文/喬明禮

通信系統(tǒng)自從誕生以來，就為人類生活與工作提供了重要的幫助，而通信系統(tǒng)根據(jù)頻率可以分為低頻通信與高頻通信，本文主要研究的重點(diǎn)是低頻通信系統(tǒng)。所謂低頻通信系統(tǒng)，就是指頻率在十幾赫茲、波長(zhǎng)大于十公里的通信系統(tǒng)，其具有著鮮明的優(yōu)缺點(diǎn)，缺點(diǎn)在于通信效率低，并且對(duì)硬件設(shè)備的要求較高，需要大功率基站以及天線，但是其穩(wěn)定性極強(qiáng)，因此被廣泛的應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，尤其受到了歐美等軍事強(qiáng)國(guó)關(guān)注。

美國(guó)卡特勒甚低頻通信系統(tǒng)天線的發(fā)射功率一般情況下是在1.8MW，所使用的天線陣列能夠在24kHz 的情況下發(fā)出高效的輻射，在整個(gè)低頻通信系統(tǒng)的中心天線桅桿會(huì)發(fā)射處甚低頻電磁波，而水平懸掛電纜陣列則發(fā)揮出電容器的作用，增強(qiáng)輻射器的功率。美國(guó)吉姆溪甚低頻長(zhǎng)波通信站是主要負(fù)責(zé)在太平洋海域地區(qū)實(shí)現(xiàn)單向通信的功能，其天線陣列主要由若干鏈狀電纜線所組成，通常情況為10 個(gè)左右，垂直電纜線作為主要的輻射發(fā)出部分。目前情況下，絕大數(shù)歐美國(guó)家對(duì)于低頻通信系統(tǒng)，更加注重的是它的發(fā)射效率與作用距離，但是缺忽略了低頻通信系統(tǒng)天線對(duì)于周邊區(qū)域的輻射危害以及影響，這是一種片面的認(rèn)識(shí)。眾所周知，在通信系統(tǒng)之中，通常都會(huì)存在電磁輻射，在IEEE-Std-C95.1 - 2005 和IEEEStd-C95.6-2002 標(biāo)準(zhǔn)的劃分下，對(duì)各類生活所能夠承受的輻射強(qiáng)度進(jìn)行了研究和分析。在GJB 5313A-2017《電磁輻射暴露限值和測(cè)量方法》之中，主要關(guān)注了低頻通信系統(tǒng)天線在不同的區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度，而GB 8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》則更加注重低頻通信系統(tǒng)天線對(duì)于人類身體上的輻射危害影響。本文通過研究、論證與分析，取得了低頻通信系統(tǒng)天線在不同功率與頻率情況下，所產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度，進(jìn)而將輻射區(qū)域劃分為危險(xiǎn)區(qū)、安全區(qū)、活動(dòng)區(qū)，為更好的應(yīng)用低頻通信系統(tǒng)天線提供一些幫助。

1 低頻通信系統(tǒng)的概述

低頻通信系統(tǒng)之中有著很多的組成部分，每一個(gè)組成部分又是由眾多的設(shè)備、零部件組成，想要完成低頻通信系統(tǒng)的布局與設(shè)計(jì)，需要具有極高的專業(yè)水平與工作經(jīng)驗(yàn)。一般情況下，低頻通信系統(tǒng)是由電源、顯控臺(tái)、信號(hào)激勵(lì)器以及功放設(shè)備、天線這幾大主要部分組成，其中獲取、接受信號(hào)的設(shè)備布置在水下，信號(hào)激勵(lì)器接受低頻信號(hào)之后，會(huì)將其發(fā)送到控制終端，終端在經(jīng)過相應(yīng)的密碼加密以及調(diào)配之后，會(huì)傳輸?shù)焦Ψ旁O(shè)備中，功放設(shè)備會(huì)將信號(hào)進(jìn)行放大，并且經(jīng)過天線輻射到外部區(qū)域之中，功放設(shè)備和天線的存在，有效的擴(kuò)大了信號(hào)的傳輸距離與穩(wěn)定性，這是低頻通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)易工作流程介紹，由此可見其中每一個(gè)部分都非常重要，發(fā)揮著舉足輕重的作用。

2 天線近場(chǎng)輻射危害試驗(yàn)

為了能夠有效的驗(yàn)證天線近場(chǎng)的輻射危害范圍和效果等數(shù)據(jù)，針對(duì)當(dāng)前天線近場(chǎng)輻射的實(shí)際情況進(jìn)行輻射危害的先關(guān)實(shí)驗(yàn)。為了確保實(shí)驗(yàn)的真實(shí)有效性我們需要參照以下的工作程序進(jìn)行相關(guān)的危害實(shí)驗(yàn)：首先，可以利用NBM-550 型的電場(chǎng)測(cè)試儀場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試系統(tǒng)(編號(hào)E-0752)以甚低頻菱形天線為中心，在兩千五百平方米的一個(gè)正方形或者矩形的范圍之內(nèi)，從矩形的一個(gè)角出發(fā)在間隔五米的范圍內(nèi)逐一選取參考點(diǎn)，這樣我們就一共可以獲取三十個(gè)測(cè)試參考點(diǎn)；其次，我們需要在一萬至兩萬赫茲的頻率段的范圍里，根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地的變化，在每一千赫茲的間隔之間來進(jìn)行測(cè)試不同發(fā)射功率條件下的電磁輻射綜合場(chǎng)，由此我們可以得出相關(guān)測(cè)試情況的數(shù)據(jù)，詳情參見表1；最后，我們可以得出輻射危害測(cè)試的相關(guān)數(shù)據(jù)與情況，當(dāng)天線的增益為2，并且低頻通信系統(tǒng)在工作頻率為兩萬赫茲的時(shí)候，天線近場(chǎng)輻射的發(fā)射功率分別為十千瓦、十一千瓦以及十二千瓦，在這種相對(duì)較小的功率條件下的天線近場(chǎng)電磁輻射綜合場(chǎng)會(huì)跟隨這實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)度距離的變化而產(chǎn)生相應(yīng)的變化曲線。于此同時(shí)，根據(jù)“電磁輻射暴露限制和測(cè)量方法[S]”以及“系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)方法[S]”這兩項(xiàng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方式和方法來看，我們?cè)谶M(jìn)行天線近場(chǎng)輻射危害的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要充分的考慮實(shí)際的電磁能量累積的效應(yīng)，在甚低頻段（3 千赫茲至5 萬赫茲之間）的頻段內(nèi)，實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)強(qiáng)每米的距離產(chǎn)生的電勢(shì)差不得超過70，也就是說我們?cè)趯?shí)際的實(shí)驗(yàn)中，每米的距離產(chǎn)生的電勢(shì)差在70 的范圍內(nèi)是比較完全的甚低頻區(qū)域。

3 低頻通信系統(tǒng)天線近場(chǎng)輻射危害規(guī)律分析

通過相關(guān)的低頻通信天線近場(chǎng)輻射危害的實(shí)驗(yàn)我們可以對(duì)低頻通信天線近場(chǎng)輻射的實(shí)際危害進(jìn)行簡(jiǎn)要的總結(jié)與規(guī)律性的分析，主要可以分為以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

（1）當(dāng)我們實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)地和機(jī)器處于小功率的發(fā)射狀態(tài)時(shí)，低頻通信系統(tǒng)甚低頻菱形天線電磁輻射近場(chǎng)隨距離的增加而逐漸衰減。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)情況可以看出，當(dāng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的場(chǎng)強(qiáng)從最高的每米距離產(chǎn)生的電勢(shì)差為90的情況下，逐步的降低為每米的距離產(chǎn)生的電勢(shì)差為10 時(shí)，在這個(gè)階段的變化中可以看出輻射近場(chǎng)會(huì)隨著實(shí)際發(fā)射功率的變化而相應(yīng)的變化，在這個(gè)電勢(shì)差區(qū)域內(nèi)當(dāng)實(shí)驗(yàn)的發(fā)射功率增加時(shí)相應(yīng)的輻射近場(chǎng)也隨之增加，而當(dāng)實(shí)驗(yàn)的發(fā)射功率減少時(shí)，輻射近場(chǎng)也會(huì)隨之降低。

（2）當(dāng)我們輻射近場(chǎng)以甚低頻菱形天線為中心的輻射場(chǎng)地時(shí)，并且其每米距離產(chǎn)生的電勢(shì)差為70，那么我們可以得知，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)靠近參考線中心半徑為13 米的范圍以內(nèi)是額定的危險(xiǎn)區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域會(huì)受到一定的危害，但在半徑13 米至25 米的范圍中間，也是存在著危險(xiǎn)隱患的，不能長(zhǎng)時(shí)間在這段區(qū)域活動(dòng)，同時(shí)，當(dāng)半徑范圍擴(kuò)展至25 米以上是就是額定的安全區(qū)域。

（3）在進(jìn)行低頻通信系統(tǒng)天線近場(chǎng)輻射危害的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)?shù)皖l通信系統(tǒng)的實(shí)際工作頻率在10 赫茲至19 赫茲之間，并且天線的增益穩(wěn)定為2、發(fā)射功率處于五十至一百四十千瓦之間的大功率條件之下，天線近場(chǎng)電磁輻射綜合場(chǎng)隨頻率變化曲線是呈現(xiàn)反比的趨勢(shì)的。也就是說，在上述的前提之下，天線近場(chǎng)電磁輻射近場(chǎng)隨著實(shí)際頻率的增加會(huì)隨之降低，而當(dāng)頻率逐漸降低時(shí)相應(yīng)的天線近場(chǎng)電磁輻射近場(chǎng)會(huì)隨之升高。

根據(jù)IEEE-Std-C95-2005 Table4 的相關(guān)規(guī)定，為了有效的降低近場(chǎng)輻射對(duì)于人體造成的損傷，大功率的發(fā)射情況下，在頻率為3 千赫茲至10 萬赫茲的甚低頻頻段范圍內(nèi)，其場(chǎng)強(qiáng)值每米距離產(chǎn)生的電勢(shì)差必須控制在600 以內(nèi) ,并且只能短時(shí)間的進(jìn)行活動(dòng)，如果長(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)將會(huì)對(duì)人員腦垂體、心肺、瞳孔等功能產(chǎn)生一定的危害，造成不可挽回的損傷。因此，根據(jù)相關(guān)的天線近場(chǎng)輻射危害試驗(yàn)以及結(jié)合了GB 8702-2014 中的要求，在以甚低頻菱形天線為中心的情況下，40 半徑范圍內(nèi)為危險(xiǎn)區(qū)，因?yàn)槠浞逯祱?chǎng)強(qiáng)每米距離產(chǎn)生的電勢(shì)差超過了70, 在40 米至70 米的半徑范圍內(nèi)為短時(shí)活動(dòng)區(qū)，而70 半徑外為安全工作區(qū)，可以安全穩(wěn)定的進(jìn)行相關(guān)工作。

4 結(jié)束語

根據(jù)本文對(duì)于低頻通信系統(tǒng)天線的深入研究與分析，獲取了足夠的專業(yè)數(shù)據(jù)和信息，從而了解到低頻通信系統(tǒng)天線的輻射是由內(nèi)向外，逐漸降低的，中心輻射程度最高，并且可以根據(jù)輻射危害不同，分為不同區(qū)域，在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)是嚴(yán)禁人員進(jìn)入，而在活動(dòng)區(qū)則是可以限制進(jìn)入，但是要身著必要的防護(hù)裝備，在安全區(qū)則人員可以正常的活動(dòng)。因此必須要在一定區(qū)域內(nèi)避免人員進(jìn)入，從而降低其對(duì)人體造成的傷害。對(duì)于低頻通信系統(tǒng)而言，要充分利用其優(yōu)勢(shì)，并且有效的避免其輻射問題，發(fā)揮出其全部的作用和功效，針對(duì)于低頻通信系統(tǒng)，相關(guān)的專業(yè)與技術(shù)人員要不斷深入研究，尤其是要就如何降低其輻射危害，進(jìn)一步提高其通信的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。