МУК 4.3.1167-02

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

     

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

     
Определение плотности потока энергии электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 300 МГц-300 ГГц

Дата введения: с момента утверждения

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

2. ПРЕДСТАВЛЕНЫ Минсвязи России письмом от 20.04.01 N НТУ-1/237. Одобрены комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Минздраве России.

3. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 7 октября 2002 года.

4. ВВЕДЕНЫ ВЗАМЕН методических указаний "Определение плотности потока излучения электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 700 МГц-300 ГГц. МУК 4.3.680-97".

Область применения

Методические указания содержат изложение методики мониторинга окружающей среды вблизи антенн радиосредств, работающих в различных участках диапазона частот 300 МГц-300 ГГц, по электромагнитному фактору. Являются государственным методическим документом для определения санитарно-защитных зон и зон ограничения застройки, а также для прогнозирования уровней электромагнитного поля при выборе мест размещения радиосредств.

Предназначены специалистам органов и учреждений санитарно-эпидемиологической службы, проектных организаций, операторам связи.

Документ введен взамен МУК 4.3.680-97. Отличается от прежнего документа тем, что распространяется на более широкий класс антенн, содержит рекомендации по учету решетчатой структуры антенного рефлектора, влияния земли и крыши на величину плотности потока энергии в расчетной точке.

Не распространяется на радиосредства базовых станций систем подвижной связи и станций телевизионного вещания.

1. Радиосредства

На частотах выше 300 МГц работают различные радиосредства: радиорелейные системы передачи прямой видимости (РРСП ПВ), тропосферные радиорелейные системы передачи (ТРРСП), спутниковые системы передачи (ССП), радиолокационные станции (РЛС).

Передающая часть любого радиосредства имеет антенну - устройство преобразования энергии, вырабатываемой радиопередатчиком, в энергию свободно распространяющихся радиоволн. Наиболее распространенными на практике являются апертурные антенны - вырезки из параболоида вращения (с круглой, квадратной, прямоугольной апертурой), рупорно-параболические антенны, перископические антенные системы, а также вибраторные антенны. Реже (в качестве самостоятельных) применяются рупорные антенны, антенны в виде вырезки из параболического цилиндра. Каждая антенна имеет характерные элементы, определяющие конструкцию. Для антенн, построенных на основе вырезки из параболоида вращения, это рефлектор (зеркало с соответствующей формой апертуры) и облучатель, расположенный, как правило, в фокусе параболоида. Рупорно-параболическая антенна - это единая конструкция в виде двух совмещенных элементов: рупора и несимметричной вырезки из параболоида вращения. Перископическая антенная система имеет три основных элемента: первичный облучатель (как правило, рупорный), нижнее зеркало и верхнее зеркало. Рупорная антенна состоит из отрезка волновода постоянного сечения и собственно рупора, представляющего собой волновод с плавно увеличивающимся сечением. Антенна типа параболический цилиндр - это апертурная антенна с рефлектором в виде параболического цилиндра и линейным источником возбуждения. Антенны вибраторной конструкции - это совокупность активных и пассивных излучателей.

Основными данными, необходимыми для расчета электромагнитной обстановки вблизи радиосредства, являются: мощность передатчика, рабочая частота (длина волны), КНД антенны, пространственное положение и геометрические размеры излучающих элементов.

2. Расчет плотности потока энергии вблизи параболических антенн с круглой апертурой

Общие положения. Значение плотности потока энергии (ППЭ) апертурной антенны в произвольной точке пространства (в рамках энергетического подхода к решению задачи) определяется по формуле:

, где                                                  (2.1)

- апертурная составляющая;

- составляющая, определяемая излучением облучателя;

- составляющая, обусловленная токами, протекающими вблизи кромки зеркала (дифракционными токами);

- составляющая, возникающая в результате прохождения энергии сквозь основное зеркало антенны, если оно имеет решетчатую структуру.

Все пространство вблизи антенны условно делится на ряд характерных областей, которые ввиду симметрии показаны на рис.2.1 только в секторе углов .

Рис.2.1. Области анализа ППЭ.

Значение ППЭ в области I определяется апертурной составляющей и составляющей облучателя .

В области II - заднем полупространстве антенны - ППЭ определяется составляющей . Если зеркало выполнено в виде решетчатой структуры, то к дифракционному полю добавится поле, прошедшее в область II сквозь ячейки решетки - составляющая .

В области III необходимо учитывать составляющие и . Область III в заднем полупространстве существует только для длиннофокусных антенн, когда .

В области IV ППЭ определяется в основном составляющими и , но следует учитывать и (особенно вблизи границы раздела областей I и IV).

Область V является областью конструкции антенны и находится внутри гипотетического цилиндра с площадью основания, равной площади апертуры и высотой 2...4 диаметра апертуры (эту область иногда называют областью прожекторного луча).

Используемые допущения:

- амплитудное распределение поля по апертуре задается в виде "параболы на пьедестале":

, где                                                (2.2)

- текущее значение координаты на диаметре апертуры, - диаметр апертуры;

- облучатель и антенна имеют характеристики направленности с осевой симметрией относительно направлений их максимального излучения;

- характеристика направленности облучателя вне сектора углов перехвата энергии основным зеркалом считается неизменной и равной 0,316 по напряженности поля (по мощности 0,1);

- апертура имеет затенение, характеризуемое коэффициентом затенения 0,1 ( - диаметр "теневого диска", - диаметр апертуры).

Расчет плотности потока энергии в области I. Плотность потока энергии в расчетной точке (рис.2.2) представляется в виде двух составляющих:

,  где

- апертурная составляющая ППЭ (рис.2.2а);

- составляющая ППЭ, определяемая непосредственно излучением облучателя (рис.2.2,б).

Рис.2.2. К расчету апертурной составляющей ППЭ (а) и составляющей ППЭ облучателя (б).

В предположении осевой симметрии характеристик направленности апертуры и облучателя составляющие ППЭ имеют вид:

,  Вт/м                                             (2.3)

     
, Вт/м, где                                                 (2.4)

- мощность, излучаемая антенной, Вт;

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

- функция, учитывающая зависимость КНД от расстояния;

- нормированная характеристика направленности антенны по мощности;

- сферические координаты расчетной точки;

- КНД облучателя в направлении максимального излучения;

- нормированная характеристика направленности облучателя по мощности (угол ).

Электрические параметры апертуры - характеристика направленности и КНД - являются функциями расстояния , а те же параметры облучателя не зависят от - считается, что расчетная точка по отношению к облучателю всегда находится в дальней зоне.

Вводятся переменные: - обобщенная угловая координата, - относительное расстояние:

,                                                                                   (2.5)

, где                                                                                        (2.6)

- диаметр апертуры, м;

 - длина волны, м;

- граничное расстояние, начиная с которого можно считать, что расчетная точка находится в дальней зоне.

С учетом введения обобщенных координат выражение (2.3) принимает вид:

, Вт/м                                            (2.7)

Перевод размерности ППЭ Вт/м в мкВт/см осуществляется в (2.7) умножением на 100.

Переход от абсолютных значений величины ППЭ к относительным (децибелам относительно 1 мкВт/см) осуществляется по формуле:

, дБ, где              (2.8)

- функция, учитывающая изменение КНД в зависимости от относительного расстояния;

- нормированная характеристика направленности апертуры в обобщенных координатах .