低频通信系统天线近场辐射危害

文/乔明礼

通信系统自从诞生以来，就为人类生活与工作提供了重要的帮助，而通信系统根据频率可以分为低频通信与高频通信，本文主要研究的重点是低频通信系统。所谓低频通信系统，就是指频率在十几赫兹、波长大于十公里的通信系统，其具有着鲜明的优缺点，缺点在于通信效率低，并且对硬件设备的要求较高，需要大功率基站以及天线，但是其稳定性极强，因此被广泛的应用在军事领域，尤其受到了欧美等军事强国关注。

美国卡特勒甚低频通信系统天线的发射功率一般情况下是在1.8MW，所使用的天线阵列能够在24kHz 的情况下发出高效的辐射，在整个低频通信系统的中心天线桅杆会发射处甚低频电磁波，而水平悬挂电缆阵列则发挥出电容器的作用，增强辐射器的功率。美国吉姆溪甚低频长波通信站是主要负责在太平洋海域地区实现单向通信的功能，其天线阵列主要由若干链状电缆线所组成，通常情况为10 个左右，垂直电缆线作为主要的辐射发出部分。目前情况下，绝大数欧美国家对于低频通信系统，更加注重的是它的发射效率与作用距离，但是缺忽略了低频通信系统天线对于周边区域的辐射危害以及影响，这是一种片面的认识。众所周知，在通信系统之中，通常都会存在电磁辐射，在IEEE-Std-C95.1 - 2005 和IEEEStd-C95.6-2002 标准的划分下，对各类生活所能够承受的辐射强度进行了研究和分析。在GJB 5313A-2017《电磁辐射暴露限值和测量方法》之中，主要关注了低频通信系统天线在不同的区域内所产生的辐射强度，而GB 8702-2014《电磁环境控制限值》则更加注重低频通信系统天线对于人类身体上的辐射危害影响。本文通过研究、论证与分析，取得了低频通信系统天线在不同功率与频率情况下，所产生的辐射强度，进而将辐射区域划分为危险区、安全区、活动区，为更好的应用低频通信系统天线提供一些帮助。

1 低频通信系统的概述

低频通信系统之中有着很多的组成部分，每一个组成部分又是由众多的设备、零部件组成，想要完成低频通信系统的布局与设计，需要具有极高的专业水平与工作经验。一般情况下，低频通信系统是由电源、显控台、信号激励器以及功放设备、天线这几大主要部分组成，其中获取、接受信号的设备布置在水下，信号激励器接受低频信号之后，会将其发送到控制终端，终端在经过相应的密码加密以及调配之后，会传输到功放设备中，功放设备会将信号进行放大，并且经过天线辐射到外部区域之中，功放设备和天线的存在，有效的扩大了信号的传输距离与稳定性，这是低频通信系统的简易工作流程介绍，由此可见其中每一个部分都非常重要，发挥着举足轻重的作用。

2 天线近场辐射危害试验

为了能够有效的验证天线近场的辐射危害范围和效果等数据，针对当前天线近场辐射的实际情况进行辐射危害的先关实验。为了确保实验的真实有效性我们需要参照以下的工作程序进行相关的危害实验：首先，可以利用NBM-550 型的电场测试仪场强测试系统(编号E-0752)以甚低频菱形天线为中心，在两千五百平方米的一个正方形或者矩形的范围之内，从矩形的一个角出发在间隔五米的范围内逐一选取参考点，这样我们就一共可以获取三十个测试参考点；其次，我们需要在一万至两万赫兹的频率段的范围里，根据实际场地的变化，在每一千赫兹的间隔之间来进行测试不同发射功率条件下的电磁辐射综合场，由此我们可以得出相关测试情况的数据，详情参见表1；最后，我们可以得出辐射危害测试的相关数据与情况，当天线的增益为2，并且低频通信系统在工作频率为两万赫兹的时候，天线近场辐射的发射功率分别为十千瓦、十一千瓦以及十二千瓦，在这种相对较小的功率条件下的天线近场电磁辐射综合场会跟随这实验的长度距离的变化而产生相应的变化曲线。于此同时，根据“电磁辐射暴露限制和测量方法[S]”以及“系统电磁环境效应试验方法[S]”这两项相关的实验方式和方法来看，我们在进行天线近场辐射危害的实验时，需要充分的考虑实际的电磁能量累积的效应，在甚低频段（3 千赫兹至5 万赫兹之间）的频段内，实验的场强每米的距离产生的电势差不得超过70，也就是说我们在实际的实验中，每米的距离产生的电势差在70 的范围内是比较完全的甚低频区域。

3 低频通信系统天线近场辐射危害规律分析

通过相关的低频通信天线近场辐射危害的实验我们可以对低频通信天线近场辐射的实际危害进行简要的总结与规律性的分析，主要可以分为以下几个方面的内容。

（1）当我们实验的场地和机器处于小功率的发射状态时，低频通信系统甚低频菱形天线电磁辐射近场随距离的增加而逐渐衰减。根据相关实验的数据情况可以看出，当实验场地的场强从最高的每米距离产生的电势差为90的情况下，逐步的降低为每米的距离产生的电势差为10 时，在这个阶段的变化中可以看出辐射近场会随着实际发射功率的变化而相应的变化，在这个电势差区域内当实验的发射功率增加时相应的辐射近场也随之增加，而当实验的发射功率减少时，辐射近场也会随之降低。

（2）当我们辐射近场以甚低频菱形天线为中心的辐射场地时，并且其每米距离产生的电势差为70，那么我们可以得知，在这个区域内靠近参考线中心半径为13 米的范围以内是额定的危险区域，在这个区域会受到一定的危害，但在半径13 米至25 米的范围中间，也是存在着危险隐患的，不能长时间在这段区域活动，同时，当半径范围扩展至25 米以上是就是额定的安全区域。

（3）在进行低频通信系统天线近场辐射危害的实验中，当低频通信系统的实际工作频率在10 赫兹至19 赫兹之间，并且天线的增益稳定为2、发射功率处于五十至一百四十千瓦之间的大功率条件之下，天线近场电磁辐射综合场随频率变化曲线是呈现反比的趋势的。也就是说，在上述的前提之下，天线近场电磁辐射近场随着实际频率的增加会随之降低，而当频率逐渐降低时相应的天线近场电磁辐射近场会随之升高。

根据IEEE-Std-C95-2005 Table4 的相关规定，为了有效的降低近场辐射对于人体造成的损伤，大功率的发射情况下，在频率为3 千赫兹至10 万赫兹的甚低频频段范围内，其场强值每米距离产生的电势差必须控制在600 以内 ,并且只能短时间的进行活动，如果长时间活动将会对人员脑垂体、心肺、瞳孔等功能产生一定的危害，造成不可挽回的损伤。因此，根据相关的天线近场辐射危害试验以及结合了GB 8702-2014 中的要求，在以甚低频菱形天线为中心的情况下，40 半径范围内为危险区，因为其峰值场强每米距离产生的电势差超过了70, 在40 米至70 米的半径范围内为短时活动区，而70 半径外为安全工作区，可以安全稳定的进行相关工作。

4 结束语

根据本文对于低频通信系统天线的深入研究与分析，获取了足够的专业数据和信息，从而了解到低频通信系统天线的辐射是由内向外，逐渐降低的，中心辐射程度最高，并且可以根据辐射危害不同，分为不同区域，在危险区内是严禁人员进入，而在活动区则是可以限制进入，但是要身着必要的防护装备，在安全区则人员可以正常的活动。因此必须要在一定区域内避免人员进入，从而降低其对人体造成的伤害。对于低频通信系统而言，要充分利用其优势，并且有效的避免其辐射问题，发挥出其全部的作用和功效，针对于低频通信系统，相关的专业与技术人员要不断深入研究，尤其是要就如何降低其辐射危害，进一步提高其通信的稳定性进行分析。