Государственное санитарно-эпидемиологическое нормирование Российской Федерации

Определение уровней электромагнитного
поля, создаваемого излучающими
техническими средствами телевидения,
ЧМ радиовещания и базовых станций
сухопутной подвижной радиосвязи

Методические указания
МУК 4.3.1677-03

Минздрав России
Москва 2003

1. Разработаны сотрудниками Самарского отраслевого научно-исследовательского института радио Министерства Российской Федерации по связи и информатизации (А.Л. Бузовым, С.Н. Елисеевым, Л.С. Казанским, Ю.И. Кольчугиным, В.А. Романовым, М.Ю. Сподобаевым, Д.В. Филипповым, В.В. Юдиным).

2. Представлены Минсвязи России (письмо № ДРТС-2/988 от 02.12.02). Одобрены комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Минздраве России.

3. Утверждены и введены в действие Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации от 29.06.03.

4. Введены взамен МУК 4.3.045-96 и МУК 4.3.046-96 (в части базовых станций).

	УТВЕРЖДАЮ
	Главный государственный санитарный врач Российской Федерации, Первый заместитель Министра здравоохранения Российской Федерации Г.
	Г. Онищенко
	Дата введения: с момента утверждения

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Определение уровней электромагнитного поля,
создаваемого излучающими техническими средствами
телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций
сухопутной подвижной радиосвязи

Методические указания МУК 4.3.1677-03

Назначение и область применения

Методические указания предназначены для применения специалистами центров государственного санитарно-эпидемиологического надзора, инженерно-техническими работниками, проектными организациями, операторами связи в целях обеспечения санитарно-эпидемиологического надзора за источниками излучения.

Методические указания устанавливают методики определения (расчета и измерений) уровней электромагнитного поля (ЭМП), излучаемого техническими средствами телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи в диапазоне 27-2400 МГц в местах их размещения.

Документ введен взамен МУК 4.3.04-96 и МУК 4.3.046-96 (в части базовых станций). Отличается от прежних документов тем, что содержит методику расчета уровней ЭМП для произвольных расстояний от антенн, включая ближнюю зону, с учетом подстилающей поверхности и влияния различных металлоконструкций.

Методические указания не распространяются на средства связи, содержащие апертурные антенны.

1. Общие положения

Определение уровней ЭМП проводится с целью прогнозирования и определения состояния электромагнитной обстановки в местах размещения излучающих объектов телевидения, ЧМ вещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи.

Расчетное прогнозирование проводится:

При проектировании передающего радиотехнического объекта (ПРТО);

При изменении условий размещения, характеристик или режимов работы технических средств действующего ПРТО (изменение расположения антенн, высот их установки, направлений излучения, мощности излучения, схемы антенно-фидерного тракта, застройки прилегающих территорий и т. п.):

В случае отсутствия материалов расчетного прогнозирования электромагнитной обстановки ПРТО;

При сдаче ПРТО в эксплуатацию (при внесении изменений в проект относительно его первоначального варианта, для которого осуществлялось расчетное прогнозирование).

Измерения проводятся:

При сдаче ПРТО в эксплуатацию;

В порядке плановых контрольных измерений не реже одного раза в три года (в зависимости от результатов динамического наблюдения периодичность проведения измерений уровней ЭМП может быть сокращена по решению соответствующего центра Госсанэпиднадзора, но не чаще, чем один раз в год);

При изменении условий размещения, характеристик или режимов работы технических средств действующего ПРТО;

После проведения защитных мероприятий, направленных на снижение уровней ЭМП.

В методике расчетного прогнозирования определены следующие способы расчета уровней ЭМП:

Непосредственно по току в проводниках антенны (предварительно рассчитанному);

По диаграмме направленности (ДН) антенны, которая определяется по распределению тока в проводниках антенны;

По паспортным ДН антенны.

Для тех случаев, когда антенна представляет собой антенную решетку, в качестве элементов которой используются излучатели неизвестной конструкции с известными ДН, предусмотрена возможность расчета ДН такой решетки.

Расчет уровней ЭПМ непосредственно по току выполняется для относительно малых расстояний от антенны (в ближней и промежуточной зонах), расчет по ДН - для относительно больших расстояний (в дальней зоне). Паспортные ДН используются при отсутствии сведений о конструкции антенны.

Распределение тока по проводникам антенны находятся решением электродинамической задачи методом интегрального уравнения. При этом антенна представляется в виде системы определенным образом расположенных и ориентированных в пространстве проводников.

В методике расчета уровней ЭПМ предусмотрены:

Возможность учета подстилающей поверхности на основе двухлучевой модели распространения радиоволн в предположении, что подстилающая поверхность не влияет на распределение тока в проводниках антенны;

Возможность учета влияния металлоконструкций на основе определения тока, наведенного на них полем антенны.

Исходными данными для учета ЭПМ служат геометрические параметры антенны в виде набора координат концов проводников, геометрические и электрофизические параметры подстилающей поверхности, технические характеристики радиопередающих средств.

Орт оси аппликат базовой системы координат;

Орт указывающий направление из геометрического центра зеркального изображения антенны в точку наблюдения.

При наличии как влияющих металлоконструкций, так и подстилающей поверхности вектор напряженности электрического поля определяется по , где:

1) определяется аналогично тому, как это делается в случае наличия только подстилающей поверхности - по , где определяется по , а - по ;

2) определяется аналогично тому, как определяется эта величина в - по току в проводниках металлоконструкций с той лишь разницей, что поле в точках коллокации на проводниках металлоконструкций определяется (с последующим определением проекции вектора на положительное направление проводника металлоконструкции) с учетом подстилающей поверхности так же, как это делается при определении .

2.3.4. Расчет уровней электромагнитного поля по паспортным диаграммам направленности

Расчет уровней ЭМП выполняется в основном так же, как в . Разница состоит в следующем:

1) вместо ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях, рассчитанных по току антенны, используются нормированные амплитудные паспортные ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях - и соответственно; если паспортные ДН не нормированы и даны в относительных единицах («в разах»), их нормировка выполняется аналогично тому, как это делается в ; если паспортные ДН даны в дБ (ДН вертикальной и горизонтальной плоскостях- и , соответственно), то ДН и определяются по формулам:

Где(2.30)

- максимальное значение ДН

2) сферические координаты точки наблюдения (углы θ, φ расстояние R ) определяются не относительно геометрического центра антенны (как в ), а относительно точки, принимаемой за фазовый центр антенны (т. е. сферические координаты определяются в сферической системе, начало которой совмещено с указанной точкой); аналогичным образом определяются сферические координаты для зеркального изображения антенны - в сферической системе, начало которой совмещено с зеркальным изображением точки, принимаемой за фазовый центр антенны;

3) КНД также определяется по паспортным данным:

Если задан КНД ( D ) в относительных единицах, то в расчетах непосредственно используется заданное значение;

Если задан КНД в дБ (D (дБ) ), то в расчетах используется КНД в относительных единицах, определяемый по формуле (формула пересчета из дБ в относительные единицы);

Если задан коэффициент усиления (КУ) относительно изотропного излучателя, то КНД принимается равным КУ (при необходимости с последующим пересчетом из дБ в относительные единицы по вышеуказанной формуле);

Если задан КУ относительно полуволнового вибратора в относительных единицах, то используемое в расчетах значение КНД определяется как произведение заданного значения КУ и коэффициента 1,64;

Если задан КУ относительно полуволнового вибратора в дБ, то сначала определяется КНД в дБ как величина, на 2,15 дБ превышающая КУ, а затем выполняется пересчет КНД из дБ в относительные единицы по вышеуказанной формуле.

Ниже приводятся данные для определения положения точки, принимаемой за фазовый центр, для основных типов антенн.

В качестве точки, принимаемой за фазовый центр коллинеарной антенны, берется точка, лежащая на вертикальной оси антенны на одинаковом удалении от нижнего и верхнего ее концов.

Положение точки, принимаемой за фазовый центр панельной антенны, определяется по . Положение точки, принимаемой за фазовый центр антенны типа Уда-Яги («волновой канал»), определяется по . На этих рисунках Δ F H - ширина ДН (главного лепестка) по уровню -3 дБ (уровень 0,707 для нормированной ДН в относительных единицах) в H -плоскости. Ширина ДН определяется в градусах. В качестве H -плоскости берется горизонтальная плоскость для антенн вертикальной поляризации и вертикальная плоскость для антенн горизонтальной поляризации.

Точка, принимаемая за фазовый центр логопериодической антенны, находится на ее продольной оси. Положение данной точки определяется смещением h по направлению максимального излучения, так же как и для антенны Уда-Яги, - см. . Величина h рассчитывается по формуле:

, где(2.31)

;

L - длина логопериодической антенны (вдоль продольной оси);

Соответственно нижняя и верхняя граничные частоты рабочего диапазона логопериодической антенны;

f - частота, для которой определяется положение фазового центра

Следует отметить, что при расчете уровней ЭМП без учета влияния металлоконструкций и подстилающей поверхности находить положение точки, принимаемой за фазовый центр не требуется. В этом случае, как и в положение антенны можно характеризовать положением ее геометрического центра.

2.3.5. Расчет уровней электромагнитного поля антенной решетки по паспортным диаграммам направленности составляющих ее излучателей

Расчет уровней ЭМП выполняется в основном так же, как в . Разница состоит в том, что иначе определяется ненормированная ДН как функция обеих угловых сферических координат которая в рассчитывается по .

В данном случае ДН определяются следующим образом.

Каждый k - й излучатель характеризуется следующими параметрами:

Координатами точки, принимаемой за фазовый центр, (соответственно абсцисса, ордината и аппликата в базовой декартовой системе координат);

Ориентационным азимутом - углом поворота излучателя по азимуту относительно нулевого азимута в базовой системе (направление нулевого азимута указывается осью абсцисс);

Паспортными ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях - и , соответственно; ДН должны быть определены в относительных единицах и нормированы - так же, как в ;

Комплексной амплитудой нормированного входного напряжения U k нормированные входные напряжения излучателей определяются следующим образом: для одного из излучателей нормированное входное напряжение полагается равным единице, а остальные входные напряжения нормируются к фактической величине входного напряжения данного излучателя.

ДН рассчитывается по формуле:

Следует отметить, что при использовании необходимо выполнение следующих условий:

Все излучатели, образующие антенную решетку, должны представлять собой антенны одного типа поляризации (либо вертикальной, либо горизонтальной);

При построении антенной решетки излучатели могут поворачиваться только по азимуту (вокруг вертикальной оси).

3. Методика измерения уровней электромагнитных полей

3.1. Подготовка к проведению измерений

При подготовке к проведению измерений проводятся следующие работы:

Согласование с заинтересованными предприятиями и организациями цели, времени и условий проведения измерений;

Рекогносцировка района проведения измерений;

Выбор трасс (маршрутов) и площадок измерений;

Организация связи для обеспечения взаимодействия между персоналом станции и группой измерений;

Обеспечение измерений дальности до точки измерений;

Определение необходимости использования средств индивидуальной защиты;

Подготовка необходимой измерительной аппаратуры.

3.2. Выбор трасс (маршрутов) измерений

Число трасс определяется рельефом прилегающей местности и целью измерений. При установлении границ санитарно-защитной зоны (СЗЗ) выбирается несколько трасс, определяемых по конфигурации теоретических границ СЗЗ и прилегающей селитебной территории. При текущем санитарном надзоре, когда характеристики ПРТО и условия его эксплуатации остаются неизменными, измерения могут проводиться по одной характерной трассе или по границе СЗЗ.

При выборе трасс учитывается характер прилегающей местности (рельеф, растительный покров, застройка и пр.), в соответствии с которым район, прилегающий к ПРТО, разбивается на секторы. В каждом секторе выбирается радиальная относительно ПРТО трасса.

К трассе предъявляются требования:

Трасса должна быть открытой, а площадки, на которых намечается проведение измерений, должны иметь прямую видимость на антенну излучающего средства и не иметь в радиусе до 5 метров переотражающих конструкций. Если это требование невыполнимо и на измерительной площадке находятся переотражающие конструкции, то измерительную антенну следует располагать на расстоянии не менее 0,5 метра от этих конструкций.

Вдоль трассы, в пределах главного лепестка ДН, не должно быть переизлучателей (металлических конструкций и сооружений, линий электропередачи и т. п.), а также затеняющих препятствий;

Наклон трассы должен быть минимальным по сравнению с наклоном всех возможных трасс в данном секторе;

Трасса должна быть доступной для пешего передвижения или для автотранспорта;

Протяженность трассы определяетсяна основе расчетного удаления границ СЗЗ и зон ограничения застройки, причем измерения рекомендуется проводить в точках, близких к границе зоны, как внутри зоны, так и вне ее.

3.3. Проведение измерений

3.3.1. Общие положения

На каждой площадке необходимо проводить не менее трех независимых измерений. За результат принимается среднее арифметическое значение этих измерений.

Для измерения расстояний могут использоваться теодолит, мерная лента, план (карта) местности и другие доступные средства, обеспечивающие достаточную точность.

Для средств телевизионного вещания измерения должны проводиться как на несущей частоте изображения, так и несущей частоте звукового сопровождения.

По результатам измерений составляется протокол. Протоколы измерений уровней ЭМП являются сведениями, подлежащими включению в санитарно-эпидемиологическое заключение на ПРТО.

При одновременной работе источников электромагнитного излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ), излучающих в диапазонах частот с разными гигиеническими нормативами, измерения должны проводиться раздельно в каждом диапазоне частот.

Аппаратура, используемая для измерений уровней ЭМП, должна быть исправной и иметь действующее свидетельство о государственной поверке. Перечень рекомендуемых приборов приведен в .

Подготовка аппаратуры к измерениям и сам процесс измерений проводятся в соответствии с инструкцией по эксплуатации применяемых приборов. При этом необходимо учитывать тот факт, что измерения могут проводиться, как в ближней, так и дальней зоне передающего радиотехнического средства. Критерием определения границы между ближней и дальней зонами является соотношение

Измерение уровней ЭМП в дальней зоне селективными и широкополосными приборами с антеннами направленного приема

Измерительная антенна прибора ориентируется в пространстве в соответствии с поляризацией измеряемого сигнала. Измерения проводятся в центре площадки на высоте от 0,5 до 2 м от уровня подстилающей поверхности (земли). В этих пределах отыскивается высота, при которой значение измеряемой величины (показание прибора) наибольшее. На этой высоте, плавно поворачивая измерительную антенну в плоскости поляризации измеряемого сигнала, вновь добиваются максимального показания прибора.

Измерение уровней ЭМП в дальней зоне широкополосными приборами с антеннами ненаправленного приема

Измерения проводятся на высоте от 0,5 до 2 м от уровня подстилающей поверхности (земли). В этих пределах высот производится ориентация измерительной антенны на максимум приёма. Максимум приёма соответствует максимальному показанию измерительного прибора.

Измерение уровней ЭМП в ближней зоне селективными и широкополосными приборами с антеннами направленного приема

В ближней зоне необходимо проводить измерение трёх составляющих вектора напряженности электрического поля каждой антенны ПРТО Е х, Е у, Е z : путем соответствующей ориентации измерительной антенны. Значение модуля вектора напряженности поля рассчитывается по формуле:

Измерение уровней ЭМП в ближней зоне широкополосными приборами с антеннами ненаправленного приема

Широкополосные приборы с антеннами ненаправленного приема измеряют сразу модуль вектора напряженности поля, поэтому достаточно провести ориентацию измерительной антенны на максимум приема. Максимум приема соответствует максимальному показанию индикатора измерительного прибора.

3.3.2. Измерения в диапазоне частот 27-48,4 МГц

В данном диапазоне частот производится измерение среднего квадратичного (эффективного) значения напряженности электрического поля.

Измерения должны проводиться селективными приборами (селективными микровольтметрами, измерительными приемниками, анализаторами спектра) с антеннами направленного приема или широкополосными измерителями напряженности поля.

В случае применения селективных или широкополосных приборов с антеннами направленного приема необходимо руководствоваться положениями об измерениях уровней ЭМП в ближней и дальней зонах.

При измерении широкополосными приборами должно быть предусмотрено последовательное включение технических средств ПРТО одного частотного диапазона (27-30 МГц) и отключение - другого (30-48,4 МГц), работающих в данном направлении или оказывающих влияние на суммарное значение напряженности поля в данной точке, и наоборот.

3.3.3. Измерения в диапазоне частот 48,4-300 МГц

В данном диапазоне частот производится измерение среднего квадратичного (эффективного) значения напряженности электрического поля. Измерения напряжённости поля технических средств телевидения и ЧМ-вещания должны проводиться только селективными приборами (селективными микровольтметрами, измерительными приемниками, анализаторами спектра) с антеннами направленного приема. Измерение напряженности поля каждого технического средства телевидения должно проводиться в режиме измерения эффективных значений на несущих частотах каналов изображения и звукового сопровождения.

Измерения селективными приборами с антеннами направленного приема проводятся в соответствии с положениями .

Измерения напряженности поля других технических средств указанного диапазона могут проводиться, как селективными приборами с антеннами направленного приема, так и широкополосными приборами с любым типом антенн. При этом следует учесть, что измерения широкополосными приборами должны проводиться при выключенных технических средствах телевидения и ЧМ-вещания.

3.3.4. Измерения в диапазоне частот 300-2400 МГц

В данном диапазоне частот производится измерение плотности потока энергии ППЭ ЭМП. Измерения проводятся широкополосными измерителями ППЭ или селективными измерителями напряженности поля.

В ближней зоне измерения проводятся только широкополосными измерителями ППЭ в соответствии с положением . В дальней зоне измерения проводятся, как широкополосными измерителями ППЭ, так и селективными приборами с антеннами направленного приема. Измерения проводятся в соответствии с положениями .

Значение напряженности электрического поля, измеренное селективным прибором в дальней зоне, пересчитывается в ППЭ по формуле:

МкВт/см 2 (3.2)

E - значение напряжённости электрического поля в В/м.

В случае использования селективного прибора с измерительными рупорными антеннами, необходимо руководствоваться следующими правилами. Произвести ориентацию рупорной антенны в направлении максимума излучения. Поворачивая рупорную антенну вдоль своей оси добиться максимального показания уровня измеряемого сигнала по шкале (экрану) измерительного прибора. Затем показания прибора нужно пересчитать в микроватты. Окончательное значение ППЭ, мкВт/см 2 получается из формулы 3.3:

Где(3.3)

Р - показания измерительного прибора, мкВт;

K з - затухание, вносимое переходными волноводными устройствами рупорной антенны и соединительным коаксиальным кабелем, в разах;

S - эффективная поверхность рупорной антенны, см

Приложение 1

Примеры расчетов уровней электромагнитного поля

Пример 3

Исходные данные. Техническое средство - антенна, аналогичная рассмотренной в , при той же мощности излучения и частоте. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке М1 с координатами: х = 2,7 м, у = 0, z = -3 м (та же точка, что и в ). При этом необходимо учесть влияние подстилающей поверхности, расположенной в плоскости z =- 5 м (см. ). Параметры среды под подстилающей поверхностью: относительная магнитная проницаемость μ = 1; относительная диэлектрическая проницаемость ε = 15; удельная проводимость σ = 0,015 Ом/м. Учитывать влияние металлоконструкций не требуется.

Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е , В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е ,

D Е

3) Расчет тока антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в .

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в . Составляющая поля = -3 м (та же точка, что и в ). При этом необходимо учесть влияние металлоконструкции и подстилающей поверхности. Параметры металлоконструкции - те же, что в , параметры подстилающей поверхности - те же, что в .

Выполнение расчетов

Е , Е , которую и требуется рассчитать.

2) Поскольку расстояние до точки наблюдения (точка М1) и максимальный размер антенны D соотносятся так же, как и в , расчет Е выполняется непосредственно по току антенны. примере 1 , при той же мощности излучения и частоте. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке М1 с координатами: х = 10 м, у = 5 м, z = -3 м (см. ). Учитывать влияние металлоконструкций и подстилающей поверхности не требуется.

Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е , В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е , которую и требуется рассчитать.

В соответствии с устанавливается, как выполнять расчет - непосредственно по току антенны или по ее ДН. По имеем R гр = формуле (2.23) Техническое средство - антенна, аналогичная рассмотренной в , при той же мощности излучения и частоте. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке М1 с координатами: х = 10 м, у = 5, z = -3 м (та же точка, что и ). При этом необходимо учесть влияние подстилающей поверхности, расположенной в плоскости х = -5 м (см. ). Параметры среды под подстилающей поверхностью - те же, что и в . Учитывать влияние металлоконструкций не требуется.

Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е , В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е , которую и требуется рассчитать.

2) Поскольку расстояние до точки наблюдения и максимальный размер антенны D соотносятся так же, как и в , расчет Е выполняется непосредственно по ДН антенны, которая, в свою очередь, определяется по току антенны.

3) Расчет тока и ДН антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в .

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в . Вектор напряженности электрического поля определяется по , где первое слагаемое рассчитывается так же, как и вектор Е

Пример 7

Исходные данные. Техническое средство - антенна Уда-Яги, заданная своими паспортными ДН. Паспортная ДН в вертикальной плоскости приведена на рис. , паспортная ДН в горизонтальной плоскости - на рис. . Антенна расположена так, что ее геометрический центр совмещен с началом координат, и ориентирована максимумом излучения по направлению оси абсцисс (ориентация - такая же как в -). Задан КНД антенны в относительных единицах: D = 27,1. Мощность излучения равна 100 Вт, частота - 900 МГц. Максимальный линейный размер антенны 1160 мм. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке М1 с координатами: х = 5 м, у = 0, z = -3 м. Учитывать влияние металлоконструкций и подстилающей поверхности не требуется.

Выполнение расчетов

1) Поскольку в данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется плотность потока энергии П, мкВт/см, необходимо ее рассчитать.

В соответствии с устанавливается необходимость введения поправочного коэффициента р, определяемого по графику, приведенному на . По имеем R гр = 12,622 м. При этом расстояние от геометрического центра антенны до точки М1 равно 5,831 м, т. е. оно не превышает R гр Поэтому необходимо ввести поправочный коэффициент. С учетом того, что α = 1,7, имеем (по графику на ) р = 1,05.

2) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в . Поскольку влияние металлоконструкций и подстилающей поверхности учитывать не требуется, нет необходимости определять фазовый центр антенны, и можно считать, что она представляет собой точечный излучатель, расположенный в геометрическом центре антенны (т. е. в начале координат). Угловые сферические координаты точки наблюдения М1: θ = 121°; φ = 0°. Расстояние от геометрического центра антенны до точки М1 R = 5,831 м. Значения нормированных ДН в направлении на точку . Напряженность электрического поля в точке наблюдения М1 Е

Измерительный приемник

от 9 кГц до 1000 МГц

1,0 дБ

SMV -8

Селективный микровольтметр

от 30 кГц до 1000 МГц

1,0 дБ

НР8563Е

Анализатор спектра

от 9 кГц до 26,5 ГГц

2,0 дБ

С4-60

Анализатор спектра

от 10 МГц до 39,6 ГГц

2,0 дБ

С4-85

Анализатор спектра

от 100 Гц до 39,6 ГГц

2,0 дБ

ОРТ

Антенна дипольная

от 0,15 МГц до 30 МГц

2,0 дБ

D Р1

Антенна дипольная

от 26 МГц до 300 МГц

2,0 дБ

D Р3

Антенна дипольная

от 300 МГц до 1000 МГц

2,0 дБ

П6-31

Рупорная антенна

от 0,3 ГГц до 2,0 ГГц

± 16 %

НР11966Е

Рупорная антенна

от 1 до 18 ГГц

1,5 дБ

Н Z -11

Комплект измерительных антенн

от 100 кГц до 2 ГГц

1,5 дБ

NF М-1

Измеритель ближнего поля

от 60 кГц до 350 МГц

± 20 %

П3-22

Измеритель ближнего поля

от 0,01 до 300 МГц

± 2,5дБ

П3-15/16/17

от 1,0 МГц до 300 МГц

± 3,0 дБ

ИПМ-101

Измеритель ближнего поля

от 0,03 до 1200 МГц

20 - 40 %

ЕМ R -20/30

Измерители напряженности поля

от 0,1 до 3000 МГц

3,0 дБ

П3-18/19/20

Государственная система санитарно-эпидемиологического
нормирования Российской Федерации

Методические указания

МУК 4.3.045-96

Госкомсанэпиднадзор России

Москва

1996

1. Разработаны сотрудниками Самарского отраслевого научно-исследовательского института радио Министерства связи Российской Федерации (Бузовым А. Л., Романовым В. А., Казанским Л. С., Кольчугиным Ю. И., Юдиным В. В.).

2. Утверждены и введены в действие Председателем Госкомсанэпиднадзора России - Главным Государственным санитарным врачом Российской Федерации 2 февраля 1996 г.

3. Представлены Министерством связи России (№ 5591 от 24.10.95).

4. Введены взамен «Методических указаний по определению уровней электромагнитного поля и границ санитарно-защитной зоны и зон ограничения застройки в местах размещения средств телевидения и ЧМ-радиовещания», утв. Минздравом СССР № 3860-85.

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Определение уровней электромагнитного поля
в местах размещения средств телевидения и ЧМ-радиовещания

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 ОВЧ и УВЧ-диапазонов технических средств телевидения и ЧМ радиовещания, определения границ санитарно-защитных зон и зон ограничения застройки, а также для прогнозирования уровней электромагнитного поля (ЭМП) при выборе мест размещения этих средств.

2. Сущность метода

Методические указания содержат методику расчетного прогнозирования напряженности электрической составляющей (Е) электромагнитного поля излучающих технических средств ОВЧ и УВЧ диапазоном, методику определения границ санитарных зон и методику их измерений. Методика прогнозирования основана на использовании метода, предложенного Б. А. Введенским.

Исходными данными для расчета служат параметры технических средств, включенные в санитарный паспорт действующего или проектируемого радиотехнического объекта. Результаты прогноза и контрольных измерений наносятся на ситуационный план с указанием границ санитарно-защитной зоны и зон ограничения застройки для различных высот планируемого строительства.

Методические указания учитывают индивидуальность объектов, проявляющуюся (с точки зрения электромагнитной обстановки) в различии набора технических средств, размещения и ориентации антенн, излучаемой мощности, частоты и т.п.

В качестве передающих антенн ОВЧ и УВЧ диапазонов указания предполагают использование направленных и ненаправленных (в горизонтальной плоскости) антенн, размещаемых на опорах различного поперечного сечения.

3. Основные положения методики расчетного прогнозирования уровней электромагнитного поля и границ санитарных зон

3.1. Основой метода расчета напряженности электрической составляющей поля станций телевизионного вещания (независимо от целей прогноза) является интерференционная формула Б.А. Введенского:

(3.1)

где Р - мощность на входе антенно-фидерного тракта, Вт;

G - коэффициент усиления антенны относительно изотропного излучателя, определяемый в направлении максимального излучения;

Пафт = По * Пт - коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте;

По - потери на отражение, обусловленные недостаточным уровнем согласования антенны с магистральным фидером (обычно По > 0,9);

Пт - КПД фидера, определяемый тепловыми потерями (характеристики фидеров на поставляемую длину, приводятся в справочниках, выпущенных ГСПИ РТВ);

R - расстояние от геометрического центра антенны до точки наблюдения (наклонная дальность), м;

F в(a ) - нормированная диаграмма направленности (ДН) в вертикальной плоскости;

a - угол, образованный направлением на точку наблюдения и плоскостью горизонта, град.:

F г(j ) - нормированная ДН в горизонтальной плоскости;

j -азимут,град.;

Кф = 1,15 ... 1,3 - множитель ослабления.

где М - общее число излучателей в решетке;

ДН излучателя:

А i - комплексная амплитуда возбуждения i -го излучателя (может быть нормированной, т.е. безразмерной величиной);

Волновое число; - длина волны, м;

Скалярное произведение единичного вектора направленияизлучения на радиус-вектор i -го излучателя (разность хода относительно начала координат введенных цилиндрической и сферической систем).

Скалярное произведение вычисляется в декартовой системе (начало координат совпадает с началом координат цилиндрической и сферической систем, ось 0 Z - с полярной осью):

(3.3)

где Е t - тангенциальная составляющая стороннего электрического поля. В/м;

L ¢ - контур (необязательно гладкий и непрерывный) совпадающий с осями проводников;

L - аналогичный контур на поверхностях проводников;

1, 1 ¢ - единичные векторы в точках I и I ¢ , тангенциальные к контурам L и L ¢ направленные в соответствии с положительными направлениями криволинейных систем L и L ¢ , соответственно;

I (I ") - искомая токовая функция;

1 r - единичный вектор в точке наблюдения (точка I ), сонаправленный с потенциальной составляющей электрического поля, созданной элементарным зарядом в точке I ";

r - вспомогательная координата, м, отсчитываемая вдоль прямой, проходящей через точки I и I ";

положительное направление соответствует направлению вектора 1 r (поскольку r используется только для дифференцирования, начало данной системы координат определять не требуется).

Токовая функция находится из условия равенства нулю тангенциальной составляющей полного (с учетом стороннего поля) электрического поля на поверхностях проводников (граничные условия для металла). В соответствии с данным методом граничные условия должны выполняться в отдельных точках (точках сшивания).

Искомая функция тока I (I ") при кусочно-синусоидальном базисе разложения определяется как сумма ку c очно-линейных функций - мод:

(3.5)

где N - число мод тока;

k - номер моды;

I k - весовой коэффициент при базисной функции k -й моды, А;

В k (I ¢ ) - кусочно-линейная базисная функция k -й моды. Поскольку ток и его производная являются суммами, интеграл в () заменяется суммой интегралов (число интегралов равно числу мод тока, т.е. N ), причем каждый интеграл вычисляется по длине соответствующего сегмента, а каждый весовой коэффициент (как независящий от переменной интегрирования I ¢ ) выносится за знак соответствующего интеграла. Подинтегральные функции больше не содержат неизвестных величин, поэтому интегралы могут быть вычислены. Уравнения вида, записанные для N точек сшивания образуют систему линейных уравнений относительно I 1 , I 2 , ¼ I N , которая в матричной записи имеет вид:

[ Z ] [ I ] = [ E ] (3.6)

где [ Z ] - квадратная матрица комплексных коэффициентов системы;

[ I ] - вектор-столбец искомых весовых коэффициентов;

[Е] - вектор-столбец,

ДН излучателя целесообразно находить в режиме передачи.

При этом необходимо положить равными нулю все элементы [ E ] , кроме элемента (элементов), соответствующего сегменту, расположенному в зазоре вибратора, к которому подведено возбуждающее напряжение.

При расчетах уровней ЭМП по допускается использовать известные значения ДН, приводимые в "Сборниках справочных материалов по антеннам и фидерам передающих телевизионных и УКВ ЧМ вещательных радиостанций", которые выпускает ГСПИ РТВ, и в паспортных данных соответствующих антенн на рабочей частоте.

3.3. Коэффициент усиления антенны относительно изотропного излучателя G определяется в направлении максимального излучения как плотность потока мощности в данном направлении, отнесенная к усредненной по всем направлениям величине плотности потока мощности. Последняя находится путем численного интегрирования. Расчетная формула для G имеет вид:

(3.8)

где ненормированная ДН, найденная по ,

Ее максимальное значение;

М и N - соответственно число значений и , взятых при численном интегрировании.

3.4. Мощность передатчика на входе антенно-фидерного тракта определяется:

Для ОВЧ ЧМ вещания - Р - номинальная мощность;

Для телевизионного вешания - Р = Рном - на частоте звукового вещания, Р = 0,327 P ном - на частоте канала изображения.

3.5. Распределение напряженности электромагнитного поля (ЭМП) рассчитывается в зависимости от горизонтальной дальности r - для нескольких значений высоты возвышения расчетной точки над уровнем земли, одно из которых должно быть 2 м.

3.6. Множитель Кф - 1.15 - 1.3 учитывает влияние отражающих поверхностей в условиях городской застройки.

3.7. Расчеты распределений уровней напряженности поля (плотности потока мощности (ППМ)) от каждого технического средства и суммарной интенсивности воздействия (СИВ) электромагнитного поля с целью выявления экологически критичных расстояний проводятся для различных высот точек наблюдения и используются в дальнейшем для определения границ санитарно-защитной зоны и зон ограничения застройки. При этом в начале каждого расчета определяются СИВ для гипотетически наихудшего случая: когда значения диаграмм направленности в горизонтальной плоскости равны единице и совпадают в одном из радиальных направлений. Данное допущение позволяет определить наиболее критичные с экологической точки зрения расстояния от башни РТПЦ, в пределах которыхдолжны быть проведены тщательные расчеты с учетом несовпадения максимумов реальных горизонтальных диаграмм антенн.

3.8. Расчет границ санитарных зон проводится по СИВ

(3.9)

где: Е 1 , Е 2 , ¼ Е n - расчетные значения напряженности поля на рабочих частотах технических средств для высот точек наблюдения 2 м (C 33) и более 2 м (303);

Е ПДУ - предельно допустимые уровни напряженности поля для соответствующих частот;

ППЭ - расчетные значения плотности потока мощности;

ППЭ ПДУ - предельно допустимый уровень облучения населения ЭМП УВЧ диапазона.

4. Методика измерения уровней электромагнитного поля

Инструментальный контроль уровней ЭМП проводится с целью определения фактического состояния электромагнитной обстановки в районах размещения излучающих средств и служит средством оценки достоверности результатов расчета.

Измерения проводятся:

На этапе предупредительного санитарного надзора - при приемке радиотехнического объекта (РТО) в эксплуатацию;

На этапе текущего санитарного надзора - при изменении технических характеристик или режимов работы (мощности излучения антенно-фидерного тракта, направлений излучения и т.п.);

При изменении ситуационных условий размещения станций (изменение расположения антенн, высот их установки, азимута или угла места максимального излучения, застройки прилегающих территорий);

После проведения защитных мероприятий, направленных на снижение уровней ЭМП;

В порядке плановых контрольных измерений (не реже одного раза в год).

4.1. Подготовка к проведению измерений

При подготовке к проведению измерений проводятся следующие работы:

Согласование с заинтересованными предприятиями и организациями цели, времени и условий проведения измерений;

Рекогносцировка района проведения измерений;

Выбор трасс (маршрутов) и площадок измерений, при этом, число трасс определяется рельефом местности, прилегающей к объекту, и целью измерений;

Организация связи для обеспечения взаимодействия между персоналом станции и группой измерений;

Обеспечение измерений дальности до точки измерений;

Определение необходимости использования средств инди видуальной защиты;

Подготовка необходимой измерительной аппаратуры.

4. 2. Выбор трасс (маршрутов) измерений

Число трасс определяется рельефом прилегающей местности и целью измерений. При установлении границ С33 выбирается несколько трасс, определяемых по конфигурации теоретических границ С33 и прилегающей селитебной зоны. При текущем санитарном надзоре, когда характеристики станции и условия ее эксплуатации остаются неизменными, измерения могут проводиться по одной характерной трассе или по границе С33.

При выборе трасс учитывается характер прилегающей местности (рельеф, растительный покров, застройка и пр.) в соответствии с которым, район, прилегающий к станции, разбивается на секторы. В каждом секторе выбирается радиальная, относительно станции, трасса. К трассе предъявляются требования:

Трасса должна быть открытой, а площадки, на которых намечается поведение измерений, должны иметь прямую видимость на антенну излучающего средства;

Вдоль трассы, в пределах главного лепестка ДН, не должно быть переизлучателей (металлических конструкций и сооружений, линий электропередачи и т.п.) и других затеняющих местных предметов;

Наклон трассы должен быть минимальным по сравнению с наклоном всех возможных трасс в данном секторе;

Трасса должна быть доступной для пешего передвижения или для автотранспорта;

Протяженность трассы определяется на основе расчетного удаления границ С33 и глубины зоны ограничения застройки (в 1,5 - 2 раза больше);

Точки (площадки) для проведения измерений следует выбирать с интервалом не более 25 м - при удалении до 200-300 м от излучающей антенны; 50- 100 м - при удалении от 200-300 м до 500-1000 м; 100 м и более - при удалении более 1000 м.

При выборе площадок для проведения измерений следует учесть, чтобы в радиусе до 10 м отсутствовали местные предметы и из любой ее точки обеспечивалась прямая видимость на излучающую антенну.

4.3. Проведение измерений

Аппаратура, используемая для измерений уровней ЭМП, должна быть исправной и иметь действующее свидетельство о государственной поверке.

Подготовка аппаратуры к измерениям и сам процесс измерения производится в соответствии с инструкцией по эксплуатации применяемого прибора.

На этапе текущего санитарного надзора, когда технические характеристики РТО, условия и режим его эксплуатации остаются неизменными, измерения могут проводиться по одной характерной трассе или по границе санитарно-защитной зоны.

Измерительная антенна прибора ориентируется в пространстве в соответствии с поляризацией измеряемого сигнала.

Измерения производятся в центре площадки на высоте от 0.5 до 2 м. В этих пределах отыскивается высота, при которой отклонение показаний прибора наибольшее, на этой высоте плавно поворачивая измерительную антенну в горизонтальной, а при необходимости и в вертикальной плоскости, вновь последовательно добиваются максимального показания прибора. Максимальное значение измеряемой величины принимается за отсчет.

На каждой площадке необходимо проводить не менее трех независимых измерений. Результатом является среднее арифметическое значение этих измерений.

Измерения напряженности ноля каждого технического средства проводятся с помощью комплекта FS М-8, включенного в режим измерения эффективных значений на несущих частотах видео- и звукового каналов.

Результирующее значение этих измерений находится согласно .

Измерения могут производиться и другими приборами с аналогичными параметрами.

Для измерения дальности от основания опоры до точки измерения могут использоваться теодолит, мерная лента, план (карта) местности и другие доступные способы, обеспечивающие достаточную точность.

По результатам измерений составляется протокол. Резуль таты измерений должны вноситься в санитарный паспорт РТО и доводиться до сведения его администрации.

Скачать документ

Государственная система санитарно-эпидемиологического
нормирования Российской Федерации

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
НА РАБОЧИХ МЕСТАХ ПЕРСОНАЛА

СРЕДСТВА КОТОРЫХ РАБОТАЮТ
В НЧ, СЧ И ВЧ ДИАПАЗОНАХ

Методические указания
МУК 4.3.677-97

2. Представлены Госкомсвязи России письмом от 27.05.97 № 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 6 ноября 1997 г.

4. Введены впервые.

1. Область применения. 2 2. Сущность метода. 2 3. Основные положения методики расчетного прогнозирования. 3 3.1. Излучение источников электромагнитного поля. 3 3.1.1. Излучение экранов бикоаксиальных фидеров передатчиков с симметричным выходом.. 3 3.1.2. Излучение экранов коаксиальных фидеров передатчиков с несимметричным выходом.. 8 3.1.3. Излучение щелей шкафов передатчиков. 9 3.1.4. Излучение антенн радиоцентра. 10 3.2. Расчет токов, наведенных на металлические элементы.. 10 3.2.1. Метод интегрального уравнения в тонкопроволочном приближении. 10 3.2.2. Метод сшивания в точках при кусочно-синусоидальном базисе. 11 3.3. Расчет уровней электромагнитного поля. 13 4. Методика измерения уровней электромагнитного поля. 14 4.1. Операции измерений. 14 4.2. Средства измерения. 14 4.3. Условия измерений. 15 4.4. Проведение измерений. 15

УТВЕРЖДАЮ

Главный государственный

санитарный врач Российской Федерации,

Г. Г. Онищенко

МУК 4.3.677-97

Дата введения: с момента утверждения.

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
НА РАБОЧИХ МЕСТАХ ПЕРСОНАЛА
РАДИОПРЕДПРИЯТИЙ, ТЕХНИЧЕСКИЕ
СРЕДСТВА КОТОРЫХ РАБОТАЮТ
В НЧ, СЧ И ВЧ ДИАПАЗОНАХ

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 кило- (НЧ), гекто- (СЧ) и декаметрового (ВЧ) диапазонов на предприятиях радиовещания и радиосвязи, а также для прогнозирования уровней напряженности электромагнитного поля при организации рабочих мест обслуживающего персонала.

2. СУЩНОСТЬ МЕТОДА

Методы контроля уровней электромагнитных полей на рабочих местах персонала радиопредприятий НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов содержат метод расчетного прогнозирования напряженности электромагнитного поля излучающих технических средств радиосвязи и радиовещания в кило-, гекто- и декаметровом диапазонах волн, а также методику измерений уровней электромагнитного поля. Расчетные и экспериментальные исследования, производимые в соответствии с данной методикой, являются необходимыми и достаточными при проведении электромагнитной экспертизы излучающих объектов.

Метод расчетного прогнозирования электромагнитных полей на рабочих местах персонала, обслуживающего технические средства НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов базируется на строгих решениях соответствующих электродинамических задач тонкопроволочных структур, при известных функциях распределения токов по излучателям, которые определяются на основе приближенных решений.

Методические указания распространяются на радиотехнические объекты, которые могут быть укомплектованы как техническими средствами одного частотного диапазона, так и техническими средствами различных частотных диапазонов. Электромагнитные поля технических средств могут отличаться интенсивностью, поляризацией, частотами, зависимостью от параметров почвы и т.д. Методические указания учитывают индивидуальность реальных объектов, проявляющуюся (с точки зрения электромагнитной обстановки) в различии размещения и ориентации отдельных источников излучения, в несовпадении расписаний смены волн, в неодинаковом наборе технических средств.

К основным источникам электромагнитного поля внутри технических зданий на рабочих местах обслуживающего персонала относятся:

Особенностью электромагнитного прогнозирования в НЧ, СЧ и ВЧ диапазонах является то, что поле необходимо определять в ближней зоне излучения. При этом напряженность поля определяется как суперпозиция полей источников излучения и вторичных полей, создаваемых токами, наведенными этими источниками (т.е. первичным полем) на металлические поверхности помещений (каркасы и обшивка шкафов передатчиков, трубы водяного охлаждения, внешние поверхности экранов коаксиальных и бикоаксиальных внутренних фидеров и т.п.).

Учесть эти факторы возможно только решением соответствующей электродинамической задачи, в рамках которой находятся наведенные токи.

3.1. ИЗЛУЧЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Первичное поле источников излучения рассчитывается поэтапно. В качестве сторонних источников рассматриваются поля, создаваемые токами на внешних поверхностях экранов фидеров, излучением из щелей шкафов передатчиков, а в случае неэкранированного здания - излучением антенн радиоцентра. Расчет токов экранов фидеров выполняется на основе теории длинных линий; волновые сопротивления эквивалентных линий, образованных экранами и шинами заземления, находятся путем решения двумерной электростатической задачи; в качестве возбуждающих источников рассматриваются вертикальные участки шин заземления в сечении перехода на наружний фидер, обладающие конечным индуктивным сопротивлением и возбуждающиеся за счет асимметрии тока передатчиков с симметричным выходом или за счет недостаточного экранирующего действия проволочного экрана наружного концетрического фидера передатчика с несимметричным выходом. Излучение щелей шкафов рассматривается как действие эквивалентных магнитных токов, текущих вдоль щелей. Поля, создаваемые излучением антенн рассчитываются методом, учитывающим реальные электрофизические параметры подстилающей поверхности.

3.1.1. ИЗЛУЧЕНИЕ ЭКРАНОВ БИКОАКСИАЛЬНЫХ ФИДЕРОВ ПЕРЕДАТЧИКОВ С СИММЕТРИЧНЫМ ВЫХОДОМ

Расчет поля, создаваемого излучением бикоаксиальных фидеров, выполняется за 5 этапов:

1) расчет геометрических параметров эквивалентой линии (ЭЛ), одним проводом которой является экран фидера, другим - шина заземления;

2) расчет параметров ЭЛ - волновых сопротивлений однородных участков и импедансов в сечениях стыков этих участков определенных в сторону передатчика;

3) расчет параметров выходной цепи ЭЛ (вертикальный участок шины заземления, антенный фидер) и напряжения на выходе ЭЛ, т.е. в сечении перехода на наружний концетрический фидер;

4) расчет тока ЭЛ на каждом однородном участке;

5) расчет поля, создаваемого этим током ЭЛ.

На первом этапе вводится декартова система координат таким образом, чтобы плоскость (XOY) совпадала с плоскостью земли. Азимутальная ориентация осей (ОХ) и (OY) может быть произвольной. Данная основная система является общей для всех фидеров и других элементов здания и используется впоследствии при всех расчетах. Фидер представляется каскадным соединением однородных отрезков ЭЛ. Из соображений унификации каждый однородный отрезок должен быть прямолинейным, т.е. его длина не должна превышать длину участка фидера между соседними поворотами. В тех случаях, когда в пределах прямолинейного участка имеется резкое изменение однородности ЭЛ (скачкообразное изменение расстояния между фидером и шиной), можно разделить этот участок на два или более однородных отрезка. Каждый однородный отрезок характеризуется декартовыми координатами его крайних точек. Для определенности точки берутся на экране фидера (а не на шине). Координаты должны образовывать упорядоченную пару векторов, очередность записи которых определяет положительное направление тока на данном отрезке (1-й вектор - начало отрезка, 2-й - конец). Определение пространственного положения отрезков ЭЛ необходимо для расчета создаваемого ее током поля.

На втором этапе выполняется расчет волновых сопротивлений ЭЛ путем решения двумерной электростатической задачи методом интегрального уравнения, которое в свою очередь решается методом моментов.

Волновое сопротивление линии передачи полностью определяются ее погонной емкостью С с, Ф/м, которая характеризует электростатическую связь между проводами линии, т.е. определяет величину погонного заряда провода при некоторой разности потенциалов проводов в соответствии с соотношениями:

Q 1 = С л (j 1 - j 2), Q 2 = С л (j 2 - j 1), (3.1)

где Q 1 и Q 2 - соответственно погонные заряды провода 1 и провода 2, Кл/м, причем Q 2 = -Q 1 (для определенности считается, что провод 1 - экран фидера, провод 2 - шина заземления);

j 1 и j 2 - соответственно потенциалы провода 1 и провода 2, В.

Для определения погонной емкости С л достаточно решить следующую электростатическую задачу: потенциал провода 1j 1 задать равным, например, 1 В, потенциал провода 2 положить равным нулю, т.е. j 2 = 0 и найти погонные заряды проводов. Тогда из (3.1) находится емкость по формуле:

где Q л - погонный заряд одного из проводников (безразлично какого), Кл/м;

Абсолютное значение разности потенциалов, В.

При решении электростатической задачи о нахождении погонных зарядов проводов линии целесообразно использовать интегральное уравнение (являющееся решением известного дифференциального уравнения Пуассона):

, (3.3)

где r - плотность заряда, Кл/м 3 ;

e 0 - электрическая постоянная;

где v и v` - радиусы-векторы точек пространства (v - точка наблюдения; v` - переменная интегрирования);

r - расстояние между точками v и v`.

Поскольку заряд существует только на поверхности проводников, объемный интеграл можно заменить соответствующим поверхностным (при этом плотность заряда р является поверхностной, Кл/м 2 , в поперечном сечении относительно оси линии она будет функцией криволинейной координаты, отсчитываемой вдоль контура поперечного сечения проводника; вдоль линии - константой). Далее, поскольку потенциалы точек, лежащих на поверхности проводников известны, левую часть (3.3) можно рассматривать как заданную функцию. При таком подходе выражение (3.3) является уравнением Фредгольма 1-го рода.

Линия полагается бесконечно протяженной (в обе стороны от исследуемого сечения). Сплошные поверхности проводников заменяются равномерно заряженными полосками нулевой толщины, протяженность которых (в продольном направлении) много больше поперечных размеров линии (что соответствует ее бесконечной протяженности). Дискретное распределение заряда по полоскам является приближенным аналогом непрерывного распределения плотности заряда по сплошным поверхностям. Особенность в интегральном уравнении, имеющая место при v ® v`, исключается тем, что в случае распределения заряда по поверхности величина заряда в точке v` (т.е. на бесконечно малой площадке, содержащей точку v, в которой вычисляется потенциал) стремится к нулю.

Выражения для потенциалов полосок образуют систему уравнений, которая в матричной записи имеет вид:

[Р] [q] = [j], (3.4)

где [Р] - комплексная матрица потенциальных коэффициентов размерностью М? М, каждый элемент которой Р^ представляет собой коэффициент при заряде j-й полоски q^ - интеграл в (3.3), взятый по поверхности j-й полоски, подынтегральная функция которого определяется i-й и j-й полосками с учетом того, что за знак интеграла вынесена искомая функция (т.е. в подынтегральной функции q (v") = 1 Кл); [q] - вектор-столбец погонных зарядов полосок, Кл/м; [j] - вектор-столбец потенциалов полосок, В. Решением системы (3.4) находятся погонные заряды полосок.

Полные погонные заряды проводников находятся как соответствующие суммы зарядов образующих их полосок.

Учет влияния полупроводящей земли в методе моментов может быть осуществлен введением зеркальных изображений полосок. Эквивалентные погонные заряды зеркальных изображений полностью определяются погонными зарядами соответствующих полосок, поэтому размер матрицы /Р/ в (3.4) остается при этом неизменным (к каждому элементу р ij добавляется составляющая потенциала, создаваемая на i-й полоске зеркальным изображением j-й полоски).

Волновые сопротивления однородных участков находятся по формуле

где С 0 - скорость света в воздухе.

После нахождения волновых сопротивлений однородных участков полностью восстанавливается схема ЭЛ, которая показана на рис. 1. Линия состоит из N каскадно включенных участков. Каждый i-й участок характеризуется волновым сопротивлением W i и координатой своего конца, которая представляет собой электрическое расстояние от передатчика Q i (электрическая длина i-гo отрезка - есть разность Q i - Q i -1). На схеме использованы обозначения: Z i , Z 2 , ... Z N - входные импедансы отрезков; Z ш - импеданс вертикального участка шины заземления; Z c - входной импеданс наружного фидера по однотактной волне; Е синф - напряжение синфазной волны на выходе внутреннего фидера.

Входные импедансы отрезков находятся по рекуррентной формуле:

, , (3.6)

На третьем этапе рассчитываются импеданс вертикального участка шины заземления Z ш, входной импеданс наружного фидера по однотактной волне Z c и напряжение на выходе ЭЛ u n (см. рис. 1).

Импеданс вертикального участка шины заземления Z ш рассчитывается по формуле:

Z ш = j?L ш, (3.7)

где w - круговая частота, рад/с;

L ш - индуктивность шины, Гн.

Индуктивность шины L ш следует рассчитывать по формуле

,

где - магнитная проницаемость воздуха;

l - длина шины;

g - величина, значение которой находится по формуле

где с - ширина шины;

К и Е - полные эллиптические интегралы первого и второго рода с модулем k, определяемые из уравнения

где К`, Е` - полные эллиптические интегралы с дополнительным модулем

b - толщина шины.

Схема эквивалентной линии, образованной экраном внутреннего фидера и шиной заземления

Для расчета волнового сопротивления наружного фидера по однотактной волне (т.е. величины Z c) используется тот же метод, что и для нахождения волновых сопротивлений однородных участков.

Для оценки величины Е синф используется нормируемый показатель - максимально допустимая асимметрия токов на выходе двухтактного каскада, т.е. предполагается, передатчик исправен. Амплитудное значение е синф принимается равным 2 ... 3 % от амплитудного значения противофазной составляющей напряжения при 100 % модуляции.

Цепь на выходе ЭЛ (см. рис. 1) представляет собой делитель напряжения, одним плечом которого является импеданс Z c , другое образовано параллельным соединением Z ш и Z N . Следовательно, напряжение в сечении ЭЛQ = Q N определяется соотношением:

. (3.8)

Далее, на четвертом этапе, находится ток ЭЛ. Для этого в пределах каждого i-гoоднородного отрезка вводятся амплитуды падающей U i и отраженной V i волн напряжения, отнесенные ко входному сечению данного отрезка (так что имеет место равенство U i + V i = u i-1). Величины U i и V i находятся из условия выполнения закона Ома во входном сечении и непрерывности напряжения в ЭЛ как функции 0. Опуская громоздкие промежуточные выкладки запишем рекуррентные соотношения для U i , V i и напряжений u i в сеченияхQ 1 , Q 2 , ... Q i , ... Q N -1 , (напряжение u n уже найдено):

, u i-1 = U i + V i , i = N - 1, N - 2, … 1.

Ток i-гo отрезка при этом определяется выражением:

Таким образом, на первых четырех этапах находится распределение тока по каждому однородному отрезку ЭЛ.

Пятый этап. Выражения для составляющих поля Е z , Е r , Н j , создаваемых прямолинейным кусочно-синусоидальным током в некоторой точке наблюдения с координатами r, z в цилиндрической системе координат, ось аппликат которой совпадает с линией тока и направлена в соответствии с его положительным направлением:

где, z 1 и z 2 - аппликаты начала и конца данного прямолинейного однородного отрезка ЭЛ, соответственно;

r 1 и r 2 - расстояние до точки наблюдения от начала и конца отрезка, соответственно;

I(х) - токовая функция;

х - криволинейная координата - расстояние до передатчика по фидеру;

х, и х 2 - координаты х начала и конца отрезка, соответственно.

Аналогичным образом находится поле, создаваемое током шины (равным по модулю и противоположным по фазе току экрана фидера).

3.1.2. ИЗЛУЧЕНИЕ ЭКРАНОВ КОАКСИАЛЬНЫХ ФИДЕРОВ ПЕРЕДАТЧИКОВ С НЕСИММЕТРИЧНЫМ ВЫХОДОМ

Поле, создаваемое током коаксиального фидера передатчика с несимметричным выходом рассчитывается как и в случае бикоаксиального фидера за пять этапов. Процедура расчета отличается только третьим этапом, т.е. иначе рассчитываются параметры выходной цепи ЭЛ и ее выходное напряжение.

Рассмотрим третий этап для коаксиального фидера. В данном случае обратный ток частично течет по проволочному экрану концентрического фидера, частично - по земле. Мерой удельного веса тока земли в общем обратном токе является коэффициент прозрачности проволочного экрана k п. Суммарный обратный ток перетекает на внутреннюю поверхность экрана коаксиального фидера передатчика с проволочного экрана, шины заземления и внешней своей поверхности. Последняя составляющая и есть ток ЭЛ. В эквивалентной схеме ток земли течет по параллельному соединению импедансов Z ш (вертикальный участок шины) и Z N (входной импеданс последнего N-го однородного отрезка ЭЛ, - см. рис. 1).

При расчете тока земли сначала находится коэффициент прозрачности проволочного экрана k формуле:

K п = 1 - С 12 /С 11 , (3.14)

где, С 12 - взаимная погонная емкость между центральным проводом и проволочным экраном концентрического фидера;

С 11 - собственная емкость центрального провода.

Емкости С 11 и С 12 находятся решением электростатической задачи (методом, описанным в предыдущем пункте) при потенциале центрального провода фидера 1В и при нулевых потенциалах проволочного экрана и земли: величины С 11 и С 12 при этом совпадают с абсолютными значениями погонных зарядов центрального проводника и экрана, соответственно. Затем вычисляется ток земли I з по формуле:

I з = k п I 0 , (3.15)

где, I 0 - ток центрального провода, который находится как выходной ток передатчика в предположении высокого уровня согласования антенны.

Напряжение на выходе ЭЛ u n рассчитывается как падение напряжения на параллельном соединении Z ш и Z N при протекании тока I з:

u n = I з /(1/Z ш + 1/Z N). (3.16)

В остальном, как уже отмечалось выше, расчет аналогичен случаю бикоаксиального фидера передатчика с симметричным выходом.

3.1.3. ИЗЛУЧЕНИЕ ЩЕЛЕЙ ШКАФОВ ПЕРЕДАТЧИКОВ

Щели шкафов передатчиков рассматриваются как короткие магнитные вибраторы, возбужденные кусочно-синусоидальным эквивалентным магнитным током щели с амплитудой в пучности I м. На основе принципа перестановочной двойственности уравнений Максвелла получены замкнутые выражения для?-составляющей электрического, r- и z-составляющих магнитного полей в цилиндрической системе координат, ось аппликат которой совпадает с осью вибратора, начало координат - с его центром:

, (3.19)

где, r 1 , r 0 , r 2 - расстояния до точки наблюдения от разных точек вибратора, определяемых подстрочными индексами:

Индекс «2» - начало (нижняя крайняя точка в данной системе координат);

Индекс «0» - центр (средняя точка);

Индекс «1» - конец (верхняя крайняя точка).

Для определения величины I м используется формула (3.19), при этом считается, что величина е? задана. Возможны два случая:

В ТУ на передатчики данного типа установлено требование для максимально допустимой напряженности с указанием расстояния от стенки передатчика, на котором это требование проверяется;

В ТУ на передатчики данного типа упомянутое требование установлено либо без указания расстояния, на котором оно проверяется, либо в виде ссылки на ПДУ.

В первом случае имеются все необходимые исходные данные для вычисления эквивалентного магнитного тока щели. Во втором случае предлагается, руководствуясь величинами напряженности поля, взятыми из ТУ или (при отсутствии в ТУ) из гигиенического норматива, считать, что эти значения определены на расстоянии 0,3 ... 0,7 м от стенки передатчика. Тем или иным способом определенная напряженность Еj подставляется в (3.19), в результате из этого выражения находится амплитуда эквивалентного магнитного тока в пучности I м.

3.1.4. ИЗЛУЧЕНИЕ АНТЕНН РАДИОЦЕНТРА

Расчет поля, создаваемого излучающими антеннами радиоцентров, подробно приведен в «Методических указаниях МУК 4.3.044-96. Определение уровней электромагнитного поля, границ санитарно-защитной зоны и зон ограничения застройки в местах размещения передающих средств радиовещания и радиосвязи кило-, гекто- и декаметрового диапазонов».

3.2. РАСЧЕТ ТОКОВ, НАВЕДЕННЫХ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Расчет токов, наведенных на металлические элементы, проводится следующим образом.

Задача решается как дифракционная методом интегрального уравнения в тонкопроволочном приближении (задача о рассеянии стороннего поля). Объект представляется как система «тонких» проводов - проволочная модель. Большинство металлических элементов внутри здания реально являются линейными проводниками (экраны фидеров, трубы водяного охлаждения, шины заземления и т.д.), экранированные стены и железобетонные перекрытия моделируются как сплошные металлические поверхности проволочными сетками. Для решения интегрального уравнения использован известный метод сшивания в дискретных точках при кусочно-синусоидальном базисе разложения токовой функции. В разделе подробно описаны основные вычислительные процедуры, выполняемые в рамках метода.

3.2.1. МЕТОД ИНТЕГРАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ В ТОНКОПРОВОЛОЧНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ

Поля, создаваемые источниками, рассмотренными выше, имели бы место при отсутствии других металлических предметов. В данном случае электромагнитное поле будет подвержено влиянию проводящих (экранированных) стен здания, фидеров, шин заземления, труб водяного охлаждения, шкафов передатчиков и т.д. В результате действия источников на этих предметах наведутся токи, которые в свою очередь вызовут появление поля рассеяния. Результирующее поле будет суперпозицией первичного поля рассмотренных выше источников и вторичного - поля рассеяния на металлических телах, расположенных в здании. Первичное поле следует рассматривать как стороннее, при этом необходимо находить вторичный ток на экранах фидеров, который в сумме с первичным (найденным при моделировании этих источников) представляет реальную картину распределения тока с учетом взаимодействия фидеров между собой и с другими проводниками.

В качестве исходного интегрального уравнения используется уравнение Харрингтона. Его решение выполняется методом сшивания в точках при кусочно-синусоидальном базисе разложения токовой функции. В предыдущем подразделе подробно рассмотрены связанные с этим теоретические вопросы. Ниже дается описание конкретных вычислительных процедур.

3.2.2. МЕТОД СШИВАНИЯ В ТОЧКАХ ПРИ КУСОЧНО-СИНУСОИДАЛЬНОМ БАЗИСЕ

Решение задачи о рассеянии поля сторонних источников в здании (т.е. о наведенных токах) выполняется за 4 этапа:

1) построение тонкопроволочной модели;

2) построение на проводах сегментов с кусочно-синусоидальными базисными функциями;

3) расчет коэффициентов и свободных членов системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) - аналога исходного интегрального уравнения;

4) решение СЛАУ, в результате чего находятся амплитуды токов сегментов в пучностях - коэффициенты при базисных функциях, которые совместно с последними полностью восстанавливают функцию, аппроксимирующую истинное распределение тока.

Проволочная модель представляет собой систему прямолинейных проводников. Она должна включать:

Все линейные проводники (фидеры, трубы водяного охлаждения и т.д.);

Шкафы передатчиков (в диапазонах НЧ и СЧ шкафы с превалирующим размером моделируются одним проводом большого радиуса, в диапазоне ВЧ - проволочной сеткой);

Экранированные стены и перекрытия здания (в том числе железобетонные).

Модель строится в основной декартовой системе, использованной при моделировании источников. Каждый прямолинейный проводник задается упорядоченной парой радиус-векторов крайних точек (порядок записи векторов определяет положительное направление тока). Линейные размеры ячеек сеток, моделирующих сплошные поверхности, не должны превышать 3,5 % длины волны, и быть, по крайней мере, вдвое меньше расстояния до ближайшего линейного проводника (например, фидера). С целью снижения объема вычислений следует варьировать густоту сетки в зависимости от расстояния до линейных проводников, шкафов передатчиков и др. В случае сложной конфигурации здания можно разделить объект на отдельные части, соединенные электрически малыми дверными проемами, и для каждой такой части отдельно решать задачу.

Система проводников модели представляет собой криволинейный контур L`. Для определения базисных функций на нем выделяются N коротких отрезков - сегментов. Каждый k-й сегмент определяется тремя точками: l` 1, k - начало, l` 0, k - средняя точка, l` 2, k - конец. Соответствующая ему k-я базисная функция задается выражениями:

b k (l`) = sinb(l` - l` 1, k)/sinbL 1 , l` 1, k ? l` ? l` 0, k , (3.20)

b k (l`) = sinb(l` 2,k - l`)/sinbL 2 , l` 0,k ? l` ? l` 2,k ,

где, L 1 = l` 0, k - l` 1, k ;

L 2 = l` 2, k - l` 0, k .

В сущности, сегмент представляет собой короткий вибратор с кусочно-синусоидальным током, причем в общем случае его плечи - отрезки и - могут не лежать на одной прямой и иметь разную длину. Соседние сегменты частично перекрываются: средняя точка k-гo сегмента l` 0, k совпадает с концом (k - 1)-гo и началом (k + 1)-гo сегментов.

Электрические контакты между проводниками (например, в узлах сетки) описываются введением специальных сегментов, плечи каждого из которых лежат на разных проводниках. При этом автоматически выполняется закон Кирхгоффа для узла цепи.

На поверхности провода на расстоянии его радиуса у средней точки каждого сегмента вводится соответствующая точка сшивания. Кривые, соединяющие точки сшивания и проходящие по поверхности проводников образуют контур L.

Токовая функция представляется в виде разложения по системе базисных функций:

, (3.22)

где, I k - неизвестные (искомые) коэффициенты - амплитуды токов сегментов в пучностях.

Величины I k находятся решением СЛАУ:

I = 1, 2, … N, (3.23)

где каждый коэффициент Z ik выражает связь между k-м и i-м сегментами и имеет смысл тангенциальной составляющей поля в точке сшивания i-гo сегмента при I k = 1 А, свободные члены Е i обусловлены действием сторонних источников. Коэффициенты Z ik вычисляются следующим образом. Поскольку плечи сегмента в общем случае могут не лежать на одной прямой, удобно вычислять поле каждого плеча отдельно, суммируя затем соответствующие тангенциальные составляющие. Поле, создаваемое одним плечом, целесообразно вычислять в виде разложения по единичным векторам 1 z и 1r цилиндрической системы координат, ось аппликат которой (OZ) совмещена с плечом, средняя точка сегмента находится в начале координат, начало (для 1-го плеча) или конец (для 2-го плеча) сегмента находится в области положительных z.

Формулы для z-й и r-й компонент поля, создаваемого в точке сшивания одним из плеч сегмента (в соответствующей цилиндрической системе) имеют вид:

(3.24)

где, r 1 - расстояние до точки наблюдения от начала (конца) сегмента, м;

r 0 - расстояние до точки наблюдения от средней точки сегмента, м;

b = 2p/l - волновое число;

l - длина волны, м;

l - длина рассматриваемого плеча, м;

z и r - цилиндрические координаты точки наблюдения (соответственно аппликата и проекция радиус-вектора точки на плоскость z = 0, м).

Знак «+» в (3.24, 3.25) соответствует 1-му плечу сегмента, знак «-» -2-му.

Пусть z- и r-компоненты поля по формулам (3.24, 3.25) рассчитаны для обоих плеч k-гoсегмента, т.е. получены 4 числа. Обозначим их E m, k , m = 1, 2, 3, 4. Каждой m-й компоненте в исходной основной системе координат соответствует единичный вектор 1` m, k . С учетом этих обозначений формула для Z ik может быть записана в виде:

, (3.26)

где, 1 i - единичный вектор, тангенциальный к L в i-й точке сшивания.

Формула для свободных членов Е i имеет вид:

Е i = j(1 i , E ст (v i)), (3.27)

где, E ст (v i) - стороннее поле, создаваемое всеми источниками рассмотренными выше;

v i - радиус-вектор i-й точки сшивания в исходной основной системе координат.

После вычисления коэффициентов и свободных членов составляется и решается СЛАУ (3.23).

Решение СЛАУ наиболее целесообразно выполнять методом оптимального исключения, требующим сохранения в памяти ЭВМ только верхней треугольной матрицы коэффициентов СЛАУ (включая главную диагональ) и столбца свободных членов.

3.3. РАСЧЕТ УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

После решения СЛАУ (3.23) имеем систему токов:

Сторонние на экранах фидеров и эквивалентные магнитные токи щелей шкафов передатчиков;

Наведенные на металлические тела, в том числе на экраны фидеров, обтекаемые сторонними токами (полный ток экранов фидеров будет суммой сторонних и наведенных токов).

Кроме того (в случае неэкранированного здания) имеются сторонние поля создаваемые антеннам радиоцентра.

Полное поле в некоторой точке наблюдения будет суперпозицией стороннего поля антенн, поля сторонних токов (экраны фидеров, щели шкафов) и поля наведенных токов.

Электрическое поле излучения антенн находится методом, описанным выше. Для вычисления магнитного поля можно, учитывая удаленность антенн, использовать приближенный подход, основанный на предположении о волновом характере поля. При этом для антенны вертикальной поляризации в цилиндрической системе (ось аппликат вертикальна и совпадает с антенной) магнитное поле имеет только j-составляющую:

Н j = E z /(120p), (3.28)

для антенны горизонтальной поляризации в такой же цилиндрической системе надо найти Е j , тогда магнитное поле будет иметь только z-составляющую:

H z = Ej/(120p). (3.29)

Поле, создаваемое сторонними токами экранов фидеров, вычисляется по формулам (3.11 - 3.13), как это было описано выше; поле излучения из щелей шкафов передатчиков - по формулам (3.17 - 3.19).

Поле, создаваемое наведенными токами является суперпозицией полей отдельных сегментов. Для вычисления электрического поля необходимо методом, описанным выше, рассчитать коэффициенты СЛАУ для точки наблюдения, рассматривая ее как точку сшивания, причем контур L поочередно ориентировать вдоль базисных векторов основной декартовой системы. Тогда поле одного сегмента (пусть это будет i-й сегмент) будет произведением тока в пучности I i на этот коэффициент.

Магнитное поле сегментов вычисляется как суперпозиция полей отдельных их плеч следующим образом. Для каждого плеча каждого сегмента строится цилиндрическая система координат так, что ось аппликат (OZ) совпадает с плечом, центральная точка сегмента находится в начале координат, его крайняя точка - в области положительных z. В такой системе магнитное поле будет иметь только j-составляющую, которая вычисляется по формуле:

где, I 0 - ток в пучности, т.е. коэффициент I i для i-гoсегмента, найденный в результате решения СЛАУ;

r 1 и r 0 - расстояния до точки наблюдения от крайней и средней точки сегмента, соответственно;

l - длина плеча;

z и r - цилиндрические координаты точки наблюдения. После вычисления Н j для некоторого плеча, находятся проекции вектора магнитного поля на оси основной декартовой системы. Данная процедура выполняется для всех плеч, полное магнитное поле наведенных токов находится как сумма соответствующих проекций.

4. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Инструментальный контроль уровней ЭМП проводится с целью определения фактического состояния электромагнитной обстановки на рабочих местах обслуживающего персонала и служит средством оценки достоверности результатов расчета. Измерения проводятся:

На этапе предупредительного санитарного надзора - при приемке радиотехнического объекта (РТО) в эксплуатацию;

На этапе текущего санитарного надзора - при изменении технических характеристик или режимов работы (мощности излучения, антенно-фидерного тракта, направлений излучения и т.п.);

При изменении ситуационных условий размещения технических средств станций (изменение расположения антенн, фидеров, высот их установки, азимута или угла места максимального излучения антенн, изменения расположения передатчиков);

После проведения защитных мероприятий, направленных на снижение уровней ЭМП;

В порядке плановых контрольных измерений (не реже одного раза в год).

При подготовке к проведению измерений проводятся следующие работы:

Согласование с заинтересованными предприятиями и организациями цели, времени и условий проведения измерений;

Определение необходимости использования средств индивидуальной защиты;

Подготовка необходимой измерительной аппаратуры. Настоящая методика распространяется на все рабочие места персонала радиопредприятий, излучающих энергию НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов.

4.1. ОПЕРАЦИИ ИЗМЕРЕНИЙ

При проведении измерений должны выполняться следующие операции:

Измерение напряженности электрической составляющей электромагнитного поля,

Измерение напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля,

Пересчет измеренных уровней электрической и магнитной составляющих в значения энергетической нагрузки.

4.2. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

При проведении измерений должны применяться следующие образцовые и вспомогательные средства:

Селективный микровольтметр SMV-11 (SMV-6);

Специальная антенна для измерения электрической составляющей ЭМП на частотах 0,06 - 30 МГц («ОРТ»);

Специальная антенна для измерения магнитной составляющей ЭМП на частотах 0,06 - 30 МГц.

Разрешается, кроме указанных выше, применять другие измерительные селективные (WMS-4, ESH2, ESH 3, ESHS 10) и широкополосные приборы (NFM-1, ПЗ-15 - ПЗ-22) с погрешностями не хуже, чем у приборов, перечисленных выше.

4.3. УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

При проведении измерений должны соблюдаться следующие условия:

Температура окружающей среды 293 ± 5 К° (20 ± 5 С°);

Атмосферное давление 100 ± 4 кПа (750 ± 30 мм. рт. ст.);

Относительная влажность воздуха 65 ± 15 %;

Напряжение питания сети частотой 50 Гц ± 1 % и содержание гармоник до 5 % должно быть 220 В ± 2 %.

Измерения на рабочих местах проводят на расстояниях от источников ЭМП, соответствующих нахождению тела работающих, на нескольких уровнях от поверхности пола или земли с определением максимального значения напряженности ЭМП для каждого рабочего места.

Минимальное расстояние между измерительной антенной и металлическими поверхностями не должно быть менее четырех максимальных размеров антенны, при размерах антенны не более 0,25 м.

4.4. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

4.4.1. Измерение уровня напряженности электрической составляющей ЭМН в диапазоне частот 0,06 - 30 МГц.

4.4.1.1. Уровень напряженности поля определяют на каждой рабочей частоте радиопередающего устройства.

4.4.1.2. Включают селективный микровольтметр и прогревают его в течении времени, указанном в инструкции по эксплуатации.

4.4.1.3. Специальную антенну для измерения электрической составляющей ЭМП располагают в выбранной плоскости XOY по оси X в соответствующей точке измерения.

4.4.1.4. Включают (если оно не работает) радиопередающее устройство в режим непрерывного излучения.

4.4.1.5. Устанавливают и калибруют частоту прибора SMV-11.

4.4.1.6. Настраивают прибор на измеряемый сигнал.

4.4.1.7. Проводят калибровку усиления.

4.4.1.8. Отсчитывают измеренное значение напряжения по сумме ослабления на делителях и по показанию индикаторного прибора в дБ.

4.4.1.9. Определяют напряженность поля по сумме измеренного значения напряжения и калибровочного коэффициента специальной измерительной антенны на данной частоте в дБ.

4.4.1.10. Производят пересчет значения напряженности поля Е, выраженной в дБ относительно 1 мкВ, в В/м по формуле

E x (В/м) = 10 0,05Е (дБ) *10 -6 .

4.4.1.11. Ориентируют измерительную антенну по оси Y, повторяют действия по пп. 4.4.1.7 - 4.4.1.10, определяя Е у .

4.4.1.12. Устанавливают измерительную антенну ортогонально к плоскости XOY, повторяют действия по пп. 4.4.1.7 - 4.4.1.10, определяя E z .

4.4.1.13. Повторяют измерения составляющих Е х, Е у, E z еще два раза. Выбирают наибольшие из измеренных значений.

4.4.1.14. Повторяют действия по пп. 4.4.1.7 - 4.4.1.13, поместив антенну в другую точку пространства на рабочем месте обслуживающего персонала (на другую высоту). Выбирают наибольшие из измеренных значений.

4.4.1.15. Повторяют действие по п. 4.4.1.14 так, чтобы на одном рабочем месте были проведены измерения не менее, чем в трех точках. Выбирают наибольшие из измеренных значений.

4.4.1.16. Производят пересчет измеренных значений в значение суммарной составляющей по формуле

.

4.4.2. Измерение уровня напряженности магнитной составляющей ЭМП в диапазоне частот 0,06 - 30 МГц.

4.4.2.1. Измерения проводят согласно п. 4.4.1, заменив антенну для измерения электрической составляющей на специальную антенну для измерения магнитной составляющей.

4.4.2.2. Производят пересчет измеренных значений в значение суммарной составляющей по формуле

.

4.4.3. Проводят измерения электрической и магнитной составляющих ЭМП, создаваемого другими радиопередающими устройствами на их рабочих частотах согласно пп. 4.4.1 - 4.4.2.

Результаты измерений оформляются протоколом.

МУК 4.3.1677-03

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Определение уровней электромагнитного поля, создаваемого излучающими
техническими средствами телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций
сухопутной подвижной радиосвязи

Дата введения: с момента утверждения

1. РАЗРАБОТАНЫ сотрудниками Самарского отраслевого научно-исследовательского института радио Министерства Российской Федерации по связи и информатизации (А.Л.Бузовым, С.Н.Елисеевым, Л.С.Казанским, Ю.И.Кольчугиным, В.А.Романовым, М.Ю.Сподобаевым, Д.В.Филипповым, В.В.Юдиным).

2. Представлены Минсвязи России (письмо N ДРТС-2/988 от 2.12.02). Одобрены комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Минздраве России.

3. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации от 29.06.03.

4. ВВЕДЕНЫ взамен МУК 4.3.045-96 и МУК 4.3.046-96 (в части базовых станций).

Назначение и область применения

Методические указания предназначены для применения специалистами центров государственного санитарно-эпидемиологического надзора, инженерно-техническими работниками, проектными организациями, операторами связи в целях обеспечения санитарно-эпидемиологического надзора за источниками излучения.

Методические указания устанавливают методики определения (расчета и измерений) уровней электромагнитного поля (ЭМП), излучаемого техническими средствами телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи в диапазоне 27-2400 МГц в местах их размещения.

Документ введен взамен МУК 4.3.04-96* и МУК 4.3.046-96 (в части базовых станций). Отличается от прежних документов тем, что содержит методику расчета уровней ЭМП для произвольных расстояний от антенн, включая ближнюю зону, с учетом подстилающей поверхности и влияния различных металлоконструкций.
_____________
* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать МУК 4.3.045-96 . - Примечание "КОДЕКС".

Методические указания не распространяются на средства связи, содержащие апертурные антенны.

1. Общие положения

1. Общие положения

Определение уровней ЭМП проводится с целью прогнозирования и определения состояния электромагнитной обстановки в местах размещения излучающих объектов телевидения, ЧМ вещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи.

Расчетное прогнозирование проводится:

- при проектировании передающего радиотехнического объекта (ПРТО);

- при изменении условий размещения, характеристик или режимов работы технических средств действующего ПРТО (изменение расположения антенн, высот их установки, направлений излучения, мощности излучения, схемы антенно-фидерного тракта, застройки прилегающих территорий и т.п.);

- в случае отсутствия материалов расчетного прогнозирования электромагнитной обстановки ПРТО;

- при сдаче ПРТО в эксплуатацию (при внесении изменений в проект относительно его первоначального варианта, для которого осуществлялось расчетное прогнозирование).

Измерения проводятся:

- при сдаче ПРТО в эксплуатацию;

- в порядке плановых контрольных измерений не реже одного раза в три года (в зависимости от результатов динамического наблюдения периодичность проведения измерений уровней ЭМП может быть сокращена по решению соответствующего центра госсанэпиднадзора, но не чаще, чем один раз в год);

- при изменении условий размещения, характеристик или режимов работы технических средств действующего ПРТО;

- после проведения защитных мероприятий, направленных на снижение уровней ЭМП.

В методике расчетного прогнозирования определены следующие способы расчета уровней ЭМП:

- непосредственно по току в проводниках антенны (предварительно рассчитанному);

- по диаграмме направленности (ДН) антенны, которая определяется по распределению тока в проводниках антенны;

- по паспортным ДН антенны.

Для тех случаев, когда антенна представляет собой антенную решетку, в качестве элементов которой используются излучатели неизвестной конструкции с известными ДН, предусмотрена возможность расчета ДН такой решетки.

Расчет уровней ЭМП непосредственно по току выполняется для относительно малых расстояний от антенны (в ближней и промежуточной зонах), расчет по ДН - для относительно больших расстояний (в дальней зоне). Паспортные ДН используются при отсутствии сведений о конструкции антенны.

Распределение тока по проводникам антенны находится решением электродинамической задачи методом интегрального уравнения. При этом антенна представляется в виде системы определенным образом расположенных и ориентированных в пространстве проводников.

В методике расчета уровней ЭМП предусмотрены:

- возможность учета подстилающей поверхности на основе двухлучевой модели распространения радиоволн в предположении, что подстилающая поверхность не влияет на распределение тока в проводниках антенны;

- возможность учета влияния металлоконструкций на основе определения тока, наведенного на них полем антенны.

Исходными данными для расчета уровней ЭМП служат геометрические параметры антенны в виде набора координат концов проводников, геометрические и электрофизические параметры подстилающей поверхности, технические характеристики радиопередающих средств.

В прилож.3 приведена информация о рекомендуемом программном обеспечении, включающем в себя расчет уровней ЭМП по изложенным в методических указаниях методикам для указанных технических средств.

Методика измерений основана на принципах, заложенных в расчетный прогноз, и ориентирована на использование существующих измерительных приборов, обеспечивающих достаточную точность контроля уровней ЭМП.

2. Основные положения методики расчетного прогнозирования уровней электромагнитного поля

2.1. Сущность метода

Расчет уровней ЭМП непосредственно по току антенны выполняется в два этапа: сначала рассчитывается распределение тока в проводниках антенны, затем - уровни ЭМП. Расчет распределения тока выполняется на основе решения соответствующей электродинамической задачи методом интегрального уравнения в тонкопроволочном приближении. При этом реальная конструкция антенны представляется в виде системы электрически тонких цилиндрических проводников. Решение интегрального уравнения выполняется методом коллокации при кусочно-синусоидальном базисе. Расчет уровней ЭМП выполняется непосредственно по найденному распределению тока с учетом наличия апертурных искажений и реактивных полей.

Расчет уровней ЭМП по рассчитанной ДН выполняется в три этапа: сначала рассчитывается распределение тока в проводниках антенны, затем - ДН и коэффициент направленного действия (КНД), на завершающем этапе по найденным ДН и КНД рассчитываются уровни ЭМП. Распределение тока в проводниках определяется так же, как и при расчете уровней ЭМП непосредственно по току антенны.

Расчет уровней ЭМП по паспортным ДН выполняется в один этап. При этом считается, что излучение (с заданной направленностью, определяемой паспортными ДН) происходит из точки, принимаемой за фазовый центр антенны.

При дальнейшем изложении, если нет специальных оговорок, единицы измерения всех величин даны в системе СИ.

2.2. Расчет распределения тока в проводниках антенны

Расчет распределения тока в проводниках антенны выполняется в следующей последовательности:

- построение электродинамической модели антенны;

- расчет элементов матрицы системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) - алгебраического аналога исходного интегрального уравнения;

- решение СЛАУ и определение коэффициентов разложения искомой функции распределения тока (токовая функция) по заданному базису.

Построение электродинамической модели

Реальная конструкция представляется в виде системы электрически тонких прямолинейных цилиндрических проводников. Радиус проводников при этом не должен превышать (здесь и далее - длина волны). Проводники большего радиуса представляются в виде проволочных цилиндров. Сплошные металлические поверхности представляются в виде проволочных сеток. Проводники, оси которых являются гладкими кривыми, представляются в виде ломаных.

Вводится пространственный контур , образованный совокупностью осей проводников. Определяется положительное направление обхода контура (оно же положительное направление для тока), и вводится криволинейная координата , отсчитываемая вдоль него.

Для определения кусочно-синусоидальных базисных функций каждый прямолинейный проводник разбивается на электрически короткие частично пересекающиеся отрезки - сегменты. Каждый -сегмент определяется тремя точками: начальной , средней , и конечной (в соответствии с выбранным положительным направлением). При этом начальная точка -го сегмента (если он не первый на данном проводнике) совпадает со средней точкой -го, конечная (если он не последний на данном проводнике) - со средней точкой -го: , . Если -й сегмент является первым (последним) на данном проводнике, то его начальная (конечная) точка совпадает с началом (концом) проводника.

Точкам, определяющим некоторый -й сегмент, сопоставляются 3 радиус-вектора , , (начальная, средняя и конечная точка, соответственно), а также радиус-вектор точки коллокации - точки на поверхности проводника, ближайшей к точке .

Прямолинейные проводники разбиваются на сегменты равномерно. При этом длину сегмента следует выбирать из условия:

Радиус проводника.

При увеличении длины сегмента относительно указанных пределов возрастает погрешность аппроксимации, при уменьшении - ухудшается обусловленность СЛАУ, в результате чего вычислительный алгоритм может оказаться неустойчивым.

Для описания разветвлений проводников вводятся дополнительные сегменты. При этом средняя точка дополнительного сегмента совпадает с крайними точками соединяющихся проводников, а начальная и конечная - со средними точками крайних (ближайших) сегментов на данных проводниках. При этом во избежание появления линейно зависимых уравнений СЛАУ необходимо соблюдение следующих правил:

- число компланарных проводников, соединяющихся в одной точке, должно быть не более 3 (вводятся 2 дополнительных сегмента);

- число некомпланарных проводников, соединяющихся в одной точке, должно быть не более 4 (вводятся 3 дополнительных сегмента).

При необходимости описания электрического соединения большего числа проводников, следует точки электрических контактов разнести в пространстве на электрически малое расстояние, что несущественно для электрических характеристик антенны.

При моделировании сплошной поверхности проволочной сеткой дополнительные сегменты в узлах сетки не вводятся.

Зазоры активных вибраторов (к которым подводятся питающие напряжения) также описываются сегментами. При этом средняя точка сегмента совпадает со средней точкой зазора, а начальная и конечная - со средними точками крайних (ближайших) сегментов на примыкающих к зазору проводниках (плечах вибратора).

Расчет матрицы СЛАУ

Матрица СЛАУ (расширенная) содержит квадратную матрицу ( - общее число сегментов в модели) с элементами () и - мерный столбец свободных членов (). Здесь - номер строки матрицы (номер уравнения СЛАУ, номер точки коллокации), - номер столбца матрицы (номер сегмента).

Элемент квадратной матрицы численно равен взятой с обратным знаком тангенциальной составляющей электрического поля, создаваемого -м сегментом с единичным током в средней точке -го сегмента. Величина определяется как сумма двух составляющих:

Составляющая, соответствующая излучению отрезка [, ];

- составляющая, соответствующая излучению отрезка [, ].

Составляющие и рассчитываются по формуле:

Орт в цилиндрической системе, связанной с -м сегментом;


- -орт в цилиндрической системе, связанной с отрезком [, ] (знак "-") или отрезком [, ] (знак "+") -го сегмента;

- аппликата -й точки коллокации в цилиндрической системе, связанной с отрезком [, ] (знак "-") или отрезком [, ] (знак "+") -го сегмента;

, - значения функции Грина для различных пар точек;

- расстояния между -й точкой коллокации и крайними (начальной и конечной) точками -го сегмента;

- расстояние между -й точкой коллокации и средней точкой -го сегмента;

- волновое число.

Свободные члены СЛАУ определяются следующим образом.

Если -я точка коллокации соответствует сегменту, расположенному на проводнике, то . Если -я точка коллокации соответствует сегменту, расположенному в зазоре активного вибратора, то в качестве берется нормированная величина входного напряжения. При этом, если антенна содержит один вибратор, то нормированное входное напряжение полагается равным единице. Если же антенна содержит два или более вибраторов (антенная решетка), для одного из вибраторов нормированное входное напряжение полагается равным единице, а остальные входные напряжения нормируются к фактической величине входного напряжения данного вибратора.

Решение СЛАУ рекомендуется выполнять методом оптимального исключения.

СЛАУ записывается следующим образом:

В результате решения СЛАУ определяются коэффициенты разложения искомой токовой функции , , ... . Численно данные коэффициенты равны токам в средних точках соответствующих сегментов при выбранной нормировке входных напряжений (токов).

2.3. Расчет уровней электромагнитного поля

2.3.1. Общие положения

Для выбора способа расчета уровней ЭМП вводятся дополнительные критерии.

При уровень ЭМП необходимо рассчитывать непосредственно по току антенны, а при - по ДН, рассчитанной по току антенны или паспортным ДН, где:

Расстояние от геометрического центра антенны до точки наблюдения (в которой определяется уровень ЭМП);

- максимальный размер антенны.

Если сведения об устройстве (конструкции) антенны отсутствуют (т.е. не представляется возможным построить электродинамическую модель и рассчитать ток антенны), но известны ее паспортные ДН, расчет уровней ЭМП выполняется по паспортным ДН. При этом, если полученные значения напряженности поля (электрического и магнитного) необходимо умножить на поправочный коэффициент , график которого в зависимости от параметра приведен на рис.1.

Критерием необходимости учета влияния металлоконструкций служит выполнение неравенства:

Расстояние от точки наблюдения до ближайшей к ней точки на металлоконструкции.

- максимальный размер металлоконструкции, измеренный по вертикали при вертикальной поляризации и по горизонтали при горизонтальной поляризации;

- максимальный размер металлоконструкции, измеренный по горизонтали при вертикальной поляризации и по вертикали при горизонтальной поляризации;

, - коэффициенты, значения которых определяются по графикам на рис.2.

Влияние подстилающей поверхности не учитывается в следующих случаях:

- точка наблюдения расположена ниже уровня подстилающей поверхности (здесь имеются в виду поверхности ограниченных размеров, например, крыши зданий);

- высота центра антенны и высота точки наблюдения относительно подстилающей поверхности в 10 и более раз превышает расстояние между центром антенны и точкой наблюдения.

Излучаемая мощность определяется следующим образом.

Для антенно-фидерных устройств ЧМ вещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи величина определяется по формуле.

3. Методика измерения уровней электромагнитных полей
3.1. Подготовка к проведению измерений
При подготовке к проведению измерений проводятся следующие работы:

Согласование с заинтересованными предприятиями и организациями цели, времени и условий проведения измерений;

Рекогносцировка района проведения измерений;

Выбор трасс (маршрутов) и площадок измерений;

Организация связи для обеспечения взаимодействия между персоналом станции и группой измерений;

Обеспечение измерений дальности до точки измерений;

Определение необходимости использования средств индивидуальной защиты;

Подготовка необходимой измерительной аппаратуры.

3.2. Выбор трасс (маршрутов) измерений
Число трасс определяется рельефом прилегающей местности и целью измерений. При установлении границ санитарно-защитной зоны (СЗЗ) выбирается несколько трасс , определяемых по конфигурации теоретических границ СЗЗ и прилегающей селитебной территории. При текущем санитарном надзоре, когда характеристики ПРТО и условия его эксплуатации остаются неизменными, измерения могут проводиться по одной характерной трассе или по границе СЗЗ.

При выборе трасс учитывается характер прилегающей местности (рельеф, растительный покров, застройка и пр.), в соответствии с которым район, прилегающий к ПРТО, разбивается на секторы. В каждом секторе выбирается радиальная относительно ПРТО трасса.

К трассе предъявляются требования:

Трасса должна быть открытой, а площадки, на которых намечается проведение измерений, должны иметь прямую видимость на антенну излучающего средства и не иметь в радиусе до 5 метров переотражающих конструкций. Если это требование невыполнимо и на измерительной площадке находятся переотражающие конструкции, то измерительную антенну следует располагать на расстоянии не менее 0,5 метра от этих конструкций.

вдоль трассы , в пределах главного лепестка ДН, не должно быть переизлучателей (металлических конструкций и сооружений, линий электропередачи и т. п.), а также затеняющих препятствий;

Наклон трассы должен быть минимальным по сравнению с наклоном всех возможных трасс в данном секторе;

Трасса должна быть доступной для пешего передвижения или для автотранспорта;

Протяженность трассы определяется на основе расчетного удаления границ СЗЗ и зон ограничения застройки, причем измерения рекомендуется проводить в точках, близких к границе зоны, как внутри зоны, так и вне ее.

3.3. Проведение измерений
3.3.1. Общие положения

На каждой площадке необходимо проводить не менее трех независимых измерений. За результат принимается среднее арифметическое значение этих измерений.

Для измерения расстояний могут использоваться теодолит, мерная лента, план (карта) местности и другие доступные средства, обеспечивающие достаточную точность.

Для средств телевизионного вещания измерения должны проводиться как на несущей частоте изображения, так и несущей частоте звукового сопровождения.

По результатам измерений составляется протокол. Протоколы измерений уровней ЭМП являются сведениями, подлежащими включению в санитарно-эпидемиологическое заключение на ПРТО.

При одновременной работе источников электромагнитного излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ), излучающих в диапазонах частот с разными гигиеническими нормативами, измерения должны проводиться раздельно в каждом диапазоне частот.

Аппаратура, используемая для измерений уровней ЭМП, должна быть исправной и иметь действующее свидетельство о государственной поверке. Перечень рекомендуемых приборов приведен в прилож. 2.

Подготовка аппаратуры к измерениям и сам процесс измерений проводятся в соответствии с инструкцией по эксплуатации применяемых приборов. При этом необходимо учитывать тот факт, что измерения могут проводиться , как в ближней, так и дальней зоне передающего радиотехнического средства. Критерием определения границы между ближней и дальней зонами является соотношение (2.5) п. 2.3.1.

Измерение уровней ЭМП в дальней зоне селективными и широкополосными

приборами с антеннами направленного приема

Измерительная антенна прибора ориентируется в пространстве в соответствии с поляризацией измеряемого сигнала. Измерения проводятся в центре площадки на высоте от 0,5 до 2 м от уровня подстилающей поверхности (земли). В этих пределах отыскивается высота, при которой значение измеряемой величины (показание прибора) наибольшее. На этой высоте, плавно поворачивая измерительную антенну в плоскости поляризации измеряемого сигнала, вновь добиваются максимального показания прибора.

Измерение уровней ЭМП в дальней зоне широкополосными приборами с антеннами ненаправленного приема

Измерения проводятся на высоте от 0,5 до 2 м от уровня подстилающей поверхности (земли). В этих пределах высот производится ориентация измерительной антенны на максимум приёма. Максимум приёма соответствует максимальному показанию измерительного прибора.

Измерение уровней ЭМП в ближней зоне селективными и широкополосными приборами с антеннами направленного приема

В ближней зоне необходимо проводить измерение трех составляющих вектора напряженности электрического поля каждой антенны ПРТО Е х , Е у , Е z путем соответствующей ориентации измерительной антенны. Значение модуля вектора напряженности поля рассчитывается по формуле:

Измерение уровней ЭМП в ближней зоне широкополосными приборами с антеннами ненаправленного приема

Широкополосные приборы с антеннами ненаправленного приема измеряют сразу модуль вектора напряженности поля, поэтому достаточно провести ориентацию измерительной антенны на максимум приема. Максимум приема соответствует максимальному показанию индикатора измерительного прибора.

3.3.2. Измерения в диапазоне частот 27 -48,4 МГц

В данном диапазоне частот производится измерение среднего квадратичного (эффективного) значения напряженности электрического поля.

Измерения должны проводиться селективными приборами (селективными микровольтметрами, измерительными приемниками, анализаторами спектра) с антеннами направленного приема или широкополосными измерителями напряженности поля.

В случае применения селективных или широкополосных приборов с антеннами направленного приема необходимо руководствоваться положениями п. 3.3.1 об измерениях уровней ЭМП в ближней и дальней зонах.

При измерении широкополосными приборами должно быть предусмотрено последовательное включение технических средств ПРТО одного частотного диапазона (27-30 МГц) и отключение - другого (30-48,4 МГц), работающих в данном направлении или оказывающих влияние на суммарное значение напряженности поля в данной точке, и наоборот.

3.3.3. Измерения в диапазоне частот 48,4 -300 МГц

В данном диапазоне частот производится измерение среднего квадратичного (эффективного) значения напряженности электрического поля. Измерения напряжённости поля технических средств телевидения и ЧМ-вещания должны проводиться только селективными приборами (селективными микровольтметрами, измерительными приемниками, анализаторами спектра) с антеннами направленного приема. Измерение напряженности поля каждого технического средства телевидения должно проводиться в режиме измерения эффективных значений на несущих частотах каналов изображения и звукового сопровождения.

Измерения селективными приборами с антеннами направленного приема проводятся в соответствии с положениями п. 3.3.1.

Измерения напряженности поля других технических средств указанного диапазона могут проводиться как селективными приборами с антеннами направленного приема, так и широкополосными приборами с любым типом антенн. При этом следует учесть, что измерения широкополосными приборами должны проводиться при выключенных технических средствах телевидения и ЧМ-вещания.

3.3.4. Измерения в диапазоне частот 300 -2400 МГц

В данном диапазоне частот производится измерение плотности потока энергии ППЭ ЭМП. Измерения проводятся широкополосными измерителями ППЭ или селективными измерителями напряженности поля.

В ближней зоне измерения проводятся только широкополосными измерителями ППЭ в соответствии с положением п. 3.3.1. В дальней зоне измерения проводятся как широкополосными измерителями ППЭ, так и селективными приборами с антеннами направленного приема. Измерения проводятся в соответствии с положениями п. 3.3.1.

Значение напряженности электрического поля , измеренное селективным прибором в дальней зоне, пересчитывается в ППЭ по формуле:

П = Е 2 /3,77 мкВт/см 2 , где (3.2)

Е - значение напряжённости электрического поля в В/м.

В случае использования селективного прибора с измерительными рупорными антеннами, необходимо руководствоваться следующими правилами. Произвести ориентацию рупорной антенны в направлении максимума излучения. Поворачивая рупорную антенну вдоль своей оси добиться максимального показания уровня измеряемого сигнала по шкале (экрану) измерительного прибора. Затем показания прибора нужно пересчитать в микроватты. Окончательное значение ППЭ, мкВт/см 2 получается из формулы 3.3:

П = P К з / S , где (3.3)

Р - показания измерительного прибора, мкВт;

К з - затухание, вносимое переходными волноводными устройствами рупорной антенны и соединительным коаксиальным кабелем, в разах;

S - эффективная поверхность рупорной антенны, см 2 .

Приложение 1
Примеры расчетов уровней электромагнитного поля
Пример 1
Исходные данные. Техническое средство - 5-ти элементная антенна Уда-Яги («волновой канал»). Геометрические размеры антенны и ее положение в пространстве (в базовой декартовой системе координат) показаны на рис. П1.1 (здесь и на рисунках, приводимых далее, линейные размеры даны в мм). Диаметры проводников равны 9 мм. Мощность , излучаемая антенной, 100 Вт; частота 170 МГц (длина волны  = 1,765 м). Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке M1 с координатами: х = 2,7 м, у = 0, z


Рис. П1.1
Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е, В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е,

2) В соответствии с п. 2.3.1 устанавливается, как выполнять расчет - непосредственно по току антенны или по ее ДН. По формуле (2.5) имеем R гр = 4,892 м (в данном случае D = 1,662 м - расстояние между нижней точкой крайнего левого проводника и верхней точкой крайнего правого проводника). Расстояние от геометрического центра антенны до точки M1 равно 3,742 м, т. е. оно меньше R гр . Поэтому расчет уровней ЭМП

3) По методике, изложенной в п. 2.2, выполняется расчет тока антенны. При этом (на этапе построения электродинамической модели) вводится следующее число сегментов на проводниках: на крайнем левом - 39; на вибраторе - 40 (с учетом двух сегментов в зазоре); на проводниках справа от вибратора (последовательно слева направо) - 35, 33, 32. Длины сегментов удовлетворяют неравенству (2.1).

4) По методике, изложенной в п. 2.3.2, рассчитывается напряженность электрического поля в точке M1. По формулам (2.8), (2.9) определяются компоненты вектора :

Е х = (-0,00576 + i 0,0469) В/м; Е у = 0; Е z = (-0,0368 + i 0,0368) В/м

По формуле (2.11) определяется ренормировочный коэффициент: q p = 225,3. По формуле (2.10) окончательно находится : Е= 11,2 В/м.

Пример 2
Исходные данные. Техническое средство - антенна , аналогичная рассмотренной в примере 1 (в смысле размеров и расположения в пространстве), при той же мощности излучения и частоте. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке M1 с координатами: х = 2,7 м, у = 0, z = -3 м (та же точка, что и в примере 1). При этом необходимо учесть влияние металлоконструкции, представляющей собой вертикально ориентированный круглоцилиндрический проводник (см. рис. П1.2). Диаметр металлоконструкции 100 мм; координаты нижнего ее конца х = 3 м, у = 0, z = -5 м; координаты верхнего конца х = 3 м, у = 0, z = -1 м. Учитывать влияние подстилающей поверхности не требуется.

Выполнение расчетов

Е, Е, которую и требуется рассчитать.

2) Поскольку расстояние до точки наблюдения (точка M1) и максимальный размер антенны D Е выполняется непосредственно по току антенны.

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике , изложенной в п. 2.3.2. При расчете тока, наведенного на металлоконструкции на последней вводится 181 сегмент. Расчетные компоненты вектора :

Е х = (0,0941 - i 0,0062) В/м; Е у = 0; E z = (-0,0755 + i 0,012) В/м

Напряженность электрического поля при фактической излучаемой мощности Е = 19,3 В/м (ренормировочный коэффициент q p - тот же, что и в примере 1).

Рис. П1.2
Пример 3
Исходные данные. х = 2,7 м, у = 0, z = -3 м (та же точка, что и в примере 1). При этом необходимо учесть влияние подстилающей поверхности, расположенной в плоскости z = -5 м (см. рис. П1.3). Параметры среды под подстилающей поверхностью: относительная магнитная проницаемость =1; относительная диэлектрическая проницаемость  = 15; удельная проводимость  = 0,015 Ом/м. Учитывать влияние металлоконструкций не требуется.


Рис. П1.3
Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е, В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е, которую и требуется рассчитать.

D соотносятся так же, как и в примере 1, расчет Е выполняется непосредственно по току антенны.

3) Расчет тока антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в примере 1.

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в п. 2.3.2. Составляющая поля
, возникающее из-за наличия подстилающей поверхности, определяется по формуле (2.18), результирующий вектор - по формуле (2.17). Расчетные компоненты вектора :

Е х = (0,0098 + i 0,0178) В/м; Е у = 0; Е : = (-0,0382 + i 0,0369) В/м

Напряженность электрического поля при фактической излучаемой мощности Е = 9,1 В/м.

Пример 4
Исходные данные. Техническое средство - антенна, аналогичная рассмотренной в примере 1, при той же мощности излучения и частоте. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке M1 с координатами: x = 2,7 м, у = 0, z = -3 м (та же точка, что и в примере 1). При этом необходимо учесть влияние металлоконструкции и подстилающей поверхности. Параметры металлоконструкции - те же, что в примере 2, параметры подстилающей поверхности - те же, что в примере 3.

Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е, В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е, которую и требуется рассчитать.

2) Поскольку расстояние до точки наблюдения (точка M1) и максимальный размер антенны D соотносятся так же, как и в примере 1, расчет Е выполняется непосредственно по току антенны.

3) Расчет тока антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в примере 1.

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в п. 2.3.2. Вектор рассчитывается по формуле (2.22). Расчетные компоненты вектора :

Е х = (0,3433 - i 0,1675) В/м; Е у = 0; E z = (-0,0767 + i 0,0108) В/м

Напряженность электрического поля при фактической излучаемой мощности Е = 62,1 В/м.

Пример 5
Исходные данные . Техническое средство - антенна, аналогичная рассмотренной в примере 1, при той же мощности излучения и частоте. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке M1 с координатами: х = 10 м, у = 5 м, z = -3 м (см. рис. П1.4). Учитывать влияние металлоконструкций и подстилающей поверхности не требуется.

Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е, В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е, которую и требуется рассчитать.

В соответствии с п. 2.3.1 устанавливается, как выполнять расчет - непосредственно по току антенны или по ее ДН. По формуле (2.5) имеем R гр = 4,892 м (как и в примере 1). Расстояние от геометрического центра антенны до точки M1 равно 9,998 м, т. е. оно превышает R гр . Поэтому расчет Е выполняется по ДН антенны. При этом ДН определяется по току антенны.

2) Расчет тока антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в примере 1.

3) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в п. 2.3.3. Угловые сферические координаты точки наблюдения M1:  = 107°;  = 28° (см. рис. П1.4). Расстояние от геометрического центра антенны до точки наблюдения M1 R = 11,178 м. Ненормированная ДН определяется по формуле (2.23), вектор - по формуле (2.24). Расчетная нормированная ДН в вертикальной плоскости приведена на рис. П1.5 (а), расчетная нормированная ДН в горизонтальной плоскости - на рис. П1.5 (б); там же штриховыми линиями показаны направления на точку наблюдения M1. Значения нормированных ДН в направлении на точку M1: F в (107°) = 0,85; F Г (28°) = 0,81. Расчетный КНД антенны (формула (2.25)) D = 11,3. Напряженность электрического поля в точке наблюдения M1 (формулы (2.24), (2.26)) Е = 13,0 В/м.
Пример 6
Исходные данные. Техническое средство - антенна, аналогичная рассмотренной в примере 1, при той же мощности излучения и частоте. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке M1 с координатами: х = 10 м, у = 5, z = -3 м (та же точка, что и примере 5). При этом необходимо учесть влияние подстилающей поверхности, расположенной в плоскости z = -5 м (см. рис. П1.6). Параметры среды под подстилающей поверхностью - те же , что и в примере 3. Учитывать влияние металлоконструкций не требуется.

Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е, В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е, которую и требуется рассчитать.

2) Поскольку расстояние до точки наблюдения и максимальный размер антенны D соотносятся так же, как и в примере 5, расчет Е выполняется непосредственно по ДН антенны, которая, в свою очередь, определяется по току антенны.

3) Расчет тока и ДН антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в примере 5.

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в п. 2.3.3. Вектор напряженности электрического поля определяется по формуле (2.17), где первое слагаемое рассчитывается так же, как и вектор в примере 5, а второе слагаемое (составляющая поля
, возникающая из-за наличия подстилающей поверхности) - по формуле (2.28). Угловые сферические координаты точки наблюдения M1 для зеркального изображения антенны:  (з ) = 73°;  (з ) = 28°. Расстояние от геометрического центра зеркального изображения антенны до точки M1 R (з) = 12,843 м. Значения нормированных ДН в направлении на точку M1 для зеркального изображения антенны: F В (73) = 0,85; F Г (28°) = 0,81. Напряженность электрического поля в точке наблюдения M1 E = 14,95 В/м.




Рис. П1.4


Рис. П1.5


Рис. П1.6
Пример 7
Исходные данные. Техническое средство - антенна Уда-Яги, заданная своими паспортными ДН. Паспортная ДН в вертикальной плоскости приведена на рис. П1.7(а), паспортная ДН в горизонтальной плоскости - на рис. П1.7(б). Антенна расположена так, что ее геометрический центр совмещен с началом координат, и ориентирована максимумом излучения по направлению оси абсцисс (ориентация - такая же как в примерах 1-6). Задан КНД антенны в относительных единицах: D = 27,1. Мощность излучения равна 100 Вт, частота - 900 МГц. Максимальный линейный размер антенны 1160 мм. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке M1 с координатами: х = 5 м, у = 0, z = -3 м. Учитывать влияние металлоконструкций и подстилающей поверхности не требуется.

Выполнение расчетов

1) Поскольку в данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется плотность потока энергии П, мкВт/см 2 , необходимо ее рассчитать.

В соответствии с п. 2.3.1 устанавливается необходимость введения поправочного коэффициента р, определяемого по графику, приведенному на рис. 1. По формуле (2.5) имеем R гр = 12,622 м. При этом расстояние от геометрического центра антенны до точки M1 равно 5,831 м, т. е. оно не превышает R гр . Поэтому необходимо ввести поправочный коэффициент. С учетом того, что  = 1,7, имеем (по графику на рис. 1) р = 1,05.

2) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в п. 2.3.4. Поскольку влияние металлоконструкций и подстилающей поверхности учитывать не требуется, нет необходимости определять фазовый центр антенны, и можно считать, что она представляет собой точечный излучатель, расположенный в геометрическом центре антенны (т. е. в начале координат). Угловые сферические координаты точки наблюдения M1:  = 121°;  = 0°. Расстояние от геометрического центра антенны до точки M1 R = 5,831 м. Значения нормированных ДН в направлении на точку M1:
(121) = 0,05;
(0) = 1. Напряженность электрического поля в точке наблюдения M1 Е = 2,96 В/м (с учетом поправочного коэффициента р = 1,05). По формуле (2.27) определяем ППЭ: П = 2,32 мкВт/см 2 .

3) По формуле (2.27) имеем: П = 2,32 мкВт/см 2 .


Рис. П1.7