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广播电视发射塔周围电磁环境的预测

作　者: 樊梦旭
导　师: 邹澎
学　校: 郑州大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 中波广播调频和电视广播三维反向射线跟踪电磁辐射预测
分类号: TN948.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着电子和通信技术的发展以及人们对物质精神生活的追求,生活的空间中充斥着越来越多的电磁波,电磁波在为日常通信及信息传输带来方便的同时,也可能对人体的健康和电器的正常使用带来不利的影响。广播电视发射塔作为最集中也是生活中最常见的污染源,有发射功率大、多天线共塔和距居住区近等特点,成为近些年电磁辐射领域关注的焦点,同时我国相关规定也指出,在广播电视发射塔新建或搬迁前,需要对其可能带来的电磁污染做评估,因此研究广播电视发射塔的电磁辐射预测有重要意义。国内在对广播电视发射塔周围电磁环境评估时,主要依据《HJ／T10.2—1996辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》给定的理论公式计算评估,有很大的不足。对于中波,由于波长较长,近区范围可能上百米,而标准中给定统一的公式(远区场公式)计算近区、过渡区和远区的辐射场,计算结果与实际的场强值对比,有很大的误差；对于调频、电视广播,标准中假定地势平坦开阔,但调频、电视发射塔被越来越多的居民区包围,距发射塔100米左右就可能是居民区,此时若忽略周围建筑物对广播电视发射塔电磁辐射的影响,势必会使预测结果有较大的偏差。本文首先研究了中波辐射场近区、过渡区、远区的划分,给出了各个区域的简化计算公式,在分区的基础上,提出一种新的近区、过渡区场强计算方法,并与现有的两种计算方法及实际测量数据做对比,分析该方法的优劣,给出其误差精度及误差分析。其次,对调频、电视广播常用的发射天线进行了分析,给出其辐射场计算方法。并介绍了三维射线跟踪的路径搜索算法,给出电波经反射和绕射后场强的计算方法。最后,以VS2010为平台,结合Matlab2012a、OSG等软件,使用C++语言研制广播电视发射塔周围电磁环境预测系统。并就具体实例,使用预测系统对建筑物建模,搜索电波传播路径和计算接收点综合场强的大小,与实际测量结果比较,给出预测误差并分析引起误差的原因。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 引言  10-15
  1.1 背景  10-12
  1.2 国内外研究现状及分析  12-13
  1.3 本课题研究的主要内容  13-15
2 计算方法  15-44
  2.1 中波广播辐射场计算  15-36
    2.1.1 中波天线  15-17
    2.1.2 中波近区、过渡区、远区的划分  17-23
      2.1.2.1 理论分析  17-19
      2.1.2.2 近区、远区分析  19-21
      2.1.2.3 过渡区分析  21-23
      2.1.2.4 分区结果及表达式  23
    2.1.3 中波近区、过渡区的计算  23-35
      2.1.3.1 广播电视行业规范中的方法  24-29
      2.1.3.2 全积分方法  29-32
      2.1.3.3 分段积分方法  32-33
      2.1.3.4 与测量数据对比  33-35
    2.1.4 中波远区计算  35-36
  2.2 调频广播和电视广播辐射场计算  36-44
    2.2.1 发射天线  37-42
      2.2.1.1 蝙蝠翼天线  37-38
      2.2.1.2 偶极板天线  38-40
      2.2.1.3 环形反射板天线  40-42
    2.2.2 辐射场计算  42-44
3 三维反向射线跟踪方法  44-58
  3.1 路径搜索基本计算  44-47
    3.1.1 求交运算  44-46
      3.1.1.1 射线与平面求交  44-45
      3.1.1.2 判断点与多边形关系  45-46
    3.1.2 分区及遮挡测试  46-47
      3.1.2.1 分区  46
      3.1.2.2 多面体排序  46-47
      3.1.2.3 两点间遮挡测试  47
  3.2 路径搜索方法  47-54
    3.2.1 一次反射、绕射计算  48-50
      3.2.1.1 反射  48
      3.2.1.2 绕射  48-50
    3.2.2 二次反射、绕射计算  50-54
      3.2.2.1 一次反射+一次绕射  50-51
      3.2.2.2 一次绕射+一次反射  51-52
      3.2.2.3 两次反射  52
      3.2.2.4 两次绕射  52-54
  3.3 场强计算  54-58
    3.3.1 直射波场强  54
    3.3.2 反射波场强  54-55
    3.3.3 绕射波场强  55-58
4 广播电视发射塔电磁环境预测系统  58-73
  4.1 无建筑物  58-61
    4.1.1 中波广播  58-59
    4.1.2 调频和电视广播  59
    4.1.3 防护距离  59-61
  4.2 有建筑物  61-73
    4.2.1 室外  61-67
      4.2.1.1 系统流程  61-63
      4.2.1.2 实例计算及结果分析  63-65
      4.2.1.3 防护距离  65-67
    4.2.2 室内  67-73
      4.2.2.1 XFDTD介绍及使用  67-70
      4.2.2.2 计算实例及结果曲线  70-73
5 结论及展望  73-74
参考文献  74-76
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  76-77
致谢  77

广播电视发射塔周围电磁环境的预测

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