國家氣象信息中心 宋之光

一、引言

近年來，衛(wèi)星在用于應急通信的同時，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，例如引起通信設備信號變弱，甚至會造成通信中斷。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、非熱效應和累積效應等。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注的一個話題。我國早期主要從天線設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，使其更好地服務于國家應急通信保障系統(tǒng)，在保護人民身體健康和生活質量等方面均有現(xiàn)實意義。

二、輻射標準及功率密度介紹

1.輻射標準

表1是根據(jù)衛(wèi)生部起草的環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準國標（GB8702-88）容許輻射強度分級標準表。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?，只要知道衛(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)生部的標準進行對比，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的指標才能使用，包括旁瓣特性、包絡曲線等。不同口徑的天線增益各不相同，但都要滿足相應的標準（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，但是都滿足相應的包絡曲線指標要求，在其他角度方向的增益不得超過包絡標準，包絡標準為：29-25log(θ)。我們可以按照包絡標準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距離處的輻射功率密度，具體計算結果見表2。

表2 1.2米天線配8W功放計算結果計算結果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、計算分析和結論

1.計算分析

根據(jù)以上的計算，可以得出表3的結果分析。

表3 結果分析表

2.結論

（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)星技術人員及調試操作人員而言，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正對居民樓；在滿足業(yè)務的同時，應盡量降低天線發(fā)射功率。

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