Расчет напряженности поля радиотелецентров (стр. 2 из 4)
Пространственная диаграмма направленности изображается в виде поверхности f(j,q). Построение такой диаграммы неудобно. Поэтому на практике обычно строят диаграммы направленности в какой-нибудь одной плоскости, в которой она изображается плоской кривой f(j) или f(q) в полярной или декартовой системе координат.
Пространственная диаграмма направленности, у которой максимальное значение равно единице, называется нормированной диаграммой и обозначается как F(j,q). Она легко получается из ненормированной диаграммы путем деления всех ее значений на максимальное:
F(j,q) = f(j,q)/fmax(j,q). (1.12)
Простейший излучатель в виде элементарного диполя имеет тороидальную диаграмму направленности, показанную на рис. 4 в полярных координатах и выражаемую уравнением
Е = Е0 sinq, (1.13)
где Е0- напряженность поля в направлении максимума (т.е. при q = 90о); q- угол, отсчитываемый от оси диполя.
На рис. 5, а показан пример игольчатой диаграммы. Основное излучение антенны с такой диаграммой направленности сконцентрировано в пределах небольшого телесного угла.
На рис. 5, б показан пример диаграммы направленности специальной формы, определяемой в вертикальной плоскости уравнением
Е = Е0cosecq, (1.13)
где Е0- коэффициент пропорциональности; q- угол в вертикальной плоскости, отсчитываемый относительно горизонта. Такие диаграммы желательно иметь в некоторых типах радиолокационных станций, например в самолетных радиолокаторах наземных объектов. При отражении от таких объектов, находящихся от поверхности земли на различных расстояниях от самолета в пределах радиуса действия радиолокатора, уровень отраженного сигнала на входе приемника будет сохраняться неизменным.
Направленное действие антенны часто оценивают по углу раствора диаграммы направленности, который также называют шириной диаграммы. Под шириной 2q0,5 диаграммы (главного лепестка) подразумевают угол между направлениями, вдоль которых напряженность поля уменьшается в
раз, по сравнению с напряженностью поля в направлении максимума излучения, а поток мощности соответственно уменьшается вдвое. В некоторых случаях под шириной 2q0 подразумевают угол между направлениями (ближайшими к направлению максимума), вдоль которых напряженность поля равна нулю.Для сравнения между собой направленных антенн вводят параметр, называемый коэффициентом направленного действия (КНД). Коэффициент направленного действия – число, показывающее, во сколько раз пришлось бы увеличить мощность излучения антенны при переходе от направленной антенны к ненаправленной при условии сохранения одинаковой напряженности поля в месте приема (при прочих равных условиях):
, (1.14)где
– мощность излучения ненаправленной антенны; 
– мощность излучения направленной антенны. | 90о |
q
180о 0о  |
360о
а б
Рис. 4. Диаграмма направленности элементарного диполя:
а - проекция в плоскости, перпендикулярной оси диполя; б - проекция в плоскости, проходящей через ось диполя.
 Боковые лепестки Главный лепесток   Направление главного излучения |
Задний лепесток
а
 |
q
б
Рис. 5.
. (1.15)
. (1.16)  ДН антенныaH RH h r Рис. 6. |
Расчеты действующих значений напряженности выполняются по методике [2] при задании излучаемых мощностей, КНД и нормированных ДН передающих антенн в вертикальной и азимутальной плоскостях. При этом учитываются уровни боковых лепестков ДН, а также рельеф местности и высоты зданий. Напряженность поля в нашей работе рассчитывалась по формуле (1.6), в которую были внесены выше сказанные поправки
(1.17)где Р – мощность, Вт; R– расстояние от фазового центра антенны до точки наблюдения с высотой h от основания опоры, м; F(a) – нормированная диаграмма направленности (ДН) в вертикальной плоскости, a = arctg[(H–h)/r] – угол места, r – расстояния от основания опоры до проекции точки наблюдения на уровень h, так что R= r/sina; F(j) = 1 – нормированная ДН в горизонтальной плоскости. (Рис. 6.)
Функция F(a) для типовой передающей антенны ("антенная решетка") задается формулой
(1.18)В этой формуле коэффициент bпринимает значения 2p для антенной решетки всех радиотелепередающих центров до модернизации в 1998 г., и 1,3p – после модернизации согласно [3].
Для антенн типа "полуволновой вибратор" функция F(a) задается иначе
(1.19)или, если угол отсчитывается от оси диполя (рис. 7.),
(1.20)При проектировании и эксплуатации современных радиотехнических объектов важно учитывать ПДУ воздействия электро-магнитных полей (ЭМП) на здоровье людей. В таблице приведены значения ПДУ для некоторых частот.
| Частота МГц | 48,4 | 88,4 | 192 | 300 |
| ПДУ, в/м | 5,0 | 4,0 | 3,0 | 2,5 |
В соответствии с официально утвержденной методикой [2] рассчитывались значения нормированной суммарной напряженности поля S в зависимости от расстояний от опоры:
(1.21)где индекс суммирования k соответствует номеру передатчика и меняется от 1 до 7, а санитарные нормы не нарушаются при S<1.
q Направление излученияa  Рис. 7. |
Изложенные в этом разделе методы расчета напряженности поля использовались для расчетов напряженности поля в ряде конкретных ситуаций.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1. Для ИОРТПЦ
Обозначим действующие передатчики типов АРТС и Дождь- 2 номерами 1- 4. Эти передатчики имеют следующие параметры излучения:
* мощности Р 1 = Р 2 = 5 кВт и Р 3 =Р 4 = 3 кВт;
* рабочие частоты f1 = 80 МГц, f2 = 96 МГц, f3»f4 » 70 МГц;
* коэффициент усиления передающих антенн D1 = D2 = 6.56,
D3 = D4 = 9.84;
высоты фазовых центров антенн от основания опоры Н1= Н2= 161 м,
Н3 = Н4 = 155 м;
Для планируемых к размещению передатчиков с номерами 5 - 7:
* мощности Р 5 = Р 6 = Р 7 = 1 кВт;
* рабочие частоты f5 » 474 МГц, f6 » 506 МГц, f7 » 570 МГц;
* коэффициент усиления передающих антенн D5 = 4, D6 = D7 = 3.2;
* высоты фазовых центров антенн от основания опоры
Н 5 = Н 6 = Н 7 = 180 м.
Согласно СанПин 2.2.4 / 2.1.8.056 - 96 примем следующие предельно допустимые уровни (ПДУ) напряженности поля Е: для f1 и f2 ПДУ1 = ПДУ2 = 4 в/м, для f3 иf4 ПДУ3 = ПДУ4 = 5 в/м, для f5 - f7 ПДУ5 = ПДУ6 = ПДУ7 = 6 в/м.
2. Для Усольского телепередающего центра
Обозначим действующий передатчик номером 1. Этот передатчик имеет следующие параметры излучения: