2020年第11期
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李 亮
中国人民解放军91033部队，山东 青岛 266000
摘要：文章主要研究了长波天线辐射场强，以Ｔ型山谷天线为例，利用数学物理方程（Pocklington）求解方法得出场强分布情况，并根据仿真计算结果，得到了距离天线中心点不同距离场强大小地分布规律，旨在为相关行业人员在分析长波天线辐射情况时提供理论依据。关键词：长波；Ｔ型天线；近场场强中图分类号：TN82 0 引言
随着现代科技的高速发展，一种看不见、摸不着的污染源日益受到各界的关注，这就是被人们称为“隐形
杀手”的电磁辐射［1］。对于人体这一良导体，电磁波引不可避免地会构成一定程度的身体危害。目前，我国从微波段到甚长波波段均有所发展，其中，长波通信主要用在军事上和远洋通信上，而对于潜通信的大型长波台的建设发展尤为突出。但值得注意的是，在另一方面，长波台周围民众的担心与日俱增。出于人体健康考虑，民众主要是关心电磁辐射是否符合标准以及是否对身体有伤害这些问题。因此，当地要建设各类发信台包括手机时，大多会遭到周围民众的反对。
目前，长波天线形式较多，主要有山谷天线、铁塔天线、气球天线和机载天线。常用的主要是铁塔天线和山谷天线，而国内采用较多的是铁塔山谷天线，这样大大提高了天线辐射体高度，有利于辐射。在分析天线电磁场辐射分布的时候，一般对于天线来说，近场辐射属于感应场，对电磁信号的传播不起传播辐射作用。而本文主要是以长波Ｔ型山谷天线为例，通过MATLAB 仿真分析天线辐射近区场强分布规律及其场强的大小，其仿真结果得出了天线附近的电磁辐射情况和规律。这对于长波天线的实际应用具有重要的理论意义和使用价值。
1 大型长波天线电磁场的划分
一般情况下，电磁辐射场根据感应场和辐射场的不同而区分为近区场（辐射场）和远区场（感应场）［2］。
1.1 长波天线近区场及特点
kr <<1即r <<λ2π
⎛⎝ ⎫⎭
⎪M ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥㊃V 1V 2︙V M ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤
⎦⎥⎥⎥⎥⎥(9)的区域称为近区，2π⎝
⎭
k =ωμ0ε0=λ2π
⎥⎥⎥⎥⎥㊃V
1V 2︙V M ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦
⎥⎥⎥⎥
⎥π⎭
=
玻璃房子
λ
2π⎥㊃V
1V 2︙V M ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥(9)为自由空间相移常数，r 为空间距离，λ为自由
空间波长，μ0=4π×10-7
（H/m）为自由空间导磁率，2π
ε0=
10-9
36π
(F /m)⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥(9)为自由空间的介电常数，近区场的表达式如下：
36π
E r =-j Il 4πr 3
2
ωε0cos θe j (wt -kr ) （1）4πr ωε0
E θ=-j保温鸡舍
Il 4πr 31ωε0sin θe j (wt -kr ) （2）sin θe
Hφ=
高效自吸泵
Il
4πr 2
sin θe j (wt -kr )
（3）把电流和电荷关系式I =jwq 代入（1）（2）得到：
4πr E r =ql
2πε0r 3
cos θe j (wt -kr ) （4）2πε0r E θ=
ql
4πε0r
3
sin θe j (wt -kr )
（5）
对在式（４）和式（５）的右边出现的与时间
无关的因子
4πεr ql
2πε0r
3
cos θ和
2πε0r ql
4πε0r 3
sin θ进行认真观察，
该因子与静电偶极子的电场强度分量的数学表达式完全相同。而kr 的数值非常小，所以e -jkr 相位因子在式中可以忽略不计，所以，长波天线振子的电场辐射强度在距离天线中心较近时，与电矩ql 具有相同相位
的变化，而且天线振子的电场场强振幅与静电偶极子值相同。若略去式（３）中的因子e -jkr ，并且去掉因子e -j ωt ，则可以得出，该式子与直流的磁场强度表达式完全一样，即得到比奥-沙瓦公式：4πε0r H φ
=
Il 4πr 2
sin θ （6）e e e e e
搜 同2020年第11期
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长波天线近区场具有以下特点：
１）天线振子磁场强振幅值与一根导线产生的磁场强度相等，该导线的长度ｌ和振子相等，直流电与振子电流的振幅值相等。
２）天线振子电场强振幅值与振子电荷（+q 和-q ）的静电偶极子的场强相等。
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1.2 长波天线远区场及特点
近区场一般指以场源为中心，在3个波长范围内的区域，即感应场；远区场则是指以场源为中心，半径为3个波长之外的空间范围，同时称为辐射场，即当r ＞3π时，可忽略感应场的成分，认为处于远场（区）。
omap4460长波天线远区场具有以下特点：一是在远区场中，所有的电磁能量基本上均以电磁波形式辐射传播，
这种场辐射强度的衰减要比感应场慢得多；二是在远区场，电场强度与磁场强度存在以下关系，即在国际单位制中，E =377 H，电场与磁场的运行方向互相垂直，并都垂直于电磁波的传播方向；三是远区场为弱场，其电磁场强度均较小。从特点三可知，远区场的电磁场强度比近区场大得多。
总而言之，长波天线电磁场划分为近区场和远区场。文章通过阐述两者的相关概念和特点，可知近区场辐射的电磁场强度比较大。因此，相关工作人员需将电磁防护的重点放在近区场。
2 大型天线周围电磁场环境评估标准
在国内一般大功率发射台的建设之前，首先要进行周围电磁环境评估，评估该发射台建成后对周围环境会有何种程度的影响，尤其是对周围公众的影响，这是未来开展工作的重要理论依据。而在我国还出台过关于甚低频频段的电磁环境辐射标准，所以暂时以《电磁辐射暴露限值和测量方法征求意见稿》相关规定执行，在3~200 kHz 工作频率范围内，周围的时变电磁场在周围暴露限值以67 V/m 为准。
3 辐射场强理论分析
计算各类天线辐射性能主要是计算天线辐射时高频电流的相位和振幅大小。而在频率域计算天线上的电流相位和振幅等参数时，通常采用解积分方程的方法。因为在求解积分方程过程中已经包含天线边界要：Pochlington 积分方程是常采用的线天线电流方程：
4πr
iwμ
4πʏ
c (w )I (ω)
w ɡ㊃w ɡᶄ+1k 2∂2
∂w ∂wᶄ⎡⎣
⎢⎢⎤⎦⎥⎥g 0dwᶄ=-E i ㊃w ɡ （7）式中，I （ω）是线段的电流强度；w
ɡ㊃w ⎡⎣
⎢⎢Y M 1Y M 2 Y MM ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥㊃V 1V 2︙V M ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥、w ㊃w ɡᶄ+Y M 1Y M 2 Y MM ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤
⎦⎥⎥⎥
⎥⎥㊃V 1V 2︙V M ⎡⎣⎢⎢⎢⎢
⎢⎤⎦⎥
⎥
⎥⎥⎥分别表示观察点上和源点上电流切向方向的单位矢量；E i 为外加
场；g 0是格林函数。
对于上述方程通常采用矩量法求解。而矩量法解方程的理论基础是线性空间理论，求解步骤是，首先将把待求解函数展开线性无关级函数，然后再与选择的权函数相求内积，最后通过解线性方程组求解。线性方程组如下：πʏ
c (w )k ∂w ∂wᶄ⎣⎦Z 11Z 12 Z 1M Z 21Z 22 Z 2M ︙︙︙︙Z M 1Z M 2 Z MM ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥㊃I 1I 2︙I M ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥=V 1V 2︙V M ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦
⎥
⎥⎥⎥⎥ （8）式中，Z mn 是天线阻抗矩阵；I 是天线辐射时的上流矩阵；V 是天线电压矩阵。上方程组可以求矩阵逆运算，得到天线辐射时的电流。Z
Z Z ⎣⎦I ⎣⎦V ⎣⎦
I 1I 2︙I M ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥=Y 11Y 12
Y 1M Y 21Y 22 Y 2M ︙︙
︙︙Y M 1
Y M 2 Y MM ⎡⎣⎢
⎢⎢⎢⎢⎤
⎦⎥⎥⎥⎥⎥㊃V 1V 2︙V M ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦
⎥
⎥
⎥⎥
⎥ （9）
式中，Y 11，Y 22，…，Y MM 为自导纳，Y mn （m ≠n ，m =1，2，…，M 。n =1，2，…，M ）为
互导纳。因此，当天线上的辐射电流分布确定后，就可以计算出来天线辐射时近场及远场的分布情况。
4 长波天线辐射时近区场结果分析
通过MATLAB 仿真对长波台天线近区场强进行计算，发射机功率200 kW，天线效率约为12%，即辐射功率P =24 kW，频率f =21.5 kHz。按照实际环境近似模拟，（取介电常数ε＝14，取电导率
δ=0.001）：南山海拔高为240ｍ，山体宽1 600 ｍ，山体长2 200ｍ，山上铁塔高100ｍ；北山海拔高为220ｍ，山体宽２000ｍ，山体长3 000ｍ，其上塔高120ｍ，之间有斜坡构成山谷，山谷顶部最宽处为1 500ｍ，馈笼距地面10 m。仿真计算可以得出山谷中距离天线800 m 内场强变化情况。
5 结语
如果在长波天线辐射时不考虑山体对信号的影
（下转第61页）
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构中；而对于范围很大并且对时延要求很低的业务，则可以采用将融合移动边缘计算嵌入超级之内。
4 结语
综上所述，近年来在5G 移动通信网络实际研究的过程中，已经开始重视融合移动边缘计算的运用，为确保两者之间的良好融合，在融合之前应研究分析5G 移动通信网络要想更好地融入融合移动边缘计算应该具备哪些支持功能，在完善支持功能的同时建立优化性的架构，确保有关网络架构的合理建设和完善，满足未来5G 移动通信网络的良好发展需求。
参考文献
［1］陆伟忠.融合移动边缘计算的未来5G 移动通信网络的相关
研究［J ］.电子制作，2020，13（12）：81-82，59.
［2］张宏宇.融合移动边缘计算的未来5G 移动通信网络［J ］.中
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算技术［J ］.南京航空航天大学学报，2018，50（5）：586-594. ［6］杨荣悦，张鹏洲，宋卿.基于5G 技术的智能车联网研究与展
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子杂志，2019，11（22）：51-78.
（上接第48页）响，天线辐射近场辐射数值是按照一定的规律变化的，场强数值逐渐减小。在距离天线体中心200ｍ处，距离地面上１.5ｍ处的空间电磁辐射场强是30 V/m，小于标准规定的67 V/m，在距离天线体中心230ｍ处地面上的空间场强为55.2 V/m，其数值也小于标准规定的数值（67 V/m）。而随着距离天线中心距离的增加，辐射场强呈现出振荡下降趋势。当距离天线中心超过360ｍ后，地面及上空的辐射场强都小于50 V/m。通过对长波天线辐射场的近场场强的MATLAB
仿真计算，分析得出了距离发射天线中心不同距离处空间辐射场的近场场强分布情况，进而可以得出天线对天线场周围村民的辐射是符合国家标准的，从而有效减少军地的纠纷等一些问题。
参考文献
［1］宋铮，张建华，黄冶.天线与电波传播［M ］.西安：西安电子科技大学出版社，2003.［2］李莉.天线与电波传播［M ］.北京：科学出版社，2009.
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