Материал: Zadachnik_po_ekol_i_bzh2018
|
|
Таблица 11.2 |
|
Диапазоны радиоволн |
|
||
Наименование диапазона |
Частотные границы |
Длина волн |
|
Длинные волны (ДВ) |
30-300 кГц |
10000-1000 м |
|
Средние волны (СВ) |
0,3-3 МГц |
1000-100 м |
|
Короткие волны (КВ) |
3-30 МГц |
100-10 м |
|
Ультракороткие волны (УКВ) |
30-300 МГц |
10-1 м |
|
Сверхвысокочастотные волны |
300 МГц – 300 ГГц |
1м – 1мм |
|
(СВЧ) |
|||
|
|
||
Расчет напряженности поля ВЧ - диапазона
К ВЧ-диапазону относятся длинные, средние и короткие волны (см. табл. 11.2). В этом диапазоне расчетная напряженность поля может быть определена только в волновой зоне (зоне излучения), т.е. когда
d >> 2L2
здесь d - расстояние от антенны до точки измерения; L - максимальные размеры антенны.
Расчет напряженности поля в зоне излучения, как правило, производится для электрической составляющей ЭМП - Е, по формуле Шулейкина - Ван-дер-Поля:
Е = 7,750 (Р Ga)1/2 F/d, |
(I) |
здесь Е - напряженность электрической составляющей ЭМП, В/м; Р - мощность передатчика, Вт;
Ga - коэффициент усиления антенны;
d - расстояние от антенны до точки измерения, м;
F - множитель ослабления для определения потерь электромагнитной энергии в почве; зависит от параметров почвы, расстояния от точки измерения до антенны и длины волны. Он определяется из соотношения:
F = 1,41 (2+0,3х) / (2+x+0,6x2), |
(2) |
здесь х - величина, называемая "численным значением". В диапазоне длинных и средних волн, когда выполняется условие
60 >> |
(3) |
ее определяют по формуле: |
|
х = d / (600 2 ), |
(4) |
а в диапазоне коротких волн:
51
x π d/ λ |
θ2 60 λ σ 2 |
, |
(5) |
|
|
|
|
здесь - длина волны, м; θ - относительная диэлектрическая проницаемость;
- проводимость почвы, вдоль которой распространяется волна
(θ и - из табл. 11.3).
|
|
Таблица 11.3 |
|
Основные параметры почвы трасс |
, См/м |
||
Вид поверхности |
θ |
||
Влажная почва, ровная поверхность |
5-15 |
0,003 |
|
Влажная почва с низкой растительно- |
4 |
0,01 |
|
стью |
|||
|
|
||
Сухая почва, песок |
2-10 |
0,001 |
|
Почва, покрытая лесом |
4 |
0,001 |
|
Крупные города |
3-5 |
0,00075 |
|
Приведенный выше метод определения напряженности поля приемлем при круговой диаграмме излучения и для направления максимального излучения главного лепестка диаграммы. ПДУ - табл. 11.1.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО РАСЧЕТУ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ ВЧДИАПАЗОНА
1.Рассчитать напряженность поля, создаваемого длинноволновой радиостанцией мощностью Р = 250 кВт, = 1135 м, на расстоянии d = 1000 м, Gа = 1,04. Почва сухая, песок - = 0,001 См/м. В соответствии с (4) определяем х:
х = d / (600 11352 0,001) 0,004
По формуле (2) рассчитываем множитель ослабления:
F = 1,41 (2+0,3 0,004) / (2+0,004+0,6 0,0042) = 1,41
Окончательный расчет проводим по формуле (I):
Е = 7,750 (Р Ga)1/2 F/d 5,6 В/м.
Сравнивая полученный результат со стандартом Е = 20 В/м, приходим к выводу: мы не подвергаемся негативным воздействиям поля от длинноволновой радиостанции мощностью Р = 250 кВт, находясь на расстоянии d = 1000 м от нее.
2. Рассчитать напряженность поля, создаваемого КВ радиостанцией
Р = 100 кВт, = 50 м, на расстоянии d = 500 м, почва влажная и ровная –
θ = 10, = 0,003 См/м; Ga = 240.
По формуле (5) определим х:
52
х = 3,14 500 / (50 (100 + (60 50 0,003)2)1/2) 2,33.
Определим множитель ослабления F:
F = 1,41 (2 + 0,3 2,33)/(2 + 2,33 + 0,6 (2,33)2) 0,5
Рассчитываем напряженность поля Е по формуле (1):
Е(500) = 38 В/м.
Сравнивая полученное значение со стандартным, приходим к выводу, что вблизи КВ радиостанции на расстоянии d = 500 м находиться нельзя, поскольку расчетные данные указывают на значительное превышение ПДУ
(таблица 11.1).
Таблица 11.4
Варианты к решению задач по расчету напряженности поля ВЧ-диапазона
Вариант (последняя цифра но- |
|
Р, кВт |
Ga |
|
|
мера студенческого билета) |
|||||
1 |
1650 |
300 |
1,1 |
7 |
0.003 |
2 |
40 |
150 |
240 |
10 |
0,001 |
3 |
1200 |
250 |
1,04 |
4 |
0,01 |
4 |
80 |
100 |
200 |
3 |
0,001 |
5 |
1750 |
350 |
1,1 |
4 |
0,00075 |
6 |
20 |
100 |
180 |
5 |
0,001 |
7 |
1050 |
250 |
1,05 |
7 |
0,003 |
8 |
70 |
100 |
205 |
4 |
0,001 |
9 |
1900 |
350 |
1,2 |
5 |
0,01 |
0 |
50 |
120 |
200 |
4 |
0,001 |
53
|
|
|
|
|
|
Таблица 11.4 (продолжение) |
|||||
Расстояние d, м |
|
Предпоследняя цифра номера студенческого билета |
|
||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
||
|
|||||||||||
d1 |
400 |
500 |
300 |
600 |
520 |
660 |
400 |
450 |
550 |
650 |
|
d2 |
700 |
800 |
600 |
900 |
800 |
960 |
750 |
800 |
950 |
900 |
|
d3 |
1100 |
1200 |
1150 |
1300 |
1350 |
1100 |
1250 |
1300 |
1400 |
1500 |
|
d4 |
1500 |
1600 |
1700 |
1700 |
1600 |
1500 |
1600 |
1700 |
1800 |
1600 |
|
d5 |
2000 |
2100 |
2000 |
2000 |
2000 |
2300 |
2400 |
2500 |
2000 |
2100 |
|
По представленным исходным данным провести расчет, сравнить со стандартами, построить графики зависимости Е = (dn). Сделать выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Волны какой длины относятся к ВЧ-диапазону?
2.По каким параметрам определяется степень воздействия ЭМП на биологические объекты?
3 3. Объясните понятие "электромагнитное загрязнение окружающей среды".
4.Какие нарушения в состоянии здоровья возможны при воздействии ЭМП ВЧ-диапазона?
Литература: [1, 2; 7].
Задача № 12
РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ УВЧ ДИАПАЗОНА
В последнее время, в связи с установлением биологической активности УВЧ-волн (ПДУ = 3 В/м), разработан метод определения напряженности поля, создаваемого телецентрами и ретрансляторами. По этому методу определяют напряженность поля, создаваемого каждым передатчиком телецентра или ретранслятора у поверхности земли, а затем суммарную напряженность поля, создаваемую всеми передатчиками. Если все передатчики работают на одну антенну, то расчет проводится по формуле:
E |
|
|
F |
|
|
|
(1) |
||
2 |
30 P |
D |
|||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
здесь: Р - суммарная мощность, поступающая в антенну (сумма мощностей от всех передатчиков), Вт;
D – коэффициент направленного действия антенны;
F( ) – значение нормированного множителя ослабления, определяемого диаграммой направленности антенны в вертикальной плоскости для соответст-
54
вующего диапазона;
R – расстояние от фазового центра антенны до заданной точки, м, определяется из соотношения:
R |
H2 x2 |
(2) |
Здесь: Н – высота фазового центра антенны, м; х – расстояние от основания башни телецентра до заданной точки, м;
Угол (от горизонта) , под которым видна из заданной точки антенна, ра-
H
вен: arctg (3)x
Для расчетов множителя ослабления в данной задаче используется формула:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 cos( ) |
|
|
sin |
2 |
|
|
sin |
|
|||
|
|
D |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
F( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4) |
|
|
|
|
|
|
||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
2 |
|
|
sin( ) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
||
Здесь D – угловой раскрыв главного лепестка диаграммы направленности.
После подстановки (2), (3), и (4) в (1) получим:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
D |
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Е(х) |
60 G P |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
sin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5) |
|
4 H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
x |
2 |
|
|
|
x |
2 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
H |
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Недостатком представленного метода является то, что не учитывается отражение от земли и зданий, иногда увеличивающее напряженность поля. Однако погрешность не столь существенна, так как расчет производится на пиковую мощность.
ПОРЯДОК РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ УВЧДИАПАЗОНА
Втаблицах 12.1 и 12.2 - исходные данные для расчета, в соответствии с двумя последними цифрами студенческого билета. В задаче необходимо провести расчет напряженности электрической составляющей поля в зависимости от расстояния "х". Конкретные значения расстояний определяются следующим образом.
Вначале устанавливаются граничные условия: минимальное (хmin) и максимальное (хmax) расстояния, в пределах которых исследуется зависимость (1):
x min H 
(2 / D)2 1; x max = Н (8/ D D / 2 )
;
Затем определяется расстояние - х (от основания башни телецентра до заданной точки):
55