

VHF遙控臺主要用于航路地空通信，通過設置遙控臺來解決航路或區(qū)域的全程通信覆蓋，解決本場的VHF作用距離以外不能覆蓋的通信。

2.2 VHF共用系統(tǒng)組成

VHF共用系統(tǒng)由發(fā)射機、接收機、濾波器、共用天線系統(tǒng)、主備遙控切換控制單元、CMT或CMS、測試轉換接口單元及定向耦合器組成。

為了提高所用空域的足夠無線電信號覆蓋，增加了多部電臺設置于不同的地理位置而使用同一頻率(同頻異址)的應用。另一方面，為了保障地空通信的安全、通暢、有效，對于一些重要頻率，進入內話系統(tǒng)的同頻異址VHF語音信號一般有三、四路，形成一主、二備、三應急的配置。

VHF遙控系統(tǒng)見圖1。

圖1 VHF遙控系統(tǒng)

2.3 VHF工作原理

VHF工作過程分為發(fā)射、接收兩個階段。

發(fā)射過程：在管制席位，管制員的語音信號通過內話系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)送到VHF站點的發(fā)射機(TX)，在發(fā)射機內進行AM調制、放大、濾波后，電磁波以直線傳播方式通過天線發(fā)射到空域。

接收過程：射頻信號通過VHF接收機天線接收后，在接收機內進行一系列的處理，如濾波、放大、混頻、檢波后，得到音頻信號，再通過傳輸系統(tǒng)、內話系統(tǒng)送到管制席位。

VHF工作原理見圖2。

圖2 VHF工作原理

2.4 VHF技術參數

以德國R/S200為例，VHF共用系統(tǒng)有關技術參數見表1。

表1 VHF共用系統(tǒng)技術參數

VHF遙控臺使用25W/50W(AM)低載波功率運行，VHF天線為全向天線，天線的方向性見圖3。

圖3 VHF天線方向性

VHF發(fā)射的電磁波以直線方式傳播，傳輸距離有限。但可通過采用同頻多址，以“接力”的形式實現地空通信距離的延伸。

3 評價方法

3.1 評價標準

根據GB8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》第4.1款公眾曝露控制限值規(guī)定，環(huán)境中等效平面波功率密度Seq限值為40μW/cm2(頻率范圍，30～3000MHz)。

環(huán)境管理限值執(zhí)行HJ/T10.3-1996《輻射環(huán)境保護管理導則—電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準》第4.2款規(guī)定，為使公眾受到的總照射劑量小于GB8702-2014的規(guī)定值，對單個項目的影響必須限制在GB8702-2014限值的若干分之一。評價時環(huán)境管理限值選取功率密度限值的1/2，即20μW/cm2。

3.2 評價范圍

依據HJ/T10.3-1996《輻射環(huán)境保護管理導則—電磁輻射環(huán)境影響評價方法和標準》3.1.2規(guī)定，發(fā)射機功率P>100kW時，評價范圍確定以天線為中心半徑為1km的范圍；發(fā)射機功率P≤100kW時，評價范圍確定以天線為中心半徑為0.5km的范圍。

VHF發(fā)射機最大功率為50W，因此評價范圍確定以VHF天線為中心半徑為0.5km的范圍，重點評價以VHF天線為中心半徑為0.1km的范圍。

3.3 監(jiān)測方法

內蒙古西烏、新疆庫爾勒、庫車各VHF遙控臺分別有4信道、4信道、6信道設備，分別對以上臺站進行電磁環(huán)境現狀監(jiān)測。

3.3.1 布點原則

(1)嚴格執(zhí)行HJ/T10.2-1996《輻射環(huán)境保護管理導則-電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》和HJ/T10.3-1996《輻射環(huán)境保護管理導則-電磁輻射環(huán)境影響評價方法和標準》。

(2)客觀反映VHF遙控臺電磁環(huán)境實際情況，對其周圍環(huán)境保護目標、公眾場所等進行布點監(jiān)測，通常選擇在距離臺站較近的居民區(qū)、醫(yī)院、學校等敏感區(qū)域。

(3)對敏感點進行監(jiān)測時，應盡量避開其他電力設施、電話線、高層建筑物、樹木、金屬結構等可能影響監(jiān)測數據的因素，盡量選擇空曠的地方，使監(jiān)測結果具有代表性。

3.3.2 測量方法

測量高度均為儀器探頭距地面(或立足點)1.7m處，探頭(天線尖端)與操作人員之間距離不少于0.5m。

在VHF遙控臺正常工作時間內進行測量。每個測點連續(xù)測5次，每次測量時間不小于15s，并讀取穩(wěn)定狀態(tài)下的最大值。若測量讀數起伏較大時，適當延長監(jiān)測時間。

3.3.3 監(jiān)測儀器

監(jiān)測儀器及參數詳見表2。

表2 監(jiān)測儀器及參數

3.4 預測方法

(1)VHF超短波近場區(qū)、遠場區(qū)臨界值：

式中：L—近場區(qū)、遠場區(qū)臨界值，m；D—VHF天線尺寸，取D=1.0m；λ—VHF天線發(fā)射波長，依據λ=C/f=(2.08～2.54)m。

(2)VHF超短波輻射場強計算公式：

式中：P—發(fā)射機功率，P=0.05kW；G—相對于半波偶極子天線增益(倍數)，G=10}=10(dBi-2.51)=0.71(根據表1，dBi≈2)；r—測量位置與天線距離，km；F(θ)—天線垂直方向性函數，VHF超短波垂直發(fā)射角為30°左右，根據保守計算，取最大值F(θ)=1.0。

(3)復合場強：

(4)功率密度：

4 監(jiān)測及預測結果

4.1 監(jiān)測結果及分析

各VHF遙控臺所在區(qū)域及周圍環(huán)境保護目標電磁環(huán)境監(jiān)測結果分別見表3～表5。

表3 西烏VHF遙控臺電磁環(huán)境監(jiān)測結果

注：①“L”表示監(jiān)測結果低于儀器靈敏度，電場強度靈敏度為0.6V/m、磁場強度靈敏度為0.025A/m，根據電場強度計算功率密度的靈敏度為0.1μW/cm2(以下同)。

表4 庫爾勒VHF遙控臺電磁環(huán)境監(jiān)測結果

表5 庫車VHF遙控臺電磁環(huán)境監(jiān)測結果

根據上述監(jiān)測結果，西烏、庫爾勒、庫車VHF遙控臺所在區(qū)域電磁環(huán)境監(jiān)測結果均為：功率密度小于0.1μW/cm2，符合HJ/T10.3-1996《輻射環(huán)境保護管理導則—電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準》中的公眾照射評價標準值的要求。

4.2 預測計算結果

VHF天線大多架設在樓頂平臺上，也有部分架設在空曠環(huán)境的地面，天線支架高度一般在10m以上，分別以天線對地高度10m、20m和30m三種情況進行預測計算，預測結果見表6。

由表6可知，天線對地高度10m時，VHF發(fā)射天線下方1m處的軸向功率密度預測值最大，為18.38μW/cm2，符合公眾導出限值(40μW/cm2)和單個項目管理值(20μW/cm2)的要求。VHF發(fā)射天線軸向功率密度預測值與天線對地高度和預測點距天線的水平距離成反比關系。因此，VHF發(fā)射的電磁波對周圍環(huán)境及敏感點的電磁環(huán)境貢獻值很小。

綜合以上各VHF遙控臺及周圍環(huán)境保護目標電磁環(huán)境現狀監(jiān)測結果及參數預測計算分析結果，評價范圍內的電磁環(huán)境均符合GB8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》公眾導出限值(40μW/cm2)和單個項目管理值(20μW/cm2)的要求，因此，VHF遙控臺建成后對周圍電磁環(huán)境和環(huán)境保護目標影響很小。

表6 VHF發(fā)射天線軸向功率密度預測結果

5 討 論

5.1 我國甚高頻電磁環(huán)境控制限值與國外甚高頻現行標準比較

國外現行的電磁輻射防護標準主要有美國標準協(xié)會(ANSI)和美國電子電氣工程師協(xié)會(IEEE)共同制定的《IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields 3kHz to 300GHz》(最新版為IEEE C95.1-2005) 和國際非電離輻射防護委員會(ICNIRP)制定的《Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric，Magnetic and Electromagnetic Fields(up to 300GHz)》(簡稱為ICNIRP導則，1998年出版)。其中，美國、澳大利亞、加拿大和韓國采用IEEE C95.1標準；而歐盟、日本等采用ICNIRP導則。

表7 我國甚高頻電磁環(huán)境控制限值與國外甚高頻現行標準比較

由表7可知，目前我國甚高頻電磁環(huán)境控制限值嚴于國外的現行標準值。

5.2 VHF應用現狀及行業(yè)管理中存在的問題

甚高頻(VHF)是民航空管系統(tǒng)進行空中管制的重要手段。隨著民航事業(yè)的加速發(fā)展，飛行流量不斷增加，民航空中管制甚高頻通信設備大量使用，且頻點不斷增加.因此管制部門須加強甚高頻臺站選址的管理，按照民航行業(yè)相關規(guī)范調整發(fā)射功率。

6 污染防護措施

VHF遙控臺選址應符合航路、機場的發(fā)展規(guī)劃，電磁環(huán)境良好且宜于控制，需避開城鎮(zhèn)的發(fā)展區(qū)域，有利于自身工作性能的充分發(fā)揮，并減少對周圍環(huán)境保護目標的影響。

將電磁輻射環(huán)境管理納入項目管理體系，配備專業(yè)管理人員，制定和實施電磁輻射環(huán)境管理監(jiān)測制度及計劃，按照國家電磁輻射防護有關規(guī)定，定期對設備進行檢修，以確保各項技術指標符合要求。

[1]中華人民共和國國家標準. 電磁環(huán)境控制限值. GB8702-2014.

[2]中華人民共和國環(huán)境行業(yè)標準. 輻射環(huán)境保護管理導則電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準，HJ/T10.3-1996.

[3]高水生，蔡意，饒丹. 成都區(qū)域管制中心電磁輻射環(huán)境影響分析與防護措施[J]. 環(huán)境科學與管理，2010(10).

[4]龐西通. 淺談電磁輻射污染的環(huán)境監(jiān)測與管理防護[J]. 科學之友，2010(6).

[5]朱道嫻，吉松海. 民航VHF地空話音通信系統(tǒng)概述[J]. 空中交通管理，2004(3).

[6]劉寶華，孔令豐，郭興明. 國內外現行電磁輻射防護標準介紹與比較[J]. 輻射防護，2008(1).

Analysis on Electromagnetic Environmental Impact of VHF Remote Control Station

ZHANG Lei1，2BIAN Huafeng1LI Shaoting3CHEN Xi4

(1.Sino-Japan Friendship Centre for Environmental Protection，Beijing 100029，China；2.The University of Kitakyushu，Kitakyushu 808-0135，Japan；3. Radiation Environment Administration Station of Hubei，Wuhan 430070，China；4.Beijing Guohuan Environmental Technology Co.，LTD，Beijing 100029，China)

It is so impending and necessary to enhance the construction of VHF remote control station，in order to satisfy the fast-growing development need of civil aviation transports. This paper introduces VHF system，analyzes the impact on the electromagnetic environment of the construction of VHF remote control station by present situation monitoring and parameters prediction，and presents the measures of prevention and control for the pollution.

VHF；Electromagnetic Environment；Impact

張磊，工程師，北九州市立大學博士研究生，主要從事環(huán)境影響評價技術咨詢及環(huán)境管理研究工作

卞華鋒，工程師，主要從事環(huán)境影響評價咨詢及研究工作

X21

A

1673-288X(2016)06-0077-04

引用文獻格式：張 磊 等.甚高頻遙控臺電磁環(huán)境影響分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(6)：77-80.