台站电磁环境保护的理论基础分析

1、台站电磁环境保护的理论基础分析一、无线电干扰分析干扰源的分类：依据干扰源的种类，大致可以分为同频干扰、邻道干扰、杂散干扰和互调干扰等。大量干扰信号抬高被干扰无线电台站的噪声基底，致使接收机灵敏度降低。1、同频干扰在无线通信信道中存在着各类的信号，其中与有用信号具有相同或相近频率能进入接收机通频带的无用信号，就能产生同频干扰。由于同频干扰信号与有用信号同样被放大、检波，则影响接收机正确还原有用信号。因此，只要无用信号的能量落入接收机的通频带内，就会形成同频干扰。这类干扰大多是由一些非法的大功率无绳电话及车载电台引起。2、邻道干扰邻道干扰就是工作在相邻信道的发射机发射的信号，进入了接收机造成的干扰

2、称为邻道干扰。造成邻道干扰通常有如下原因：（1）远近效应譬如接收机中频放大器的邻道衰减为50dB，它工作在距离通信发射方较远的地方。近处的一个工作在相邻频道的发射机发射的信号到达接收机的信号电平比远方本频道发射机的信号还高60dB。这时因为超出了中频放大器的抑制邻道信号的能力，将发生明显的邻道干扰。（2）发射机、接收机的晶体或者决定频率的器件参数变化在决定发射机发射频率，或者接收机本地振荡器频率的晶体的参数，或者决定发射或者接收回路频率参数的电感、电容的参数发生变化时，将引起邻道干扰。发射机的发射频率超出了规定的频率容差。本地震荡频率超出了规定值。中频放大器的频率特性发生变化，都将产生邻道干扰

3、。（3）发射设备参数影响调频无线电发射设备的调制指数大小，直接影响发射信号的必要带宽以外的信号能量，较大的调制指数（国家标准是最大频偏5KHz）将会带来较大的邻道干扰。3、互调干扰互调干扰是由外部一个或多个无线信号源经过机壳或馈线进入接收设备时，由于在信号处理过程中的非线性而产生新的信号频率，当新的信号频率与被接收信号一致时，产生干扰，这就是互调干扰。外部信号与外部信号或外部信号与发射机本身的信号相互混合，都可以产生新频率的互调信号。互调干扰是由传输信道中的非线性电路产生的，主要分为接收机互调、发射机互调和外部互调3种类型。当两个或多个强干扰信号同时馈入接收机时，经过高频放大电路和混频器的非线

4、性作用将产生信号的组合频率，即发生接收机互调干扰。发射机互调是由于在同一个地点设置了许多部的发射机，无论是分别使用各自的天线还是共用一副天线，其信号都有可能通过电磁耦合或其他途径窜入其他发射机中，并与该发射机的输出信号发生互调产生新的组合频率信号。该新信号与有用信号被发射机一起辐射出去，从而对邻近的接收机形成干扰。需指出的是，发射机互调可产生多种互调分量，但通常所称的发射机互调干扰主要是指二阶互调和三阶互调干扰。虽然更高次的谐波同样能够产生，但由于其电平通常很低，所以可以忽略其影响。4、阻塞干扰强信号干扰是指合法的信号占用频率，但由于是大功率发射，在天线较近的区域有很强的边带辐射，造成邻近频段

5、接收设备阻塞。虽然频率上不造成互调或同频干扰但作用于接收机前端后，造成对有用信号的增益降低，使接收机灵敏度下降，形成阻塞干扰。例如：玉溪现有的台站大多是在“三高”地带（高山、高楼、高塔），发射机数量较多，容易造成阻塞干扰。5、杂散辐射杂散辐射指的是由于干扰源滤波特性不能满足技术要求，其必要带宽之外有较多的信号能量出现在相邻频段内，或者必要带宽以外的某些频率点上的寄生辐射，其包括发射机内频率源的各种寄生震荡和谐波成份。这些谐波一般会通过发射机的滤波器得到很好的抑制，国家标准规定杂散射频分量中任何一个值都应该低于主波信号电平70dB，而许多性能差的发射机（农村地区一些调频广播电台设备简陋，疏于维护

6、）往往会产生杂散辐射。二、同频干扰与其他干扰的关系噪声、同频、邻道、杂散、互调、阻塞干扰，究其物理本质还是干扰信号能够通过接收机的高放、中放电路进入接收信号的解调电路，正常情况下接收机的高放、中放电路具有较高的选择性，即必须是被接收频率的信号才能通过。由于干扰信号的存在，影响了欲接收信号的正常解调与接收。除了镜像频率外，几乎都是上述干扰信号的与接收信号的同频成分进入解调电路造成干扰。因此对同频干扰应有充分的认识。邻道干扰的发生多半是因为发射机的边带抑制不够好，接收机中频带宽较宽，再就是发射机或者接收机的本地震荡频率偏移。最终造成邻道信号的部分能量进入接收机解调电路造成干扰，实质为同频干扰。杂散

7、辐射，互调干扰也是在辐射的成分中产生了于接收信号相同频率的成分，进入接收机解调电路造成干扰。后面的几种形式对接收系统干扰的危害程度，与它们进入接收机解调电路的多少有关，因此严格执行产品的相关标准，将干扰成分控制在最低值是一个重要的方法。三、防护率与保护间距关于重要无线电通信设备电磁环境保护的系列国家标准中多次提到了一个重要的概念：防护率与保护间距。为了全面的理解此类概念，我们关注下面的事实。1、灵敏度与保护场强任何无线电接收设备的正常工作需要一定的条件；能够保证接收设备正常接收的最小信号称为接收设备的灵敏度。考虑到背景噪声的存在，又引入了保护信号场强的概念。即当存在自然和人为噪声但没有来自其他

8、发射台的干扰时，为保证接收质量所需的最低信号场强。2、防护率影响接收设备正常接收的信号称为干扰信号，为了保证接收设备正常工作对于干扰信号都有一个能够容忍的干扰门限。保护场强与干扰门限的差值称作防护率（表征两个信号的功率的差值），它是保证接收设备正常工作的重要的度量标准。它是用拟接收信号的场强比干扰信号的场强用对数（dB分贝）表示，称为防护率。3、保护间距无线电信号在空间、地面传输都有损耗，在特定的环境中，传输距离与信号的衰减（损耗）是对应的。因此用拉开接收设备与干扰信号的距离，换来了干扰信号的衰减，使得接收信号与干扰新号的大小满足防护率的要求称为保护间距。4、防护率与保护间距之间的换算关系计算

9、无线电波在没有任何阻挡的空间传输时有着物理概念清晰、计算精确的著名的自由空间传播损耗公式：Lfs=32.44+20lg（d）+20lg（f） （1-1）式中 Lfs 自由空间传播损耗 【dB】 d 传输距离 【km】 f 信号频率 【MHz】传播损耗与信号频率及距离有关，譬如相同频率的两路信号10dB的衰减相当于3公里的传输距离。式（1-1）是应用广泛的公式，它是根据电磁波传输的功率密度流、天线有效面积的表达式计算出来的，根据相同的方法，可以推出一个频率为f，辐射功率为EIRP的点源天线，在自由空间传输多少距离D后，测量到的功率为Pm的公式：D=10【（EIRP-Pm-20lgf-32.44）

10、/20】 （1-2）可以发现，众多的标准中，关于保护间距的计算公式都具有（1-2）的形式，表现形式稍有不同。大多数情况无线电信号是在具有不同地形特征的地面传播，此时，除了有直射波，还有反射、折射、衍射等。为此人们经过长期研究与试验总结出可以大致描述不同地貌特征、适合不同频段的传输模型（计算公式）。模型的使用与实测的接近程度与使用者的经验有关，与必要的测试相结合，可以得出工程应用能够接受的精度。图1-1是ITU-R P.1546-3建议书曲线图它是100MHz陆地传播途径，50%时间，1kW发射机的场强值的曲线图，该图给出了接收天线高为10m。发射天线高为系列高度的发射机的场强值与传播距离的关系

11、。因为影响场强值的因素还有很多，为此又提供了各种的修正方法。这里通过特定的传输模型将距离与损耗联系起来了。 图1-1 路径衰减随传播距离的变化而变化的曲线从设备能够正常接收的保护场强，到能够接受的最小干扰门限，引伸到接收设备防护率。通过传输模型将防护率转变为保护间距。5、天线方向性问题重要无线电台站中的卫星地面站、微波接力站、射电天文望远镜的接收天线均是高增益的大型抛物面天线。抛物面的中轴线是最高增益的方向，其他方向比轴心的增益小得多。例如40米射电天文望远镜的轴心方向比较点源天线的增益是58dB，偏离轴心1度方向的增益石32dB，偏离轴心7度方向的增益是11dB，偏离轴心19度方向的增益是0

12、dB。因此在考虑该类设备的电磁环境保护时，应该计入因为干扰信号来自的方向不同而对应的天线增益的巨大差异带来的影响。6、核心保护区建立和谐的电磁环境，使得所有的合法无线电用户充分享受无线电带来的工作效率和生活乐趣。重要无线电台站的保护区划定是为了社会与公众的最高利益，对某些用户作出的一些限制。保护间距给出了一个标准和尺度。由于传输环境的差异，具体情况的差别，还是有弹性的。在确保重要设备正常工作的前提下，让广大无线电用户尽量不感到不便，这是工作的目标。为了保证重要无线电台站的基本工作环境，标准中规定了保护区的底线，也可以称为核心保护区。四、主要干扰源分析电磁环境遭到破坏主要有自然原因和人为活动两大

13、类。自然原因主要来自宇宙的太阳磁辐射及雷电极光等自然现象，其特点为干扰频谱宽，集中在低频段。由于自然界电磁噪声较弱，对通信影响不大，工作中常见的现象多为雷电造成短波通信的瞬间中断等。人为活动造成电磁环境恶化时通信干扰的主要原因。一种是以破坏正常通信为目的的有意干扰活动，属于极其恶劣的犯罪活动；另一种是非有意干扰，因各种原因造成有害电磁辐射，从而影响通信质量，如高压输电线路、电气焊接装置、电气化铁路、无线高频发射装置（如广播、电视、各类电台）、及其它如工业、科学和医疗设备各类大功率发射机都会引起的有源干扰。为了避免和排除干扰，下面对干扰源作一个分析。1、高速公路与铁路高速公路与铁路是一类较为常见

14、，也是重要的干扰源。（1）高速公路电火花产生的电磁干扰是重要成分，而电火花放电产生的电磁波是广谱的，也就是电火花脉冲的宽度的倒数与频谱的宽度成正比。微秒级的脉冲宽度可以产生频谱宽度一兆赫兹以上的电磁辐射，汽车点火线圈的电火花脉宽可能还要窄，因此频谱还宽。公路路面上的车流量越大，产生的干扰越大。被干扰设备的工作频率越高、测量带宽越低，干扰越小；反之，干扰越大。广谱的干扰信号能量与测量带宽成正比关系，频率越高的成分，传输损耗越大。（2）铁路电力机车由于电压高达数千伏，其弓子与电线之间放电的脉冲幅度大，能量高，相对传的就远。根据电动机车通过接触网上硬点情况下的干扰场强计算公式：Ex=E0-b【（lg

15、Dx-1）/lg2】 （1-3）式中：Ex 待求场强值 【dB（V/m）】 E0 距电气化铁路10m处的无线电噪声场强值 【dB（V/m）】b=4.28+1.735/fb 每倍频程衰减量 【dB】f 频率 【MHz】Dx 待求点与电气化铁路的垂直距离 【m】可以看出：电力机车产生的干扰信号场强与观测点的距离以对数关系衰减。衰减的速率与频率有关，频率越高的成分衰减越快。也就是说，工作频率较高的无线电接收设备，距离他们足够远，影响就十分小了。2、高压线与变电站在高压交流输电线路的运行期，在它周围会产生工频电磁场，但由于其频率很低（只有50Hz），因此仅存在于输电线路的附近，而且输电线路周围的工频电

16、场强度、磁场强度随着离线路距离的增加而迅速减少。另外在恶劣天气（如下大雨、下雪天）输电线路会因电晕而产生高频电磁场，电晕的产生是高压线导体周围的电位梯度超出某临界值（雨雾天气此临界值下降），周围的空气、水蒸气分子电离产生发光放电。放电有脉冲性，所以育较宽的频谱；并且低频成分较大，总的能量随传输距离增加衰减较快。在特定的情况下可影响附近的电磁环境。场强的衰减规律大致为100m以内每倍频程10dB，100m以外每倍频程6dB。3、工业、科学、医疗设备I.S.M.apparatus除无线电通信外，为工业、科学和医疗目的（包括家庭用途）而产生射频能量的设备。工业、科学、医疗设备的自由辐射频率；国内或国

17、际上分配给工业、科学、医疗设备的频率，在给定频率上的辐射功率不受限制。工业、科学、医疗设备的有限辐射频率；国内或国际上分配给工业、科学和医疗设备的频率，但在这些频率上的辐射功率有规定的限制。工业、科学、医疗设备产生的干扰主要是谐波和杂散辐射，它们与通信设备不同，短期频率稳定度较差，瞬时频偏可达数千赫兹。表现为宽频偏低调制频率的调制信号。根据工科医设备的功率大小、工作频段不同，它辐射出来的电磁干扰信号在大小和频段有所不同，在国家标准中不同的重要无线电设备对它们的防护距离有具体的计算方法。对工业、科学和医疗（ISM）设备干扰防护距离的计算公式：d=30*10【（E30-Es+R）/20A】 （1-4）式中：d防护距离，m； E30ISM设备干扰允许值，dB（Wm）； Es防护业务的