4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В МЕСТАХ РАЗМЕЩЕНИЯ РАДИОСРЕДСТВ, РАБОТАЮЩИХ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 700 МГц - 300 ГГц

Методические указания МУК 4.3.680 - 97

Издание официальное

Минздрав России Москва 1998

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В МЕСТАХ РАЗМЕЩЕНИЯ РАДИОСРЕДСТВ, РАБОТАЮЩИХ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 700 МГц - 300 ГГц

Методические указания МУК 4.3.680 - 97

Издание официальное

Минздрав России Москва 1998

МУК 4.3 680-97

^обл (0)' нормированная ДН облучателя по мощности (величина безразмерная);

0,R - сферические координаты расчетной точки.

Существенно отметить, что КНД и ДН апертуры являются функциями расстояния R, а эти же параметры облучателя не зависят от R, т.к. расчетная точка по отношению к облучателю всегда находится в волновой зоне.

4.3.    Закон распределения амплитуды поля по апертуре усредненной модели антенн принят в виде:

-    для круглой апертуры f(r) = а + (1 -a)[l -(2r / d)²], (4.4)

-    для квадратной апертуры f(x) = a + (l - a) cos(7rx / а), (4.5) где a = 0,316;

г - текущее значение координаты на диаметре апертуры;

х - текущее значение координаты вдоль любой стороны квадрата;

а - сторона квадрата;

d - диаметр апертуры.

4.4.    Вне углов сектора перехвата энергии облучателя зеркалом функция F_O6jI(0) считается неизменной и равной 0,316. Следовательно в этом случае Fq^O) = 0,1. Такое усреднение функции Робл (0) позволяет отказаться от введения в расчетные формулы коэффициентов, учитывающих влияние вспомогательных конструкций и влияние земли.

С учетом этого формула (4.3) записывается в таком виде:

Вт/м².

4.5. Методика расчета ДН антенны предполагает использование переменных и и х, которые записываются в виде: u = (mlsinO) IX- для круглой апертуры,

(4.7)

(4.8)

R_rp = 2d² Гк- для круглой апертуры;    (4.9)

R_rp = 2а² / X - для квадратной апертуры.    (410)

Переменные и и х принято называть обобщенными координатами. Величину х часто называют относительным расстоянием.

4.6.    С учетом введения обобщенных координат и и х формула (4.2) приводится к виду:

^Па=Т^^г °° “^^f2(^u’^x)’ ^Вт/м2-    ^(4Л1)

4.7.    Перевод размерности ППИ Вт/м² в мкВт/см² осуществляется умножением выражений (4.6) и (4.11) на 100.

4.8.    Переход от абсолютных значений размерности ППИ к относительным (децибелам относительно 1 мкВт/см²) позволяет записать выражения (4.6) и (4.11) в виде:

Р7.²    в( х)

П_А = lOlg-pr+lOlgD,, + 20lg —^ + 20lgF(u,x) + 3,дБ, (4.12)

ⁿ°6„=^101g—T + ^101gD°6„+¹⁽⁾, ДБ,    (4.13)

где В(х) - функция, учитывающая изменение КНД в зависимости от относительного расстояния; F(u,x)-нормированная ДН в координатах и, х. Прочие величины, входящие в (4.12) и (4.13) определены выше.

Формула (4.12) справедлива как для круглой апертуры, таки для квадратной. В случае ее применения для квадратной апертуры в знаменателе первого слагаемого параметр d (диаметр) заменяется на а (сторона квадрата).

4.9.    Функция 20lg[B(x) / х] в области х<0,2 является осциллирующей. При х > 0,2 она изменяется монотонно. В силу специфики задачи оценки ЭМО осциллирующая часть функции заменяется огибающей ее максимумов. На рис.4 приведена эта функция для антенн с круглой и квадратной апертурами. В области х > 1 функция 201g[B(x)/х] = -201gx.

4.10.    Функция F(u,x) сильно осциллирующая. На рис. 5...8 приведены графики гарантированных огибающих этих функций для антенн с круглой и квадратной апертурами для фиксированных значений х. При значениях х > 1, что соответствует дальней зоне, необходимо пользоваться огибающими для х = 1.

Для удобства практических расчетов гарантированные огибающие табулированы (таблицы 4...7).

4.11.    Функция F(u,x) рассчитывалась апертурным методом - численным интегрированием полей элементарных излучателей (элементов Гюйгенса), расположенных по всей апертуре. В случае круглой апертуры учитывалось затенение апертуры облучателем. Учет затенения осуществлялся исключением интегрирования полей элементов Гюйгенса, расположенных в центре апертуры внутри круга с диаметром d_T. В методике принято, что коэффициент затенения d_T / d = 0,1 (d_T- диаметр "теневого диска", d - диаметр апертуры).

1    -X = 0,005

2    - х = 0,010

3    - х = 0,020

4    - х = 0,030

5    - х = 0,040

6    - х = 0,050

7    - х = 0,100

8    - х = 0,150 9-х = 1,000

F(u,x), дБ

Рис.7. Функция F(u,x) - квадратная апертура, u = 0...100

100    120    140    160    180    200    220    240    260    280    300

О -10 -20 -30 -40 -50 -60

Функция F(u,x) - круглая апертура, u = 0...100

Функция F(u,x) - круглая апертура u = 100...760

Функция F(u,x) - квадратная апертура u = 100...760

МУК 4.3.680-97

4.12.    Графики гарантированных огибающих, приведенные на рис.5...8, и таблицы значений огибающих являются универсальными, т.е. они справедливы для любых апертур при условии, что их линейные размеры существенно превышают длину волны. Использование таблиц для определения значений огибающих при произвольных и предполагает проводить линейную интерполяцию соответствующих участков.

4.13.    Величина О_06лдБ = 101gD_O6n определяется ДН облучателя. График зависимости D_o&1JlB(v|/₀) для усредненной модели антенны приведен на рис.9. Если величина у₀ не задана, то ее можно определить по формуле: у₀ = 2arctg(d / 4f) , где f - фокусное расстояние.

Большинство осесимметричных антенн имеют 2vy₀ = 150...210°. В тех случаях, когда величина у₀ или f неизвестна, для оценочного расчета ППИ можно принять 2vj/₀ = 180° для осесимметричных антенн и 2vp₀ = 90° для осенесимметричных.

Ообл,дБ

Vo

ББК 32.848 (О 62)

УДК 621.396.61.029.6/537.63

О 62 Определение плотности потока излучения электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 700 МГц - 300 ГГц: Методические указания.-М: «Интерсэн» 1998.-40 с.

1.    Разработаны Бузовым А.Л., Романовым В.А. (Самарский отраслевой научно-исследовательский институт радио Государственного Комитета Российской Федерации по связи и информатизации), и Кубановым В.П., Сподобаевым Ю.М. (Поволжский институт информатики, радиотехники и связи Государственного Комитета Российской Федерации по связи и информатизации).

2.    Представлены Госкомсвязи России письмом от 27 мая 1997 года №НТУОТ-1/058. Одобрены Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Минздраве России.

3.    Утверждены и введены в действие Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации от 11 ноября 1997г.

4.    Введены взамен методических указаний «Определение плотности потока электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 700 МГц - 30 ГГц», МУК 4.3.043-96.

ISBN 5-89834-009-2    ©    Минздрав России

© Центр санэпиднормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России

МУК 4.3.680 - 97

4.14.    Термины "облучатель", "ДН облучателя", "КНД облучателя" в методике применяется как собственно к облучателю в однозеркальных ПА, так и к системе "облучатель - вспомогательное зеркало" в двухзеркальных антеннах.

4.15.    Дифракционные явления на кромках зеркала и вспомогательных конструкциях антенны не учитываются.

4.16.    Расчет суммарной ППИ в секторе углов 9 < р осуществляется по формуле:

П = 10^Палб/,° ₊10^п«'^^/|° ,    (4.14)

где П_АдН и П_№дВ вычисляются по формулам (4.12) и (4.13);

Р = 90° - для длиннофокусных антенн (\(/₀ < 90°);

P = 180°-i(/₀ - для короткофокусных антенн (у₀ > 90°).

4.17.    Для сектора углов 9 > р расчет ППИ следует выполнять следующим образом:

-    рассчитывается коэффициент защитного действия т_а по формуле:

т_а = -7,33- 101gD_o -201gsin^-^-j , дБ;    (4.15)

-    вычисляется П(9) - величина ППИ при 9 = 9°;

-    вычисляется П(Р) - величина ППИ при 9 = Р ;

-вычисляется П(189) - величина ППИ при 9 = 189° по формуле:

т,

П(180) = П(0)• 10“ ;    (4.16)

-    рассчитывается ППИ в заданной точке по формуле:

П(9) = 10    ,    мкВт/см².    (4.17)

4.18.    Для относительных расстояний х < 9,995 расчет ППИ следует выполнять следующим образом:

-    вычисляется П(9,995) - величина ППИ при х = 9,995;

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1.    Область применения............................................................. 4

2.    Сущность метода................................................................... 5

3.    Краткая характеристика источников излучения................ 5

4.    Методика расчета ППИ апертурных антенн...................... 8

5.    Порядок расчета ППИ в произвольной точке

горизонтальной плоскости................................................. 21

6.    Примеры расчета.................................................................. 24

7.    Инструментальный контроль уровней электромагнитных

полей технических средств РРСП ПВ, ТРРСП и ССП .... 35 Список сокращений и обозначений................................... 40

з

«УТВЕРЖДАЮ»

Главный государственный санитарный врач Российской Федерации

Г.Г. Онищенко

11 ноября 1997 года МУК 4.3.680 - 97

Дата введения: с момента утверждения

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В МЕСТАХ РАЗМЕЩЕНИЯ РАДИОСРЕДСТВ, РАБОТАЮЩИХ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 700 МГц - 300 ГГц

Методические указания

1. Область применения

Методические указания составлены в помощь инженерам органов и учреждений санитарно-эпидемиологической службы, инженерно-техническим работникам, проектным организациям средств связи с целью обеспечения предупредительного санитарного надзора за источниками излучения технических средств радиорелейных систем прямой видимости (РРСП ПВ), тропосферных радиорелейных систем (ТРРСП) и спутниковых систем (ССП) радиовещания, телевидения и радиосвязи диапазона частот 700 МГц - 300 ГГц, определения границ санитарно-защитных зон и зон ограничения застройки, а также для прогнозирования уровней электромагнитного поля (ЭМП) при выборе мест размещения этих средств.

Издание официальное. Настоящие методические указания не могут быть полностью или частично воспроизведены, тиражированы и распространены без разрешения Департамента госсанэпиднадзора Минздрава России.

2. Сущность метода

Названные системы предназначены для передачи различных сообщений и работают, как правило, в непрерывном режиме. Конструкции антенн довольно разнообразные, но практически все они относятся к классу апертурных. Все апертурные антенны имеют многолепестковые диаграммы направленности (ДН), что определяет сложную структуру ЭМП вблизи радиотехнических объектов (РТО).

Методика расчетного прогнозирования ЭМП вблизи технических средств радиорелейных и спутниковых систем передачи базируется на концепции усредненной модели антенны: распределение в раскрыве круглой антенны - «парабола на пьедестале», в раскрыве квадратной антенны - «косинус на пьедестале»; уровень возбуждения основного зеркала в направлении его кромки - минус 10 дБ; затенение круглой апертуры - 10% по диаметру; боковое излучение облучателя - на уровне минус 10 дБ от максимума. Такая модель достаточно хорошо описывает характеристики реальных антенн радиосистем. Основные положения методики и расчетные формулы приведены в разделе 4.

3. Краткая характеристика источников излучения

3.1.    Частотные и энергетические характеристики некоторых типов оборудования, геометрические и электрические параметры антенн РРСП ПВ приведены в таблице 1.

3.2.    В таблице 1 использованы общепринятые обозначения антенн: РПА - рупорно-параболическая антенна; АДЭ - антенна двухзеркальная с эллиптическим переизлучателем (число после аббревиатуры - диаметр апертуры в метрах); ПАС - перископическая антенная система; ПА - параболическая антенна.

3.3.    Антенну РПА можно рассматривать как квадратную апертуру с размерами 2,7 х 2,7м².

МУК 4.3.680 - 97

Антенна АДЭ имеет несколько модификаций, отличающихся диаметром и углом раскрыва основного зеркала:    АДЭ-5,

АДЭ-3,5 и АДЭ-2,5.

У основной модификации ПАС апертуру верхнего зеркала можно считать кругом с диаметром 3,9 м.

Таблица 1

Характеристика типового оборудовании РРСП ПВ

3.4.    Некоторые частотные и энергетические характеристики типового оборудования, а также геометрические и электрические параметры антенн ТРРСП приведены в таблице 2.

3.5.    Некоторые частотные и энергетические характеристики земных станций (ЗС) ССП приведены в таблице 3.

3.6.    Антенны передающих ЗС, как правило, имеют диаметр от 1,5 до 30 метров. Если максимальный коэффициент направленного действия (КНД) неизвестен, то его можно рассчитать по формуле:

МУК 4.3.680 -97

D₀ =4nSk/X\    (3.1)

где X - длина волны, S - площадь апертуры, к - коэффициент использования поверхности, равный 0,6...0,7.

Для антенн больших диаметров, когда d / Л. > 100 (d -диаметр антенны) величина коэффициента направленного действия может быть рассчитана по формуле:

D₀ « 20lg(d /Х) + 7,7 , дБ.    (3.2)

Характеристика типового оборудования ТРРСП

Характеристика типового оборудования ССП

3.7. Антенны РРСП ПВ, ТРРСП и ССП по принципу действия рассматриваются как излучающие отверстия (апертуры) круглой или квадратной формы. Площадь апертуры существенно превышает квадрат длины волны излучаемого ЭМП.

МУК 4.3.680 - 97

3.8.Данные, приведенные в таблицах 1...3, следует рассматривать как дающие самые общие представление об оборудовании. На реальных линиях телекоммуникаций в настоящее время применяется очень много разновидностей радиооборудования как отечественного, так и зарубежного.

4. Методика расчета ППИ апертурных антенн

4.1.    Плотность потока излучения (ППИ), создаваемая апертурной антенной в расчетной точке (рис.1) определяется по формуле:

П = П_А+П_06л, Вт/м²,    (4.1)

где П^-апертурная составляющая ППИ (рис.2);

Поел ‘ составляющая ППИ, определяемая непосредственно излучением облучателя (рис.З).

4.2.    В предположении осевой симметрии ДН облучателя и антенны ППИ не зависит от координаты ср. При этом составляющие и П_06я записываются в виде:

где Р - мощность, излучаемая антенной, Вт;

D₀-КНД антенны в направлении максимального излучения в волновой зоне (величина безразмерная);

B²(R) - функция, учитывающая изменение КНД по мере перехода расчетной точки из ближней зоны в волновую (величина безразмерная);

F²(0,R)- нормированная ДН антенны по мощности (величина безразмерная);

D_06ji - КНД облучателя в направлении его максимального излучения (величина безразмерная);