Напруженість поля радіотелецентр

РОЗРАХУНОК НАПРУЖЕНОСТІ ПОЛЯ радіотелецентр ВСТУП Для вирішення питань проектування і експлуатації радіотелепередавального цетром та інших радіотехнічних систем необхідно розраховувати напруженості поля радіохвиль УКХ діапазону. На основі етізх розрахунків встановлюються санітарно-захисні зони (СЗЗ) радіотехнічних об'єктів, зони обмеження забудови, а також зони обслуговування об'єктів. Особливий інтерес викликають питання електромагнітної екології, що обумовлено різким збільшенням числа передавачів УКХ та НВЧ діапазонів, що використовуються в радіо-і телемовлення, для супутникового, стільникового зв'язку і т.д. джерелами електромагнітних полів антропогенного походження є також персональні комп'ютери, побутові прилади, такі як НВЧ-печі, телевізори. У результаті зросли фонові рівні електромагнітних полів, а також кількість зон підвищеної небезпеки, в яких напруженості поля істотно більші фонових. Негативний вплив досить інтенсивного електромагнітного поля на організми людей в даний час доведено, на основі чого встановлено санітарні норми (гранично допустимі рівні електромагнітного поля - ПДУ). У рамках нашої роботи аналізувалися результати вимірювань рівня електромагнітного поля околицях іркутського обласного та усольского радіотелепередавального центрів для того, щоб з'ясувати, чи не перевищують значення напруженості поля ПДУ. Також було розроблено програмне забезпечення для розрахунків напруженості поля, що дозволяє враховувати діаграми спрямованості антен різного призначення. За допомогою відповідних програм можна визначити зону обслуговування радіотелепередавального центру для заданої чутливості приймачів, а також санітарно-захисну зону об'єкта. МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ НАПРУЖЕНОСТІ ПОЛЯ УКВ. Припустимо, що у вільному просторі (тобто в однорідному непоглащающей середовищі, відносна діелектрична проникність якої дорівнює одиниці) поміщений ізотропний випромінювач - уявний точковий випромінювач, рівномірно випромінює радіохвилі у всіх напрямках. Позначаючи через Р1 випромінювану джерелом потужність, визначимо щільність потоку енергії (вектор Пойнтінга) на відстані r від джерела радіо хвиль (рис.1), грунтуючись на тому, що випромінювана енергія рівномірно розподіляється по поверхні сфери радіуса r. Висловлюючи потужність випромінювача у Вт, а лінійні розміри - в м, отримаємо для чисельного значення вектора Пойнтінга вираз Рис.1. До визначення напруженості поля хвилі, створюваної ізотропним випромінювачем В ухваленій системі одиниць середнє за період чисельне значення вектора Пойнтінга виражається формулою Рис. 2. Діаграми спрямованості антен, спрямованої (А) і ізотропного (В). У реальних умовах ізотропні випромінювачі, звичайно, не застосовуються, а використовуються антени, що володіють спрямованим дією. Запропонуємо, що поруч розташовані спрямована А і ізотропний У антени. На рис. 2 схематично діаграми спрямованості обох антен. Ізотропна антена, як і слід було очікувати, має кругової діаграмою спрямованості Якщо обидві антени випромінюють однакові потужності Р1, то ясно, що в пункті прийому, який досить віддалений від антен і на який орієнтована спрямована антена, велика напруженість поля створюється від спрямованої антени, так як вона концентрує випромінювану енергію в бажаному напрямку. Будемо поступово збільшувати подводимую до ізотропного антени потужність до тих пір, поки вона не створить таку ж полі, що і спрямована антена. Множник D1, що показує, у скільки разів слід збільшити потужність, що підводиться до ізотропного антени, щоб вона створювала таку ж напруженість полі, що й спрямована, носить назву коефіцієнта спрямованості або коефіцієнта підсилення. Таким чином, спрямована антена по створюваної нею в місці прийому напруженості поля еквівалентна ізотропної антени, яка випромінює в D1 разів більшу потужність. Це дозволяє представити формулу для напруженості поля, що створюється у вільному просторі спрямованої антеною, в наступному вигляді: Одиниці виміру величин, що входять до формули (1.5) - (1.7), не дуже зручні для практичного застосування, тому що напруженість поля виражена в В / м, а відстань - в м. Висловлюючи потужність в кВт, відстань - в км, а напруженість поля - в мв / м, отримуємо Протягом довгого часу умови розповсюдження хвиль було прийнято оцінювати напруженістю електричного поля, створюваного передавачем в місці прийому. Такий критерій був більш-менш виправданий в умовах, коли радіозв'язок здійснювалася в діапазоні довгих, середніх і, частково, коротких хвиль. Ступінь спрямованості антени характеризується її коефіцієнтом спрямованості D (або посиленням) стосовно ізотропному випромінювача коротких хвиль. У зв'язку з широким застосуванням в останні роки діапазону УКХ більш раціонально характеризувати умови прийому потужністю, створюваної на вході приймального пристрою, бо чутливість сучасних прийомних пристроїв прийнято виражати потужністю на вході, необхідної для впевненого прийому сигналів. Для цього необхідно знати спрямованої антени D2. Однак ця обставина не обмежує область застосування такого методу, так як спрямованість передавальної антени D1 також повинна бути відома. Нарешті, щоб виключити конкретні типи антен, можна припустити, що обидві антени ізотропні, тобто D1 = D2 = 1. Наочне уявлення про розподіл енергії хвиль дає амплітудна характеристика спрямованості, обумовлена ​​залежністю амплітуди напруженості створюваного антеною поля (або величини, їй пропорційною) від напрямку в просторі. Напрямок визначається азимутальних (j) і меридіональним (q) кутами сферичної системи координат. При цьому полі вимірюється на одному і тому ж (досить великому) відстані r від антени і передбачається, що втрати в середовищі відсутні. Графічне зображення характеристики спрямованості називають "діаграмою спрямованості". Спрямовану дію антени часто оцінюють за кутом розчину діаграми спрямованості, який також називають шириною діаграми. Під шириною 2q0, 5 діаграми (головного пелюстка) мають на увазі кут між напрямками, уздовж яких напруженість поля зменшується в разів, у порівнянні з напруженістю поля в напрямку максимуму випромінювання, а потік потужності відповідно зменшується вдвічі. У деяких випадках під шириною 2q0 увазі кут між напрямками (найближчими до напрямку максимуму), вздовж яких напруженість поля дорівнює нулю. Коефіцієнт спрямованої дії у напрямку максимального випромінювання для реальних антен досягає значень від одиниць до багатьох тисяч. Він показує той виграш в потужності, який можна отримати за рахунок використання спрямованої дії антени, але він не враховує можливих втрат у спрямованої антени. Для судження про виграш, даваемом антеною, при обліку як її спрямованої дії, так і втрат у ній служить параметр, званий коефіцієнтом підсилення антени. Він дорівнює добутку КНД на ККД: Таким чином, коефіцієнт посилення показує, у скільки разів потрібно зменшити (або збільшити) потужність, що підводиться до спрямованої антени, в порівнянні з потужністю, що підводиться до ідеальної ненаправленной антени без втрат, для того щоб отримати однакову напруженість поля у цьому напрямку. Якщо не робиться спеціальних застережень, то під коефіцієнтом посилення (так само, як і під коефіцієнтом спрямованої дії) мається на увазі його максимальне значення, відповідне напрямку максимуму діаграми спрямованості. Розрахунки діючих значень напруженості виконуються за методикою [2] при завданні випромінюваних потужностей, КНД і нормованих ДН передавальних антен у вертикальній і азимутальній площинах. При цьому враховуються рівні бічних пелюсток ДН, а також рельєф місцевості та висоти будинків. При проектуванні й експлуатації сучасних радіотехнічних об'єктів важливо враховувати ПДУ впливу електро-магнітних полів (ЕМП) на здоров'я людей. У таблиці наведені значення ПДУ для деяких частот.

Частота МГц	48,4	88,4	192	300
ПДУ, в / м	5,0	4,0	3,0	2,5

Розрахунок напруженості поля в околицях ІОРТПЦ Напруженість поля для кожного з передавачів ІОРТПЦ, всього їх сім, розраховує комп'ютерна програма, яку ми написали в результаті нашої наукової роботи на мові TURBO PASCAL 7.0. Програма розроблена таким чином, що в неї входить чотири типи антен: перший тип - антенна решітка з коефіцієнтом b, рівним 2p; другий тип - антенна решітка з коефіцієнтом b, рівним 1.3p; третій тип антени - це полуволновой вібратор; четвертий тип визначає сам користувач - вводить формулу функції F (a) для конкретної антени. У програму вводяться вихідні дані: потужність P в кВт, коефіцієнт посилення передавальної антени D; висота фазового центру від підстави опори Н в м; R-відстань від фазового центру опори до точки спостереження з висотою h від основи опори, в м і кількість точок, де були проведені вимірювання напруженості поля. Потім програма проводить розрахунок і виводить на екран систему координат, де будується графік залежності напруженості поля, в мкВ / м, від відстані, в км. Ми бачимо, що з збільшенням відстані від ретранслятора графік убуває, а також на графіці можуть бути видно незначні скачки випромінювання напруженості поля, це залежить від рельєфу даної місцевості. На деякій висоті, де встановлений передавач, знаходиться щит, який знижує випромінювання передавача до деякої відстані r <300 м. Так як в цьому радіусі розташований пункт спостереження за радіо і телемовленням. На малюнку 8 побудований приблизний графік, який може зобразити нам комп'ютерна программа. Розрахунок напруженості поля в близи зони Усольского радіотелецентр Напруженість поля в близи Усольского району розраховує комп'ютерна програма, написана на мові TURBO PASCAL 7.0. У програму входить чотири типи антен: перший тип - антенна решітка з коефіцієнтом b, рівним 2p; другий тип - антенна решітка з коефіцієнтом b, рівним 1.3p; третій тип - це полуволновой вібратор; четвертий тип визначає сам користувач - вводить функцію F (a ) для конкретної антени. У даному випадку використовується антена типу 3-х елементний хвильовий канал з круговою поляризацією, спрямована на місто. Дані вимірювання напруженості поля вказані в таблиці. Графік залежності напруженості поля Ед, мВ / м від відстані R, км, побудований на рис. 10. Як ми бачимо, зі збільшенням відстані від ретранслятора напруженість поля убуває. На графіку максимальна відстань 18 км. Рис.10 Порівняння результатів вимірювання та розрахунків Усольского радіотелецентр. Таблиця № 1.

Відстань від ретранслятора, км	Напруженість поля, мкВ / м
	Розрахункові дані	Експериментальні дані
2	4741,5	4466
2,4	3209,2	19952
2,5	2992	12590
4	1237,1	12045
5	767,9	3183
5,5	648	3980
6	537,8	2089
7	397,5	1351
8	305,6	1995
9	242,2	2339
11	162,9	229,5
15	93,6	890

У таблиці вказані розрахункові дані, які розрахувала комп'ютерна програма і експериментальні, які були виміряні спеціальним приладом. Якщо порівняти дані отримані в результаті розрахунку і експериментальні, то вони дещо відрізняються один від одного. Експериментальні дані більше, ніж розрахункові, це може залежати від рельєфу даної місцевості. Також вплинуло те, що в розрахунках не враховувалася ДН передавальної антени в азимутальній площині. ДОДАТОК Додаток 1 - програма розрахунку напруженості поля. uses crt, graph, omenu; const f_fi = 1; NBg = {blue} 1; NFg = {white} 15; HBg = {white} 15; HFg = {black} 0; BC = {black} 0; SC = { lightcyan} 11; col = 200; delta_rm = 90; var vf: text; VMenu: OVMenu; HMenu: OHMenu; HVMenu: OHVMenu; p, d, hb, em: real; i, j, choice, errc, a, x , Hmenu_choice, len: integer; rm: longint; ord: array [1 .. col] of real; del: array [1 .. 10] of real; delstr, si, AStr, vstr: string; ch, rk: char ; input_is: boolean; {Процедури введення даних} procedure input_value (xi, yi: integer; var zn: real); begin vstr :=''; while rk <> # 13 DO begin rk: = readkey; if (((rk > # 47) and (rk <# 58)) or (rk = # 46)) and (len <10) then begin vstr: = vstr + rk; len: = length (vstr); gwritexy (xi + len, yi +1, rk, 3,2); end; end; val (vstr, zn, errc); end; procedure input; begin gwritexy (1,5, 'Потужність:', 3,2); input_value (11,4 , p); readln; gwritexy (1,6, 'К. у. антени:', 3,2); input_value (1,6, d); readln; gwritexy (1,7, 'Висота передавальної антени:', 3,2), input_value (1,7, hb); readln; end; {Функція виводить осн. меню на екран і повертає номер обраного пункту меню} Function ddt: integer; begin HVMenu.init; gwritexy (0,1,'', 0,0); HVMenu.SetHorItems (00,00,80,01, NBg, NFg, HBg, HFg, BC, SC, 1,1, BorderOn, ShadowOff, 'File | Антена'); HVMenu.SetVerItems (01,00,01,10,03, NBg, NFg, HBg, HFg, BC, SC, 4 , 1, BorderOn, ShadowOff, 'Дані | Вихід') HVMenu.SetVerItems (2,6,01,29,04, NBg, NFg, HBg, HFg, BC, Sc, 4,1, BorderOn, ShadowOff, 'Ант . решітка № 1 - 1,3 | Ант. решітка № 2 - 2 | Диполь '); HMenu.EraseOK: = False; X: = HVMenu.MenuResult (false, true); ddt: = x; end; {Функції розрахунку напруженості} function f_alfa: real; begin case choice of 1: f_alfa: = (1 +2 * cos (1.3 * pi * sin (arctan ((hb) / rm ))))/ 3; 2: f_alfa: = (1 +2 * cos (2 * pi * sin (arctan ((hb) / rm ))))/ 3; 3: f_alfa: = (cos (pi / 2 * sin (arctan ((hb) / rm))) / cos (arctan ((hb) / rm))); end; end; function Rb: real; begin rb: = rm / sin (arctan (hb / rm)); end; function E2: real; begin E2: = 30 * p * d * sqr (f_alfa) * sqr (f_fi) / sqr (Rb); end; {Заповнення масиву ординат} procedure ordinates; begin rm: = 1; for i: = 1 to col do begin rm: = rm + delta_rm; ord [i]: = 1000 * SQRT (E2); {х1000, тому що од. ізм. - МВ / м} end; end; {Максимальне значення напруженості} procedure E_maximum; var i: integer; max: real; begin Max: = ord [1]; if col> 1 then for i: = 2 to col do if ord [i]> Max then Max: = ord [i]; if max = 0 then max: = 1; Em: = max; end; {Збереження результатів розрахунку в файл "results.txt"} procedure ToFile; begin assign (vf , 'results.txt'); rewrite (vf); rm: = 0; for i: = 1 to col do begin rm: = rm + delta_rm; writeln (vf, rm, 'm', '-', ord [ i]: 0:5, 'mV / m'); end; end; {Ініціалізація графіки} procedure grinit; var grDriver: Integer; grMode: Integer; ErrCode: Integer; begin grDriver: = Detect; InitGraph (grDriver, grMode, 'c: bpbgi'); ErrCode: = GraphResult; if ErrCode <> 0 then Writeln ('Graphics error:', GraphErrorMsg (ErrCode)); end; procedure drawcoords; {Осі координат} begin setcolor (darkgray); {Oy} line (100,445,100,30); line (99,445,99,30); line (99,30,96,35), line (100,30,103,35); outtextxy (25,23, 'Е, мВ / м') ; {Ox} line (95,440,515,440); line (95,441,515,441); line (515,440,510,437); line (515,441,510,444); outtextxy (525,445, 'R, м'); end; procedure drawgrid; {Сітка} begin setcolor (lightgray); { Горизонтальна} j: = 40; for i: = 1 to 10 do begin line (100,440-j ,500,440-j); j: = j +40 end; {Вертикальна} j: = round (80/ln (1.91)) ; for i: = 1 to 6 do begin line (100 + round (j), 440,100 + round (j), 40); j: = j + round (80/ln (i +1.8)) end; end; procedure values; {Розмітка сітки} begin {По вертикалі} del [1]: = em/10; {Ціна розподілу} for i: = 2 to 10 do del [i]: = del [1] + del [i-1] ; setcolor (darkgray); outtextxy (90,445, "0"); j: = 40; for i: = 1 to 10 do begin str (del [i]: 0:1, delstr); outtextxy (90-length (delstr ) * 8,438-j * i, delstr) end; {По горизонталі} j: = 95 + round (80/ln (1.91)); outtextxy (j, 445, '3 ") j: = j + round (1980 / ln (2.8)); outtextxy (j, 445, '6 '); j: = j + round (80/ln (3.8)); outtextxy (j, 445, '9'); j: = j + round (80/ln (4.8)); outtextxy (j, 445, '12 '); j: = j + round (80/ln (5.8)); outtextxy (j, 445, '15'); j: = j + round (80/ln (6.8)); outtextxy (j, 445, '18 '); end; {Побудова графіка} procedure drawgrafic; var dlt: integer; x1, x2, y1, y2: integer; begin setcolor (choice +1); x1: = 100-round (2/ln (1.91));; for i: = 1 to col do begin y1: = 440-round (400 * ord [i] / em); y2: = 440 -round (400 * ord [i +1] / em); if (i> = 1) and (i <40) then begin x1: = x1 + round (2/ln (1.91)); x2: = x1 + round (2/ln (1.91)); end; if (i> = 40) and (i <80) then begin x1: = x1 + round (2/ln (3.71)); x2: = x1 + round (2 / ln (3.71)); end; if (i> = 80) and (i <120) then begin x1: = x1 + round (2/ln (5.51)); x2: = x1 + round (2/ln ( 5.51)); end; if (i> = 120) and (i <160) then begin x1: = x1 + round (3/ln (7.31)); x2: = x1 + round (3/ln (7.31)) ; end; if (i> = 160) and (i <= 200) then begin x1: = x1 + round (4/ln (9.11)); x2: = x1 + round (4/ln (9.11)); end ; line (x1, y1, x2, y2), line (x1, y1-1, x2, y2-1), line (x1, y1-2, x2, y2-2), delay (20), end; end ; {Графічні процедури} procedure drawing1st; {ініціалізує графіком, готує екран} begin grinit; setbkcolor (15); cleardevice; setcolor (darkgray); rectangle (10,10, getmaxx-10, getmaxy-10); drawgrid; drawcoords; end ; procedure drawing2nd; {Виводить графік на екран} begin drawgrafic; readln; closegraph; end; begin ClrScr; {Input;} p: = 100; d: = 8; hb: = 127; grinit; repeat cleardevice; i: = 2 ; repeat a: = ddt; until a <> 0; Hmenu_choice: = a div 100; Case Hmenu_choice of 1: begin choice: = a mod 100; if choice = 2 then break else begin input; input_is: = true; end; end; 2: if not (input_is) then begin gwritexy (17,10, '! Спочатку необхідно ввести данн!', 5,1); ch: = readkey; continue; {end else begin choice: = a mod 100; Drawing1st ; Ordinates; E_Maximum; ToFile; Values; Drawing2nd;} end; end; until false; HVMenu.Done; cleardevice; closegraph; write (p: 1:2, '', d: 1:2, '', hb: 1 : 2); end. Додаток 2 - таблиця вимірювання напруженості поля поблизу Усольского ретранслятора.

Місця проведення вимірювань	Відстань	Спрямована антена		Кругова антена
	км	Е (відео), мкВ / м	Е (звук), мкВ / м	Е (відео), мкВ / м	Е (звук), мкВ / м
1.Тайтурка	11	178	112	316	200
2.Средняя	11	280	126	708	354
3.Мальта	6	630	354	1412	708
4.Белореченск	7	707	446	1258	708
5.Тракт	2	4466	1995	25118	7080
6.Зелений гір. ул.Енергетіков	4	17780	5010	2512	1412
7.Зелений гір. вул.Фурманова	2,5	12590	4466	5012	1122
8.У-С. Міськлікарня	5,5	3980	1258	2238	1258
9.У-С. вул. Горького	6	3548	1122	1778	890
10. У-С. вул.Крупської	5	3548	1412	2623	1238
11. У-С. ж / д. перехід	2,4	19952	7080	5623	2238
12. У-С. площа	4	6310	1995	2512	1122
13. У-С. Комсомольський пр-т	5	2818	708	1778	890
14. У-С. мр-н Привокзальний	7	1995	708	708	400
15. У-С. Ленинский пр-т	8	1995	794	890	446
16. У-С. Восточ. околиця	9	2339	630	708	500
17. Тельма, Зап. околиця	15	890	354	446	224