Измерение плотности потока энергии СВЧ излучения (стр. 1 из 7)
Содержание
I. Введение
II. Плотность потока энергии
III. Средства определения плотности потока ЭМИ
1. Измеритель уровней электромагнитных излучений П3-41
2. Измеритель электромагнитных излучений П3-31
3. Измеритель плотности потока энергии П3-331
IV. Измеритель плотности потока энергии П3-18
1. Антенна-преобразователь АП-ППЭ-1
2. Индикатор Я6П-110
V. Защита от воздействия ЭМИ
1. Общие рекомендации и меры защиты персонала
2. Экранирующие свойства строительных материалов
3. Радиопоглощающие материалы
4. Экранирующие ткани
VI. Нормирование ЭМИ
1. Нормирование РЧ и СВЧ излучений
2. Микроволновые печи
VII. Расчетная часть
1. Расчетные формулы
2. Практическая часть
VIII. Вывод
XIX. Список литературы
І. Введение
Целью работы является: ознакомление с методами и средствами измерения плотности потока энергии СВЧ излучения, установление соответствия исследуемой микроволновой печи всем требованиям предъявляемые санитарными нормами (СН № 2666-83), и приобрести навыки контроля ППЭ от СВЧ-печи.
Электромагнитное поле — это фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определённых условиях порождать друг друга.
В наше время электромагнитные волны очень широко используются. Их основными характеристиками принято считать период, частоту, длину волны, скорость и поляризацию. Длина волны прямо связана с частотой через скорость распространения излучения. В вакууме она равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Поляризация — это явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля E или напряженности магнитного поля H. Излучение может быть не поляризованным, либо быть частично или полностью поляризованным (различают линейную, круговую и эллиптическую поляризацию).
Спектр этих волн весьма широк, от 10 000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3 000 ГГц). Это только часть обширного спектра электромагнитных волн. За радиоволнами следуют тепловые или инфракрасные лучи. После них идет узкий участок волн видимого света, далее – спектр ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма лучей – все это электромагнитные колебания одной природы, отличающиеся только длиной волны и, следовательно, частотой. Хотя весь спектр разбит на области, границы между ними намечены условно. Области следуют непрерывно одна за другой, переходят одна в другую, а в некоторых случаях перекрываются.
По диапазону частот условно установлены три шкалы электромагнитных излучений (ЭМИ):
- радиотехническая (Международный комитет по радиосвязи, МККР);
- медицинская (Всемирная организация здравоохранения, ВОЗ);
- электротехническая (Международная электротехническая комиссия, МЭК).
Электротехническая шкала разбита на несколько частотных диапазонов:
- низкие частоты (НЧ) от 0 до 60 Гц;
- средние частоты (СЧ) от 60 Гц до 10 кГц;
- высокие частоты (ВЧ) от 10 кГц до 300 МГц;
- сверхвысокие частоты (СВЧ) от 300 МГц до 300 ГГц.
В данной работе будут рассматриваться электромагнитные поля в СВЧ диапазоне. Источники таких полей всегда окружают нас, ими являются: радары (500 МГц – 15 ГГц), системы спутниковой связи (≈2,38 ГГц), системы сотовой связи (463 МГц – 1880 МГц), СВЧ–печи (2,45 ГГц) и многие другие бытовые приборы. Интенсивность ЭМП, в данном интервале, характеризуется поверхностной плотностью потока энергии, длительное воздействие которой отрицательно сказывается на здоровье человека.
Табл. 1. Возможные изменения в организме человека под влиянием ЭМИ различных интенсивностей
| Интенсивность ЭМИ, мВт/см2 | Наблюдаемые изменения |
| 600 | Болевые ощущения в период облучения |
| 200 | Угнетение окислительно-восстановительных процессов в ткани |
| 100 | Повышенное артериальное давление с последующим его снижением; в случае воздействия — устойчивая гипотензия. Двухсторонняя катаракта |
| Интенсивность ЭМИ, мВт/см2 | Наблюдаемые изменения |
| 40 | Ощущение тепла. Расширение сосудов. При облучении 0,5-1 ч повышение давления на 20-30 мм рт. ст. |
| 20 | Стимуляция окислительно-восстановительных процессов в ткани |
| 10 | Астенизация после 15 мин. облучения, изменение биоэлектрической активности головного мозга |
| 8 | Неопределенные сдвиги со стороны крови с общим временем облучения 150 ч, изменение свертываемости крови |
| 6 | Электрокардиографические изменения, изменения в рецепторном аппарате |
| 4-5 | Изменение артериального давления при многократных облучениях, непродолжительная лейкопения, эритропения |
| 3-4 | Ваготоническая реакция с симптомами брадикардии, замедление электропроводимости сердца |
| 2-3 | Выраженный характер снижения артериального давления, тенденция к учащению пульса, не значительные колебания объема сердца |
| 1 | Снижение артериального давления, тенденция к учащению пульса, незначительные колебания объема крови сердца. Снижение офтальмотонуса при ежедневном воздействии в течение 3,5 месяцев |
| 0,4 | Слуховой эффект при воздействии импульсных ЭМП |
| 0,3 | Некоторые изменения со стороны нервной системы при хроническом воздействии в течение 5-10 лет |
| 0,1 | Электрокардиографические изменения |
| До 0,05 | Тенденция к понижению артериального давления при хроническом воздействии |
Так как в наше время микроволновые печи используются практически повсеместно (в поездах, в местах общественного питания и в быту), вопрос о нормировании их излучения звучит особенно актуально. Несмотря на то, что современные СВЧ-печи оборудованы достаточно совершенной защитой, которая препятствует проникновению электромагнитного излучения за пределы рабочего объема, нельзя говорить, что вне печи излучение будет полностью отсутствовать.
ІІ. Плотность потока энергии
В соответствии с межгосударственным стандартом (ГОСТ 12.1.006-84), интенсивность ЭМП, в данном интервале, характеризуется поверхностной плотностью потока энергии, энергетическая нагрузка представляет собой произведение плотности потока энергии поля на время его воздействия
.Плотность потока энергии – величина равная количеству энергии, переносимой через единичную площадь, в единицу времени.
(1)ППЭ – плотность потока энергии, Вт/м2;
ФЕ – поток излучения (мощность передатчика), Вт;
SЕ – эффективная площадь измерительной антенны, м2;
NФ– коэффициент полезного действия фидерного тракта, зависящий от материала изготовления, геометрических размеров, передачи (проводимости) СВЧ – энергии;
При измерении ППЭ, антенна-преобразователь помещается в зону действия ЭМП. Сигнал с антенны, через фидерный тракт, поступает на индикатор прибора. Структурная схема представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Структурная схема измерителей ППЭ.
(2)Z – затухание в фидерном устройстве, определяется как произведение погонного коэффициента затухания Z(f) на его длину;
КБВ – коэффициент бегущих волн (
);КСВ – коэффициент стоячих волн в фидере, или волноводе, если фидерное устройство отсутствует, то Z = 0, а NФ = 1. КСВ может определяться при помощи коэффициента отражения, или отношения импеданса антенны к приемнику.
Эффективная площадь антенны определяется по формуле:
(3)SA – площадь антенны, определяемая её геометрическими размерами, м;
– коэффициент использования площади, зависит от типа использованных антенн, синфазности электромагнитного поля. Например, для пирамидальных рупоров ≈ 0.49, для параболических антенн ≈0.55.Коэффициент направленного действия (КНД) антенн D определяется по формуле:
(4)λ – длина волны, в свою очередь, определяется по формуле:
(5)где C = 2.998 · 108 м/сек.- скорость света в окружающей среде, или скорость распространения электромагнитных волн;
f – частота при которой производятся измерения, Гц.
Подставляя формулы (3) в формулу (4):
(6)Подставим теперь формулу (6) в (1), получим формулу для определения плотности потока энергии:
Мощность ФЕ от источника излучения будет определять плотность потока энергии на определенном расстоянии от передающего устройства. А погрешность метода будет сведена к погрешности определения коэффициента усиления антенны передающего устройства, определением (либо измерением) её диаграммы направленности и коэффициентом полезного действия антенно-фидерного устройства, зависящего от КСВ (при КСВ = 1.2, погрешность от несогласования не превышает ± 3…5 %).