广电传输发射机房电磁屏蔽探讨

【摘要】随着广播电视系统的日益发展，设备种类、数量的增加，其电磁兼容性（EMC）问题也日益严重，尤其是广电传输发射机房的电磁屏蔽问题尤为突出。为了防止干扰信号从机房引入到发射设备，使发射设备不能正常工作，影响广播电视节目的播出质量和效果，需要对发射机房进行电磁屏蔽。本文根据广电传输发射机房的电磁屏蔽的基本原理对电磁辐射现状进行了分析，并提出了对广播电视系统设备电磁屏蔽的方法，供同行参考。

【关键词】广电；传输发射机房；电磁屏蔽

中图分类号：TN929                           文献标识码：A                            DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.06.006

随着现代广播电视技术的迅猛进步，广电传输发射机房已经成为信号传输的核心枢纽，其稳定性和安全性对于广播电视服务的连续性至关重要。然而，机房内众多电子设备运行时产生的电磁辐射，不仅可能影响设备的正常运行，还可能对周边环境及人员健康造成潜在威胁。因此，电磁屏蔽技术在广电传输发射机房中的应用显得尤为重要。通过电磁屏蔽，可以有效地控制电磁辐射的传播范围，减少电磁干扰，保障机房内设备的稳定运行及人员安全。本文深入探讨了电磁屏蔽的基本原理、分析了机房电磁辐射的现状以及屏蔽设计方案的关键要素，旨在为广电传输发射机房的电磁环境优化提供理论支持和实践指导。

1. 电磁屏蔽的基本原理

1.1 电磁屏蔽的基本思想

电磁屏蔽的核心理念在于创造一个能够阻挡或减少电磁波传播的屏障，这一思想基于物理学原理，即金属等导电材料能够反射电磁波，而特定的材料和结构还能吸收电磁波的能量，在广电传输发射机房中，由于设备产生的电磁辐射可能干扰信号传输或影响周围环境，电磁屏蔽的基本思想就是通过设置屏蔽体，如金属板、金属网等，将电磁辐射源与外界隔离。这些屏蔽体能够有效地反射或吸收电磁波，从而减少对外部环境的电磁干扰，保障机房内设备的正常运行和信号的稳定传输，同时，电磁屏蔽的设计还需考虑屏蔽体的接地、通风散热等因素，以确保其在实际应用中的效能。

1.2 電磁屏蔽的原理

1.2.1 反射损耗

反射损耗是指电磁波在屏蔽体表面被反射回原空间，未进入屏蔽体内部而造成的能量损耗。这种损耗主要取决于屏蔽体表面的反射系数，反射系数又与屏蔽材料的导电性、导磁性以及电磁波的频率和入射角有关。公式表示为：

其中，EO为入射电磁波的电场强度，ER为反射电磁波的电场强度[1]，反射损耗随着屏蔽体材料的导电性、导磁性的增加而增加，随着电磁波频率的降低和入射角的减小而增加，在广电传输发射机房中，高频电磁波是主要的干扰源，因此选择具有高导电性的金属材料作为屏蔽体，可以有效地提高反射损耗，减少电磁波的透射。

1.2.2 吸收损耗

吸收损耗是指电磁波在屏蔽体内部传播时，部分能量被屏蔽体材料吸收并转化为热能或其他形式的能量，从而减少电磁波的能量，这种损耗与屏蔽体材料的电磁参数、电磁波的频率以及屏蔽体的厚度有关。公式表示为：

其中，为屏蔽体材料的衰减常数，为屏蔽体的厚度，吸收损耗随着屏蔽体材料的电磁参数（如介电常数、磁导率）的增加而增加，随着电磁波频率的升高和屏蔽体厚度的增加而增加，为了提高吸收损耗，可以选择具有高介电常数、高磁导率的材料作为屏蔽体，或者增加屏蔽体的厚度，但需要注意的是，过厚的屏蔽体可能会增加成本和重量，因此需要综合考虑[2]。

1.2.3 多次反射损耗

多次反射损耗是指电磁波在屏蔽体内部经过多次反射后，能量逐渐衰减的现象，这种损耗与屏蔽体内部的反射系数、屏蔽体的厚度以及电磁波的频率有关，公式表示为：

其中，R为屏蔽体内部的反射系数，为衰减常数，为屏蔽体的厚度[3]。多次反射损耗随着反射系数的减小、衰减常数的增加以及屏蔽体厚度的增加而增加，在广电传输发射机房中，由于设备结构和空间限制，屏蔽体可能无法做得非常厚大，此时，通过合理设计屏蔽体的形状和结构，使得电磁波在屏蔽体内部经过多次反射后能够尽快衰减，可以有效地提高多次反射损耗，例如，在屏蔽体内部设置吸波材料或者采用特殊的反射结构等。

2. 广电传输发射机房电磁辐射情况分析

2.1 机房设备的基本情况和电磁辐射特征

广电传输发射机房内通常配置有多样的电子设备，包括大功率发射机、调制器、天线系统、馈线、交换机、路由器以及各类监测和控制设备等，这些设备在工作时，会不可避免地产生电磁辐射。电磁辐射的特征主要包括辐射的频率范围、强度分布、极化方向以及辐射模式等。大功率发射机是机房内主要的电磁辐射源，其工作频率通常位于广播电视频段，辐射强度较大，天线系统作为电磁波的发射和接收装置，其辐射特征受到天线类型、增益、指向性等参数的影响，馈线在传输电磁波的过程中，也可能会产生辐射泄漏，尤其是在连接处和弯曲处。此外，机房内的其他电子设备，如交换机、路由器等，虽然单个设备的辐射强度较低，但由于数量众多且密集分布，其总体贡献也不容忽视，这些设备的辐射特征通常表现为较低频率的电磁干扰，可能对机房内的信号传输质量造成影响。

2.2 电磁辐射的测量和频谱分析

为了准确评估机房内的电磁辐射情况，需要采用专业的测量设备和方法进行电磁辐射的测量，常用的测量设备包括电磁辐射计、频谱分析仪等，测量时，应选择具有代表性的测量点，如发射机附近、天线附近、馈线沿线以及机房四角等，电磁辐射计可以测量电磁辐射的强度，通常以电场强度或磁场强度表示。频谱分析仪则可以分析电磁辐射的频率成分，帮助识别主要的辐射源和干扰源。测量得到的数据需要进行进一步的处理和分析。通过对测量数据的统计分析，可以了解机房内电磁辐射的整体水平和分布情况，通过频谱分析，可以识别出主要的电磁辐射源和干扰源，为后续的电磁屏蔽设计提供依据。

2.3 电磁辐射源和泄露源的确定

在测量和分析的基础上，可以确定机房内的主要电磁辐射源和泄露源，电磁辐射源通常包括大功率发射机、天线系统等设备，这些设备在工作时会产生较强的电磁辐射，泄露源则可能包括馈线的连接处、弯曲处以及机房的门窗缝隙等，这些地方可能存在电磁辐射的泄漏，确定电磁辐射源和泄露源后，需要进一步分析其原因和机理。

3. 广电传输发射机房电磁屏蔽设计方案

3.1 屏蔽材料的选择和性能要求

在广电传输发射机房的电磁屏蔽设计中，屏蔽材料的选择是确保屏蔽效果达标的关键步骤。屏蔽材料不仅需要具备优良的导电性和导磁性，以有效衰减电磁波的传输，还需具备良好的机械强度、耐腐蚀性和稳定性，以适应机房复杂的工作环境。常见的屏蔽材料包括金属板、金属网、金属箔以及导电涂料等。其中，金属板如铜板、铝板等具有高导电性和一定的机械强度，适用于对屏蔽效果要求较高的场合。其屏蔽效能（SE）可以通过以下公式进行估算：

是无屏蔽时的电场强度，是有屏蔽时的电场强度，金属板的屏蔽效能与其电导率（σ）和厚度（t）成正比，与电磁波的频率（f）和金属板的磁导率（μ）也有关[4]。因此，在选择金属板时，需要综合考虑这些因素，以达到所需的屏蔽效果，金属网则具有较好的通风性和透光性，适用于对屏蔽要求不太高但需要保持机房通风和采光的场合，金属网的屏蔽效能主要取决于其网孔大小和金属丝的直径，一般来说，网孔越小、金属丝越粗，屏蔽效果越好，但过小的网孔和过粗的金属丝会增加材料的成本和重量，因此需要在实际应用中进行权衡。金属箔和导电涂料则适用于复杂形状的屏蔽体或需要减轻重量的场合。金属箔可以通过粘贴或喷涂的方式覆盖在需要屏蔽的物体表面，形成一层连续的金属层，从而有效地阻断电磁波的传输，导电涂料则是一种特殊的涂料，其中添加了导电粒子（如金属粉末、碳黑等），使其具有导电性，通过将导电涂料涂刷在需要屏蔽的物体表面，可以形成一层均匀的导电层，从而达到屏蔽电磁波的目的。在选择屏蔽材料时，除了考虑其导电性和导磁性外，还需要考虑其机械强度、耐腐蚀性和稳定性等因素，例如，在一些高湿度、高腐蚀性的环境中，金属材料可能会受到腐蚀而损坏。

3.2 屏蔽结构的设计和效能预测

屏蔽结构的设计是电磁屏蔽领域中的一项关键技术，它涉及到电磁学、材料学、机械工程等多个学科的知识，在广电传输发射机房中，由于电磁环境的复杂性和设备的高功率特性，屏蔽结构的设计显得尤为重要，在设计屏蔽结构时，首先要对机房内的电磁环境进行全面的分析。这包括对电磁辐射源的识别、电磁波的频率范围、辐射强度以及传播路径的确定等，通过对电磁环境的深入了解，可以为屏蔽结构的设计提供准确的依据。屏蔽体的形状和尺寸设计是屏蔽结构设计的关键环节，屏蔽体的形状应根据电磁波的传播特性和机房内设备的布局确定，一般来说屏蔽体应采用封闭式结构以最大程度地减少电磁波的泄漏，同时，屏蔽体的尺寸也要合理设计，既要确保能够有效地覆盖电磁辐射源又要避免过大造成的成本浪費和空间占用[5]。屏蔽体之间的连接方式和密封性也是屏蔽结构设计中需要考虑的重要因素，屏蔽体之间的连接应保持良好的电连续性，避免出现缝隙或孔洞，以确保电磁波的屏蔽效果，常用的连接方式包括焊接、螺栓连接等，这些连接方式都需要确保接触面的平整度和紧密度，以实现良好的电连接。在屏蔽结构设计完成后，还需要对其效能进行预测和评估，效能预测可以采用电磁仿真软件进行模拟分析，通过建立屏蔽结构的数学模型，模拟电磁波在屏蔽结构中的传播过程，从而预测其屏蔽效果，效能评估则可以通过实际测量来进行验证，通过对比测量结果与预测结果的差异可以评估屏蔽结构设计的准确性和可靠性。此外，为了提高屏蔽结构的效能，还可以采取一些辅助措施，例如，在屏蔽体的内部设置吸波材料，可以吸收电磁波的能量，从而减少电磁波的反射和透射，同时合理布置机房内的设备和线路避免电磁辐射源的集中分布，也可以降低电磁辐射的强度。

3.3 针对不同电磁辐射源的屏蔽措施

在广电传输发射机房的复杂电磁环境中，不同的设备产生的电磁辐射具有不同的特性，包括辐射强度、频率分布、极化方向等。因此，有效的电磁屏蔽设计需要针对不同类型的电磁辐射源采取定制化的屏蔽措施。对于大功率发射机这类主要辐射源，屏蔽设计的重点在于高效能材料的选用和屏蔽结构的优化。应选用具有高导电性和高导磁性的屏蔽材料，如铜、铝或它们的合金。这些材料能够有效地反射和吸收电磁波，从而减少电磁辐射的泄漏。屏蔽结构应采用封闭式设计，确保电磁波无法通过缝隙或孔洞逸出。封闭式结构的设计需要考虑到发射机的散热需求，因此可以在屏蔽体上设置适当的通风口，同时采用波导通风板等特殊结构来保持屏蔽效能。对于馈线等传输线路，电磁辐射主要是由于电流在导线中的传播而产生的。针对这类辐射源，屏蔽措施主要包括使用屏蔽线缆和在传输线路周围设置屏蔽层，屏蔽线缆的内部结构包括一根或多根导体，外部覆盖有金属屏蔽层和绝缘层。金属屏蔽层能够有效地阻止电磁波的辐射和外界电磁干扰的侵入，此外，对于无法更换为屏蔽线缆的传输线路，可以在其周围设置额外的屏蔽层，如金属管或金属网，以达到相似的屏蔽效果。机房内的其他电子设备，如计算机、显示器、交换机等，也会产生一定程度的电磁辐射，虽然这些设备的辐射强度相对较低，但在电磁兼容性要求较高的环境中仍需采取适当的屏蔽措施，局部屏蔽是处理这类设备电磁辐射的有效方法。

3.4 屏蔽体的接地和通风散热问题

在电磁屏蔽设计中，屏蔽体的接地和通风散热问题也需特别注意，屏蔽体应保持良好的接地状态，接地可以有效地将屏蔽体上的电荷和感应电流引入大地，避免电荷积累和感应电流对屏蔽效果的影响，同时，接地还可以提高屏蔽体的电磁稳定性，减少电磁干扰的产生。屏蔽体的通风散热问题也需妥善解决，由于屏蔽体通常采用金属材料制成，其导热性较好，但也容易产生热量积聚现象，因此，在设计屏蔽结构时，应合理布置通风孔或散热片等设施，以确保屏蔽体内部设备的正常工作温度，还可采用强制通风或散热风扇等措施加强散热效果，通过合理选择屏蔽材料、设计屏蔽结构、针对不同电磁辐射源采取相应屏蔽措施以及解决屏蔽体的接地和通风散热问题等措施的实施，可以有效地减少机房内的电磁干扰问题，提高广播电视信号传输和发射的质量和稳定性。

4. 结束语

在广电传输发射机房的电磁屏蔽设计中，必须深刻认识到电磁辐射对设备和人员健康的潜在威胁。要通过精心选择屏蔽材料、科学设计屏蔽结构，并针对不同的电磁辐射源采取定制化的屏蔽措施，打造一个安全、稳定、高效的电磁环境。

参考文献：

[1]王创宇.安徽广播电视台新中心光纤传输路由方案及实施[J].西部广播电视，2016（10）：239，243.

[2]张海刚，王思颖，何晓棠.广电传输发射机房电磁屏蔽探讨[J].内蒙古广播与电视技术，2012，29（04）：41-44.

[3]唐龙，王毅，张伟.广播电视机房远程监控系统数据通讯方法的分析[J].科技信息，2011（27）：503.

[4]金虹.浙江省模拟微波的数字化改造[J].电视技术，2009，33（08）：89-90.

[5]冯晨洋.广电传输发射设施电磁屏蔽的重要性及具体方案[J].辽宁广播电视技术，2017（04）：54-56.

作者简介：孙平（1974—），男，安徽合肥人，工程师。研究方向：广电传输发射技术。