| 标题 | C波段天气雷达的电磁辐射分析 |
| 范文 | 钟静 林小杰 杨宏宇 摘 要：从雷达作为干扰源的角度分析C波段天气雷达的电磁辐射。介绍了电磁辐射相关的评价标准，给出C波段天气雷达相应的安全辐射距离，分析了它对敏感设备干扰的典型例子。比较了工程中常用的几种电磁辐射防护措施在C波段天气雷达电磁防护中的作用，指明通过科学防护C波段天气雷达的电磁辐射是可以达到电磁兼容要求的。 关键词：C波段；天气雷达；电磁辐射；电磁兼容 1 绪论 C波段天气雷达具有的强大的发射功率和敏感的信号接收能力决定了雷达本身即是干扰源又是敏感设备。出于充分发挥雷达的使用性能方面的考虑，屏蔽、接地、布线、滤波、频率保护等各种抗干扰措施从始至终贯通了从雷达部件的线路设计、系统组装、雷达站选址、雷达塔楼建设到雷达观测环境的保护的各个阶段，现代雷达的抗干扰性能越来越强。而雷达作为干扰源的另一面，尽管在雷达站选址及工作人员操作规范方面都考虑到了减小雷达作为辐射源对环境及生物体方面的影响，但由于在这一方面所能采取的技术措施的局限性及各种客观因素的存在，致使雷达在降低对环境电磁骚扰的技术远滞后于雷达对电磁环境的抗干扰技术。因此，本文侧重于雷达作为干扰源的一面来讨论分析多C波段天气雷达的电磁辐射并给出一些相关的抗干扰防护措施。 2 雷达的电磁辐射 理论上在天气雷达扫描时对雷达产生无源干扰的区域都属于雷达的电磁波对地面的直接辐射区域，而雷达周边很大范围内的不定区域都属于雷达电磁波散射后的辐射范围。但雷达电磁波辐射所覆盖的范围并不就都属于電磁辐射污染区域。 2.1 对生物体的影响 （1）评价标准。 电磁学及生物学中采用比吸收率SAR来衡量电磁辐射对生物体的作用。SAR定义为生物体单位时间，单位质量所吸收的电磁能量。由国家环境保护局制定的《电磁辐射防护规定》GB8702-88给出了职业照射和公众照射两种SAR限值。但SAR的测量是在屏蔽室中进行的，为了更好地衡量电磁辐射强度，针对公众辐射，我国卫生部制定的《环境电磁波卫生标准》 GB9175-88采用电场强度和功率密度来衡量环境电磁辐射强度。环境电磁波容许辐射强度标准分为安全区和中间区两级。C波段天气雷达工作频率5.3～5.5GHz，属微波波段，其相应的许可辐射强度分级标准见下表： （2）安全距离。 雷达的电磁辐射强度与雷达的天线扫描方式有关。C波段天气雷达天线扫描的运行方式有三种：平面位置扫描（ PPI） 、距离高度扫描（RHI） 、体积扫描（VOL） 。根据新一代雷达参数和环境电磁辐射的防护要求估算出C波段天气雷达处于运行状态时对于职业照射及公众照射需要保护的最大距离。 2.2 对敏感设备的影响 天气雷达作为具有强大的发射功率的干扰源，其对周围敏感设备的干扰是存在的，如它对接收卫星电视信号的干扰。C波段天气雷达工作频率为5.3～5.5GHz，与用于通信卫星下行传输信号的C波段（工作频率4～8GHz）间就存在频率相近甚至重叠的部分，这决定了C波段天气雷达信号易对卫星通信系统造成于扰。 3 防护措施 按照《新一代天气雷达选址规定》，候选站址距雷达照射范围内居民生活区的距离不应低于500m。在雷达选址阶段就已经考虑到把雷达对居民生活区的电磁辐射控制在安全区内，符合对城镇的电磁辐射环保要求。但近年来随着城镇化进程的加速，使得有些原本在建站时符合对城镇电磁辐射环保要求时的雷达站开始岌岌可危。因此十分有必要研究相应的应对措施。 3.1 减少辐射的措施 结合电磁波传播的各种衰减特性可有效地减少C波段天气雷达的电磁辐射。 （1）电磁波传播的距离衰减。 雷达波是以球面波的形式从雷达向外传播的，距离越大，球面半径就越大，单点的电磁信号就越小，空间损耗也就越大。根据微波密度计算公式： S=P·G[]4πr2×100 可知，电磁波的强度和距离的平方成反比，即距离为原来两倍，强度就降低为原来四分之一。因此经济有效地减少雷达电磁辐射的途径就是远离辐射源，远离雷达站。 （2）建筑材料对电磁波的衰减。 钢筋混凝土、砖等常用的建筑材料对电磁波有衰减的作用。这种衰减是反射、吸收、散射共同作用的结果。因此如不能有效远离雷达站，在雷达工作时，避免在暴露环境中活动，也是减少电磁辐射的途径之一。 3.2 抑制干扰措施 （1）屏蔽。 屏蔽是工程上常用的有效抑制干扰的措施。但对于C波段天气雷达来说要达到有效的电磁屏蔽就要求屏蔽金属体网格尺寸至少要小于波长的一半。C波段天气雷达电磁波波长约为5.5cm，也就是说屏蔽体的网格尺寸至少要小于2.7cm才能起到屏蔽的效果，且网格尺寸越小，屏蔽效能越佳。但这种措施对于民用来说造价太高，没实现的意义，但对于小型设备及机房来说仍可以采取这种措施来屏蔽雷达电磁辐射的干扰。 （2）滤波。 滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。对于C波段天气雷达的辐射干扰，理论上只要采用下限截至频率为5.3 GHz，上限截止频率为5.5GHz的带阻滤波器就可以完美抑制，且有用信号频率与雷达辐射频率相差越远，滤波的效果越好，但若信号频率与雷达工作频率相同，则无法通过滤波去除干扰。 （3）躲避。 微波是直线传送的，具有对障碍物绕射差的特点，因此可结合地形特征，把接收天线系统设在周围有山丘或楼房处，寻找雷达电磁波的辐射死角。接收天线架设在辐射死角有一定的抗干扰作用。 4 结语 从雷电、太阳黑子等自然辐射到各种电子设备的人为辐射，生活中电磁辐射从来就无处不在。电磁波既是一种资源也是一种危害，因此需要科学地认识并合理利用和有效防护电磁辐射。雷达在气象业务中的使用具有里程碑的意义，我国新一代天气雷达网的建设显著地提高了天气预报的准确率，尽管雷达的电磁辐射客观存在，但只要措施得当就可以将雷达的辐射危害控制在安全的范围内，符合电磁兼容的要求。 作者简介：钟静（1981-），女，汉族，海南屯昌县人，本科，工程师，研究方向：电磁兼容。 |
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