1引言
1.1背景
随着科技的发展，无线通信技术迅速崛起，其在日常生活的各个方面都发挥着重要的作用。大到卫星、广播电视通信，小到个人手机通信，无不是无线通信的范畴。因无线通信主要以电磁波为载体，因此无线通信在给人们生活带来方便的同时，也使得生活的环境中充斥着大量的各种频段的电磁波。相关研究指出城市中的电磁辐射以每年接近口％的速率增长，并有不断扩大之势⑴，因此，未来所面临的电磁环境将会更加复杂，我们需要对电磁辐射有更加深入的研究。电磁福射按其来源分主要有两类，自然因素和人为因素。自然因素是由大自然活动而引发的辐射，如打雷、闪电、太阳黑子活动和火山运动等所造成的电磁辖射。自然因素所引起的电磁福射主要影响无线通讯。人为因素是指人们在日常生活、交通和和工作等活动中所产生的电磁福射，主要包括通信发射类、工业医疗射频设备类、交通公用类等类别。通信发射类电磁辖射包含广播电视发射塔和通信基站等的电磁辖射。而广播电视的电磁辐射是目前城市当中最主要的电磁污染源，与其他类电磁福射不同，一方面广播电视发射类设备主要是的任务是实现无线覆盖，要求信号尽可能强；另一方面，其全天候不间断工作且处于密集人群中；也使得广播电视发射塔的电磁辖射成为近些年科学研究和公众关注的焦点。据有关部门调查，截止1998年末，我国约有广播电视发射电台10235个，总发射功率可达到1.3X105kW[2]。广播电视发射塔有发射功率大和多天线共塔工作的特点，更加容易因叠加效应产生强电磁辖射，也使得广播电视发射塔成为最集中的电磁辐射源。因此本文将着重研究广播电视发射塔的电磁福射。电磁辐射一方面可以对处于其附近的电子设备引起干扰，造成不可预料的结果。例如：对飞机的正常飞行产生影响，有可能机毁人亡[3]；另一方面，电磁辐射对人体健康也会有巨大的威胁[4],最新的世界卫生组织(WHO)报告将电磁辐射视为21世纪对人体健康最严重的威胁之一，在过去几十年中，电磁辐射对人体机能的影响也一直是科学领域研究的热点。其可能导致白血病、淋巴瘤、血脑屏障、神经递质释放增加、DNA合成变化、繁殖率减少、染色体畸变、睡眠障碍、疲劳、头痛等生物学效应[5]。电磁福射对生物体的作用按其机制来分有致热效应和非致热效应。致热效应是指高频电磁辖射对生物体局部或整体加热作用，即电磁福射对生物体热能的影响。在电场作用下，人体细胞内分子发生取向运动，重新进行排列，因此在高频率电磁场作用下，细胞内的分子由于周期变化电场的作用反复做取向运动，在这个过程中由于分子间的相互摩擦、碰撞产生热量。引起电磁福射的频率越高，人体细胞内分子的取向运动就越激烈，致热效应就越大，对人体组织产生的损伤也越严重[6]。非致热效应是指，生物体长时间受到超过一定强度的电磁福射作用，体温无显著提升的生物效应。它会引起细胞膜共振，影响其正常工作，使人体系统的正常工作受到影响。其在分子及细胞上产生的作用非常复杂，可能让人产生食欲不振、脱发和记忆力减退等生理现象。
如果不对超过人体承受水平的电磁福射加以控制，势必会对人们的日常工作和生活造成很大不利的影响。而这需要对现有产生电磁福射设备周围的电磁环境评估，以及杜绝拟建工程引入新的电磁污染。在我国相关行业的规定当中明确指出，在新建广播电视塔、通信基站和高压输电线路等发射和传输工程前，需对工程可能造成的电磁福射水平评价，这就需要建立可靠而适用的电磁福射预测模型，若预测模型可靠，其不仅可以对已建工程周围电磁环境进行评估，省去复杂且费时费力的实地测量，也可以对拟建工程周围电磁辖射预先评估，节省人力、物力和财力。根据预测模型，依托现有的计算机编程技术，研制出电磁福射预测系统会使得评估更加简单和易于操作。因此，研究电磁福射的预测无论对于已建还是拟建工程评估都有着积极的意义。近年来，国内广播电视行业有着新的变化，随着科技的进步，一些旧有广播电视发射塔面临着搬迁，而由于人们物质生活的提高，对精神生活的追求，各种大功率广播电视发射塔也在不断的建成。我国广播电视发射塔周围环境情况也有着新的变化，随着城市化进程的加快，中心地带土地资源的紧张，一方面城市不断的向周边扩大，使得原本处于市郊的广播电视发射塔，被新建的住房所包围；另一方面，原本建设较低的房屋被如雨后春算般的高层建筑物所代替，甚至在一些高层建筑物上，透过窗户就可以清晰的看到广播电视发射塔的天线。因广播电视发射天线的最大福射方向与水平方向只有很小的夹角，因此高且近的建筑物更易受到电磁辖射的影响，另外在距发射塔较近的高层建筑物内的住户也时常担心电磁辖射对自己身体造成的影响，常有居民向有关部分反映广播电视发射塔电磁福射超标和抵制附近新建广播电视发射塔的事例见诸报端，这也使得对广播电视发射塔周围电磁辐射预测的研究迫在眉睫。
2计算方法
中波广播福射场的计算方法与调频、电视广播辐射场的计算方法不同。中波广播所使用的天线往往比较单一，但近区范围较大，计算福射场时，需要区分近区、远区；而调频、电视广播使用不同形式的几种常用天线，但其波长小，计算时只需计算远区福射场，计算方法相同，但不同天线的垂直方向函数不同。本章旨在对中波广播福射场计算方法和调频、电视广播辖射场计算方法进行研究，为后面章节场强计算做基础。
2.1中波广播辖射场计算
中波广播(535kHz-1605kHz)的传输模式主要有地波和天波。白天由于电离层中的D层强烈吸收中波波谱，白天天波很弱。夜间则因D层消失，天波显著增强并占优势。因此，在中波应用中，白天主要依靠地波的覆盖；夜间在远距和高频时，才采用天波覆盖。在近距（陆地100km、海上300km以内），传播途径主要为地波，并且与夜间与否无关。因此对中波辖射场的计算主要是对地波的计算。
3三维反向射线跟踪方法....... 35
3.1路径搜索基本计算....... 35
3.1.1求交运算....... 35
3.1.2分区及遮挡测试....... 37
3.2路径搜索方法....... 38
3.3场强计算....... 45
3.3.1直射波场强 .......45
3.3.2反射波场强....... 45
3.3.3绕射波场.......35
4广播电视发射塔电磁环境预测....... 49
4.1无建筑物....... 49
4.1.1中波广播 .......49
4.1.2调频和电视广播....... 50
4.1.3防护距离....... 50
4.2有建筑物....... 52
5结论及展望....... 64
结论
本文对中波广播发射塔周围电磁辐射进行分析，建立了中波广播发射塔电磁环境预测软件模块；对调频、电视广播发射塔电磁辖射进行分析，结合三维反向射线跟踪方法和实际三维模型，建立了调频、电视广播发射塔电磁环境预测软件模块，在此基础上研制了广播电视发射塔电磁环境预测系统。该预测系统对考虑建筑物和不考虑时，广播电视发射塔周围的电磁环境给出了预测，通过对实例预测并与实地测量数据对比表明，预测结果曲线与实际测量数据曲线吻合，误差精度在可控范围内。对于中波，本文从偶极子天线理论出发，在误差精度为±ldB的条件下，划分中波近区、过渡区和远区，并给出了各个分区简化计算公式，以此为基础，提出一种近区、过渡区场强计算方法，与测量数据对比表明，该计算方法与测量数据曲线吻合良好，且误差精度在±3dB内；与其它两种计算方法对比表明，该方法有适用性强、计算精度高和计算复杂度低的优点。对于调频和电视广播，根据具体实例，使用预测系统搭建三维场景，录入相关参数，可搜索出电波传播路径，并计算预测点的综合场强，通过预测数据和测量数据对比表明，该预测系统模块预测场强曲线与测量数据曲线有很好的吻合度，误差精度在±3dB内。由于该预测系统使用三维反向射线跟踪方法，需要进行多次的求交和路径搜索，计算复杂度会较高，以软件易用性角度，未来还需对路径搜索方法做出更多的优化，以减少计算量，使软件更加快速、准确。公众对广播电视发射塔周围电磁辐射状况越来越关注，但目前并没有成熟有效的预测系统可供有关部门和普通人群使用，本文的研究为今后相关软件的研制和相关领域的研究奠定了基础。
参考文献
[1] Chen Li-an, Wei Shengbiao, Luo Chaoyi. Measurement of Electromagnetic Environment ofXiamen Island[J]. Asia-Pacific Conference on Enwonmental Electromagnetics, 2009,5：424-428
[2]窦秀东.中小型广播电视发射塔对周边的电磁环境影响情况探讨论文范文[J].环保科技,2009,2:22-25
[3] Redl, Richard. Electromagnetic environmental impact of power electronics equipment[J].Proceedings of the IEEE, 2001,89(6):926-938
[4] Giovanni Calcagnini, Federica Censi, Michele Maffia. Evaluation of Thermal and NonthermalEffects of UHF RFHD Exposure on Biological Drugs[J], EEEE Transactions on InformationTechnology in Biomedicine
