Методы контроля. Методические указания мук 116702 ббк 51. 21
 Скачать 1.49 Mb.
|
|
Примеры расчета ППЭ вблизи антенн типа параболический цилиндр и рупорных антенн Пример 1. Антенна типа параболический цилиндр Исходные данные и постановка задачи Конструкция антенны показана на рис.4.1. Размеры апертуры а = 0,45 м, b = 0,15 м. Длина излучателя L = 0,3 м. Мощность излучения 100 Вт, частота 10000 МГц, КНД антенны 27 дБ. Определить значение ППЭ в точке M с координатами R = 10 м, = 10°. Решение 1. Определяются значения обобщенных координат по формулам (3.14): x1 = 0,741, u1 = 8,183, x2 = 6,667, u1 = 0,909. 2. Нормированные характеристики направленности в обобщенных координатах u, x рассчитываются по формулам (3.2) и (3.3). Результаты расчетов приведены на рис.П4.1 и П4.2.  Рис.П4.1. Функция F(u1, x1).  Рис.П4.2. Функция F(u2, x2). 3. Значения огибающих функций определяются либо непосредственно по рис.П.3.1 и П.3.2, либо, как это сделано ниже, по данным табл.П.3.1 (следует учесть, что данные таблицы приведены для функции 20 F(u, x): F(u1, x1) = -10,5 дБ, F(u2, x2) = -1,3 дБ 4. Значение КНД облучателя рассчитывается по формуле (4.1): Si(kL) = 1,554, Dp = 20,4 5. Находятся функции вида 10 lg (B(x)/x) по графикам рис.П3.1 (следует учесть, что графики построены для функции 20 lg (B(x)/x): 10 lg (B(x1)/x1) = 6,3 дБ, 10 lg (B(x2)/x2) = -8,24 дБ 6. Рассчитывается значение апертурной составляющей ППЭ по формуле (3.13): Па = 16,6 мкВт/см2 7. Считая облучатель синфазной нитью с равномерным возбуждением, определяется его характеристика направленности облучателя:  8. Подстановка исходных данных и найденного значения КНД в формулу (2.4) позволяет найти составляющую ППЭ от облучателя: Побл = 3 мкВт/см2. Суммарное значение ППЭ в точке М : П = 19,6 мкВт/см2. Пример 2 Исходные данные и постановка задачи Пирамидальный рупор, имеющий геометрические размеры (рис.4.2) a = 28,5 см, b = 23,24 см, L = 90 см возбуждается волной H10 на частоте f = 10000 МГц. Подводимая мощность P = 100 Вт. Определить ППЭ в точке M с координатами R = 10 м, = 10°. Решение По формулам (4.4)...(4.6) находим: f (10°) = 1,236, maxf ( = 0) = 3,5762 По формулам (4.7)...(4.9) находим: f = (10°) = 0,713, maxf ( = 0) = 2,779 По формуле (4.3) определяем F(, ) = 0,08868 Значение КНД рупора определяем по формулам (4.10) и (4.11): Dp = 475. Искомое значение ППЭ находим по формуле (4.2): П = 0,2984 Вт/м2 = 29,84 мкВт/см2. Пример 3 Исходные данные и постановка задачи Конический рупор, имеющий геометрические размеры (рис.4.3) r = 15 см, L = 45 см возбуждается на частоте f = 10000 МГц. Подводимая мощность P = 100 Вт. Определить ППЭ в точке M с координатами R = 9 м, = 10°. Решение По формулам (4.13....4.19) находим: q1 = 0,7158 + 0,1115i, q2 = 5,8658 · 10 - 0,9488i, f( = 10°) = 0,6957, maxf () = 0,8622, F () = 0,6511 Значение КНД рупора определяем по формуле (4.20): Dp = 500. Искомое значение ППЭ находим по формуле (4.2): П = 31,9811 Вт/м2 = 3198,11 мкВт/см2 Приложение 5 Примеры расчета ППЭ вблизи рупорно-параболической и перископической антенн Пример 1. Рупорно-параболическая антенна Исходные данные и постановка задачи Конструкция антенны показана на рис.5.1. Размеры апертуры 2,7 х 2,7 м. Мощность излучения 2 Вт, длина волны = 8,2 см, КНД антенны 39,5 дБ. Угол раскрыва рупора 0 = 35°. Определить значение ППЭ в точке M, лежащей на оптической оси антенны (ось Y) на расстоянии R = 18 м. Решение 1. Находятся значения обобщенных координат u, x: u = 0, x = 0,101. 2. По таблице П3.1 находится значение гарантированной огибающей: F(u, x) =0. 3. Функции вида 10 lg (B(x)/x) находятся по графикам рис.П3.1: 10 lg (B(x)/x) = 13,0 дБ 4. Значение КНД облучателя находится по графику рис.П1.2: Dобл = 9,63 дБ 5. Подстановка исходных и найденных значений в формулу (3.2) позволяет найти апертурную составляющую ППЭ: Па = 19,532 дБ, Па = 89,78 мкВт/см2 6. Подстановка исходных данных и найденного значения КНД в формулу (3.3) позволяет найти составляющую ППЭ от облучателя: Побл = -13,45 дБ, Побл = 0,0452 мкВт/см2. Суммарное значение ППЭ в точке М : П = 89,83 мкВт/см2. Пример 2. Перископическая антенна Исходные данные и постановка задачи Конструкция антенны показана на рис.5.2. Диаметр нижнего зеркала А2 - 3,2 м, верхнего зеркала А3 - 3,9 м, расстояние между верхним и нижним зеркалом 60 м, мощность излучения 2 Вт, длина волны = 3,7 см, КНД антенны 43 дБ. Диаметр раскрыва конического рупора r = 0,15 м, длина L = 0,5 м. Определить значение ППЭ в точке M, находящейся на оси мачты на высоте 30 м. Расстояние между рупором и мачтой 10 м. Постановка задачи иллюстрируется на рис.П5.1.  Рис.П5.1. Решение В точке N ППЭ имеет две составляющие - одну от нижней апертуры, другую от верхней. Вклад нижней апертуры (антенна А2) оценивается по формуле (3.21). Результаты расчета: x = 0,111, u = 0,20 lg (B(x)/x) = 14,6 дБ, F(u, x) = 0, Па = 28,7 дБ = 749 мкВт/см2. Вклад рупора (антенна А1) рассчитывается аналогично тому, как это сделано в примере 3 приложения 4. По формулам (4.13)...(4.19) находим: q1 = -0,374 + 0,0631i, q2 = 0,017 - 0,37i, q3 = 0,712 + 0,033i U1 ( = 71,6°) = 0,113, U2 ( = 71,6°) = -1,929 · 10-4, f ( = 71,6°) = 0,072, maxf ( = 8°) = 1,215, F ( = 71,6°) = 0,059 Значение КНД рупора определяется по формуле (4.20); Dp = 328,7 Искомое значение вклада рупора в ППЭ находим по формуле (4.2): П = 1,955 Вт/м2, П = 195,5 мкВт/см2 Суммарное значение ППЭ в точке N : П = 944,5 мкВт/см2. Приложение 6 Пример расчета ППЭ вблизи апертурной антенны с решетчатым рефлектором Пример. Антенна с рефлектором в виде поверхности с отверстиями Исходные данные и постановка задачи Техническое средство - ССП. Передатчик работает на длине волны = 0,05 м. Мощность передатчика P = 3 кВт. Используется антенна Кассегрена с углом раскрыва 20 = 180° и D0 = 50 дБ. Зеркало (рефлектор) антенны - параболоид вращения, поверхность которого выполнена в виде сетки из проводов диаметра 2 = 0,006 м при расстоянии между проводами d = 0,018 м (рис.6.2). Диаметр апертуры d = 7 м. Высота центра апертуры над землей HA = 7 м. Направление максимального излучения составляет с плоскостью горизонта угол = 10°. Рассчитать ППЭ в точке N при: HN = 4 м, N = 160°, N = 20 м. Постановка задачи иллюстрируется рис.П2.2. Решение Параметры технического средства и координаты точки N совпадают с заданными в примере 3 приложения 2, поэтому значение дифракционной составляющей считается известным и равным: Пдиф = 4,045 · 10 мкВт/см2 Значение составляющей, обусловленной прохождением энергии сквозь сетку рефлектора, определяется по формуле (6.1): 1. Находится угол = 180° - N = 180° - 160,24° = 19,76° 2. Рассчитывается значение нормированной характеристики облучателя в точке N (формула (6.2)): Fобл = 0,973 3. По графику рис.П1.1 определяется КНД облучателя: Dобл = 3,095 дБ = 2,039 4. Определяется коэффициент прохождения по формуле (6.3)  ,  ,при этом Т = 0,028. 5. По формуле (6.1) рассчитывается составляющая ППЭ, обусловленная прохождением энергии через рефлектор: Ппр = 0,095 мкВт/см2 6. Суммарная ППЭ в расчетной точке: П = 0,099 мкВт/см2. Приложение 7 Примеры расчета ППЭ вблизи вибраторных антенн Пример 1. Коллинеарная антенна, расположенная над плоской безграничной поверхностью Исходные данные и постановка задачи Техническое средство - коллинеарная антенна базовой станции системы ММDS (вибраторы полуволновые), количество этажей - 16, питание этажей - синфазное, рабочая частота f = 2400 МГц, излучаемая мощность P = 800 Вт, высота подвеса антенны h1 = 27 м. Рассчитать уровни ППЭ в точках T1 и T2. Точка T1 имеет следующие координаты в цилиндрической системе координат, связанной с антенной: = 3 м, = 60°, z = 2 м, а точка T2: = 3 м, = 60°, z = 10 м. Антенна расположена над плоской безграничной поверхностью. Постановка задачи проиллюстрирована на рис.П7.1.  Рис.П7.1. Остальные условные обозначения, использующиеся при расчетах, введены в соответствии с параграфом 8. Решение 1. Геометрия антенны. Геометрия антенны определяется исходя из следующих параметров: длины волны и высоты подвеса антенны. = c / f = 3 · 108 / 340 · 106 = 0,125 м h1 = 30 м Далее в декартовой системе координат с выбранным началом отсчета определяются координаты начал и концов вибраторов в составе антенны. В таблице 1 приведены координаты только первого этажа. Таблица 1
Радиусы вибраторов и число сегментов на вибраторах выбираются в соответствии с требованиями, указанными в разделе 7. При расчетах учитывается число этажей, межэтажное расстояние и высота подвеса антенны. Режим возбуждения этажей - синфазный. 2. Расчет координат точки наблюдения. Координаты точки наблюдения, в которой вычисляются величины ППЭ, определяются в сферической системе координат наборами величин 1, , r1 и 2, , r2 (см. рис.8.1). В рассматриваемом случае при h2 = 2 м  м, , м, ,Величина была определена нами ранее и равна 60°. При h2 = 10 м  м, , м, 3. Расчет ППЭ. Расчет напряженности поля производится в соответствии с методикой, подробно изложенной в разделе 7. Исходными данными для расчета являются введенная в пункте 1 геометрия антенны, а также режим возбуждения вибраторов и излучаемая мощность. Значение ППЭ в точке Т1, рассчитанное по формуле (7.1), с учетом полученных выше результатов равно 1,0 · 10-3 мкВт/см2, а в точке Т2 равно 4,4 · 10-2 мкВт/см2. Пример 2. Коллинеарная антенна, расположенная на крыше высотного здания Исходные данные и постановка задачи Техническое средство - коллинеарная антенна (вибраторы полуволновые), количество этажей - 16, питание этажей - синфазное, рабочая частота f = 2400 МГц, излучаемая мощность P = 800 Вт, высота подвеса антенны относительно уровня крыши (фазового центра): 5 м. Рассчитать уровни ППЭ в точках M1 и M2. Точка M1 имеет следующие координаты в декартовой системе: x = 5,77 м, y = 10 м, z = 4 м, а точка M2: x = 6,78 м, y = 11,73 м, z = 1 м. Антенна расположена на крыше высотного здания высотой 30 м. Координаты углов крыши А(5, 10, 30), В(-5, 10, 30). Координаты фазового центра Ф(0, 0, 5). Постановка задачи проиллюстрирована на рис.П7.2. Остальные условные обозначения, использующиеся при расчетах, введены в соответствии с разделом 8. Решение 1. По формулам (8.5) вычисляются значения вспомогательных параметров.   2. Расчет координат точки K. В соответствии с выбранными параметрами задачи при = 60° для расчета используются формулы (8.6).  м, м, Рис.П7.2. 3. По формулам (8.8) рассчитываются расстояния:  м, м, м4. В соответствии с алгоритмом, приведенным на рис.8.4, определяется принадлежность точек M1 и M2 к одной из трех областей. Суть этого алгоритма состоит в проверке нескольких условий. Так, для точки M1:  ,  Для точки M2:  ,   Таким образом, точка M1 находится в области II, а точка M2 - в области I. 5. Геометрия антенны. Геометрия антенны определяется исходя из следующих параметров: длины волны и высоты подвеса фазового центра антенны относительно крыши. = c / f = 3 · 108 / 2400 · 106 = 0,125 м; h1 = 5 м Далее в декартовой системе координат с выбранным началом отсчета определяются координаты начал и концов вибраторов (аналогично примеру 1) в составе антенны с учетом высоты подвеса фазового центра антенны. 6. Расчет координат точки наблюдения. Координаты точки наблюдения, в которой вычисляются величины ППЭ, определяются в сферической системе координат наборами величин 1, , и 2, , r2 (см. рис.8.1). В отличие от результатов, приведенных в примере 1, число наборов координат определяется в зависимости от номера области. Так, для точки M1, находящейся в области II, ППЭ определяется суммой ППЭ прямой и отраженной волны. Поэтому для этой точки рассчитывается набор параметров, аналогичный рассмотренному в примере 1: 1 = 4,948°, = 60°, r1 = 11,59 м, 2 = 37,926°, = 60°, r2 = 14,64 м Точка M2 находится в области прямых лучей. Поэтому для нее рассчитывается следующий набор параметров: 1 = 16,45°, = 60°, r1 = 14,13 м 7. Расчет ППЭ. Расчет напряженности поля производится в соответствии с методикой, изложенной в разделе 7. Исходными данными для расчета являются введенная в 2.1 геометрия антенны, а также режим возбуждения вибраторов и излучаемая мощность. Значение ППЭ в точке M1, рассчитанное по формуле (7.1), с учетом полученных выше результатов равно 14,82 мкВт/см2, а в точке M2 равно 0,187 мкВт/см2. Приложение 8 Перечень приборов, рекомендуемых для измерения ППЭ Таблица П8.1
Могут быть использованы также другие приборы с аналогичными характеристиками, приведенными в данной таблице. Приложение 9 Рекомендуемое программное обеспечение Программная реализация приведенных в настоящих методических указаниях методик расчета плотности потока энергии электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 300 МГц-300 ГГц, осуществлена в Программном комплексе анализа электромагнитной обстановки (ПК АЭМО версия 2.0.2), разработанном специалистами ФГУП СОНИИР совместно с ЗАО "СМАРТС". На данный программный комплекс имеется Свидетельство № 1002/02-00006 от 15 октября 2002 г., выданное Министерством здравоохранения Российской Федерации, согласно которому ПК АЭМО пригоден к использованию в учреждениях госсанэпидслужбы Российской Федерации. За более подробной информацией о возможностях данного программного комплекса обращаться по адресу: 443011, г.Самара, ул.Советской Армии, 217, т. (8462) 16-18-26, факс (8462) 16-15-11, E-mail: mspd@soniir.samara.ru, fdv@soniir.samara.ru. Приложение 10 Список сокращений ППЭ - плотность потока энергии КНД - коэффициент направленного действия ГТД - геометрическая теория дифракции РПА - рупорно-параболическая антенна ПАС - перископическая антенная система |