Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Основы электромагнитной экологии: Монография

Голосов: 1

Рассмотрен специфический вид антропогенного загрязнения окружающей среды - электромагнитное загрязнение. Показано, что проблемы электромагнитной экологии, традиционно являясь санитарно-гигиеническими, в настоящее время стали частью общей экологической проблемы и получили общественно значимое звучание. Приведена методологическая база для решения конкретных задач расчетного прогнозирования электромагнитной обстановки вблизи излучающих технических средств радиосвязи, радиовещания и телевидения. Для научных работников, специалистов проектирования и эксплуатации радиосредств, работников служб государственного надзора за связью и санитарно-эпидемиологического контроля, аспирантов и студентов вузов телекоммуникационного профиля, изучающих в рамках действующих учебных планов дисциплину "Электромагнитная экология".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    С увеличением высоты от 1 м составляющая Ey растет и становится соиз-
меримой с Ez. Составляющая Еx на расстояниях 10...20 м от фидера на 3...4
порядка меньше Ey и Ez.
    Переход к реальной земной поверхности (рис. 5.40) с параметрами су-
хой почвы ε = 3 и σ = 0,001 См/м, приводит к резкому увеличению напря-
женности поля на поверхности раздела за счет составляющих Ey и, глав-
ным образом, Еx.
    Отметим, что согласно расчетам изменение λ в пределах ВЧ диапазона
практически не влияет на структуру поля проводных фидеров.
    Рис. 5.41 иллюстрирует изменение структуры поля вблизи фидера при
учете синфазной волны. По сравнению с режимом по противофазной волне
(см. Ez на рис. 5.40) наблюдается значительное увеличение ЕΣ в пределах
рассматриваемых расстояний, если ток синфазной волны равен 0,2 от тока
противофазной волны. В этом случае наблюдается резко выраженная ас-
симетрия структуры поля вблизи фидера. При расчете напряженности поля
затухание волн не учитывалось. Однако можно предположить, что проти-
вофазная волна будет иметь меньшее затухание, чем синфазная. Следова-
тельно, ее энергетический вклад уменьшается по мере распространения
вдоль фидера, что, в свою очередь, приводит к уменьшению ассиметрии
поля.




      Рис. 5.41. Структура поля вблизи двухпроводного фидера, расположенного
    над земной поверхностью с параметрами сухой почвы, с учетом синфазной волны

    В теории и практике антенно-фидерных устройств хорошо известно,
что при прочих равных условиях работа на четырехпроводный перекре-
щенный фидер обеспечивает значительно лучшие энергетические характе-
ристики линии передачи, чем в случае четырехпроводного неперекрещен-
ного фидера. На рис. 5.42 и 5.43 показано распределение поля по различ-
ным составляющим вблизи неперекрещенного четырехпроводного фидера
и перекрещенного соответственно. Поля рассчитывались для одинаковых
условий и режимов работы: почва сухая ε = 3 и σ = 0,001 См/м, λ = 10 м,
высота подвеса нижних проводов фидера 3 м, ток по каждому проводу фи-


                                                                                  131


дера в режиме противофазных волн равен 10 А. Переход к перекрещенно-
му фидеру приводит примерно к десятикратному уменьшению уровня всех
составляющих, в том числе и на поверхности раздела. Практически это
проявляется в снижении потерь в четырехпроводном фидере, вызванных
свойствами земной поверхности и излучением фидера.
 H,M                                                      H,M
                                           Ex                                             Ey
  +                                                       +
  +                                                       +
а)                                                   б)
         2                                                    2



         0          2       4       6        8 r,м            0       2   4      6         8 r,м

 H,M                                                  H,M
                                           Ez                                             EΣ
     +                                                    +
     +                                                    +
в)                                                   г)
         2                                                    2



         0          2       4       6        8 r,м            0       2   4      6         8 r,м
             Рис. 5.42. Структура поля вблизи четырехпроводного неперекрещенного фидера,
                   расположенного над земной поверхностью с параметрами сухой почвы

 H,M                                                  H,M
                                           Ex                                             Ey
     +                                                +
              +                                                   +
а)                                                   б)
         2                                                    2




         0          2       4       6        8 r,м            0       2   4     6          8 r,м

 H,M                                                  H, M
                                           Ez                                             EΣ
     +                                                    +
              +                                                   +
в)                                                   г)
         2                                                    2



         0          2       4       6        8 r,м            0       2   4     6          8 r,м
              Рис. 5.43. Структура поля вблизи четырехпроводного перекрещенного фидера,
                 расположенного над земной поверхностью с параметрами сухой почвы

    Как показали расчеты, уменьшение КБВ в четырехпроводном пере-
крещенном фидере до 0,7 лишь на 15...20% увеличивает уровень всех со-
ставляющих, в том числе и суммарной составляющей. Структура поля при
этом практически не изменяется.


132


                                  ГЛАВА 6

        ИЗЛУЧАЮЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА
              ОВЧ И УВЧ ДИАПАЗОНОВ
   6.1. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН ОВЧ
                   И УВЧ ДИАПАЗОНОВ

     К диапазону очень высоких частот (ОВЧ) и ультравысоких частот (УВЧ)
в соответствии с международным регламентом радиосвязи относятся часто-
ты от 30 до 300 МГц (10...1 м – метровые волны) и от 300 до 3000 МГц
(1...0,1 м – дециметровые волны) соответственно. В отечественной техниче-
ской литературе эти диапазоны часто называли диапазоном ультракоротких
волн (УКВ).
     Радиоволны этих диапазонов распространяются в основном по прямо-
линейным траекториям. Они слабо дифрагируют вокруг Земли и слабо от-
ражаются от тропосферы. Эти частоты превышают максимально примени-
мые частоты при ионосферном распространении радиоволн, потому они не
испытывают регулярных отражений от ионосферы, уходя в космическое
пространство.
     Радиус действия систем
передачи, работающих в этих h 1                         r0
диапазонах ограничен в ос-                                                   h2
новном пределами прямой
(оптической) видимости ме-
жду передающей и приемной         Рис. 6.1. К расчету расстояния радиовидимости
антенной (рис. 6.1).
     Незначительная дифрак-
ция радиоволн (огибание сферической Земли у горизонта) и слабая рефрак-
ция (отклонение направления распространения радиоволн от прямолинейно-
го) в нижних слоях тропосферы несколько увеличивают расстояние радио-
видимости (примерно на 15%), которое рассчитывается по формуле:

            (
    r0 = 4,12 h1 − h2 ,)                                                 (6.1)

где r0 – расстояние радиовидимости в км, h1 и h2 – высоты подвеса пере-
дающей и приемной антенн в м.
    С точки зрения электромагнитной экологии представляют интерес ЭМП
в непосредственной близости от излучающих технических средств. Расчеты
и опыт электромагнитной экспертизы излучающих объектов ОВЧ и УВЧ
диапазонов показывают, что для этих целей необходимо знание ЭМП на
расстояниях приблизительно до 1000 м. В пределах таких расстояний по-

                                                                           133


верхность Земли можно рассматривать как плоскую поверхность. На рис.
6.2 в точке А на высоте h1 над Землей расположена передающая антенна, а в
точке В – приемная. Расстояние между ними r.
              А
                                                        1
                                                                       В
              h1
                                             2
                                                            2          h2

                                                    r

      Рис.6.2. Двухлучевая модель распространения радиоволн в ОВЧ и УВЧ диапазонах

    В точке приема имеет место явление интерференции прямой (1) и отра-
женной от поверхности Земли (2) радиоволн, которые в этих случаях иногда
называют лучами. Интерференция приводит к тому, что вблизи излучающих
технических средств этого диапазона ЭМП имеет резко осциллирующий ха-
рактер. Положение максимумов и минимумов напряженности поля, а также
их количество зависят от высоты подвеса передающей антенны, высоты
точки наблюдения и длины волны. Величина максимумов поля может изме-
няться в зависимости от параметров поверхности отражения и достигать уд-
военного значения интенсивности прямого луча. На рис. 6.3 приведена зави-
симость интерференционного множителя F от расстояния, которая иллюст-
рирует характер изменения напряженности поля вблизи излучающих техни-
ческих средств ОВЧ и УВЧ диапазонов.
             F

             2



             1


             0                                                              r

                     4 h   1   h   2       / 3λ

                      4 h      1 h     2    / 2 λ

                     4 h    1 h      2     / λ



         Рис. 6.3. Зависимость множителя распространения радиоволн от расстояния
                          при двухлучевой модели распространения



134


    На распространение радиоволн влияет и их поляризация. Поля, созда-
ваемые различными мешающими источниками, такими, как промышленные
устройства, зажигание автомашин, а также создаваемые за счет отражения
от вертикальных стен зданий, деревьев и других вертикальных поверхно-
стей, имеют вертикальную поляризацию радиоволн [43]. Этот фактор явился
основной причиной выбора для телевизионного вещания, как правило, гори-
зонтальной поляризации поля.

        6.2. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
              ИЗЛУЧАЮЩИХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

                   6.2.1. Технические средства телевещания

    В диапазонах ОВЧ и УВЧ основными техническими средствами, суще-
ственно влияющими на биологически значимую электромагнитную обста-
новку, являются технические средства телевидения, частотно модулирован-
ного (ЧМ) вещания и подвижной связи различных назначений и стандартов.
    Зоной обслуживания (полезной зоной) вещательного передатчика назы-
вается территория, в пределах которой напряженность поля, создаваемая
передатчиком, обеспечивает прием вещания на массовую приемную аппара-
туру в L, %, точек приема с определенным качеством в течение определен-
ного (полезного) процента времени Тпол ,% [47].
    Согласно международным рекомендациям принимают Тпол=90 %, а в
течение отрезка времени Тпом = 10% допускается наличие заметных помех.
    Критерием качества приема при наличии только природных и индустри-
альных помех является превышение минимально допустимой напряженно-
сти поля Емин полем полезного передатчика Епол – в пределах полезной зоны
должно выполняться условие Епол > Емин.
    В табл. 6.1 приведены принятые в России уровни Емин на границе полез-
ной зоны в зависимости от диапазона.

                                                               Таблица 6.1

 Телевизионный
                        I         II        III      IV и V    ОВЧ ЧМ
    диапазон
  Емин, дБ/мкВ/м       50         54        57         70        46

    К техническим средствам ОВЧ и УВЧ диапазонов, излучение которых
вносит существенный вклад в электромагнитную обстановку городов и на-
селенных пунктов, в первую очередь относят радиосистемы передачи, пред-
назначенные для организации телевещания, радиовещания и радиосвязи с
подвижными объектами.



                                                                      135


    Прежде, чем перейти к изложению метода анализа оценки электромаг-
нитной обстановки вблизи радиотехнических станций ОВЧ и УВЧ диапазо-
нов, целесообразно дать хотя бы самые общие сведения об основных техни-
ческих средствах передающих технических средств этих диапазонов.
    Для телевизионного вещания в соответствии с [44] отведены пять участ-
ков частот в диапазонах ОВЧ и УВЧ:

      - 41...68 МГц      – I-й диапазон;
      - 87,5...100 МГц   – II-й диапазон;
      - 162...230 МГц    – III-й диапазон;
      - 470...582 МГц    – IV-й диапазон;
      - 582...960 МГц    – V-й диапазон.

    Телевизионная сеть России работает в соответствии с частотным планом
размещения передающих телевизионных станций. Этот план служит осно-
вой для развития передающей телевизионной сети. При выборе места для
строительства передающих телевизионных станций до последнего времени
руководствовались только требованиями электромагнитной совместимости
и практически не принимали во внимание проблемы электромагнитной эко-
логии.
    Организация телевизионного вещания обеспечивается комплексом раз-
личных технических средств, составляющих телевизионную передающую
сеть, основу которой составляют передающие телевизионные станции. В со-
ответствии с [43] передающие телевизионные станции обычно называются
передающей станцией (ПС), ретрансляционной телевизионной станцией
(РТС) или радиотелевизионной передающей станцией, центром (РПС,
РТПС, РТПЦ). Передающая телевизионная станция является конечным зве-
ном телевизионной передающей сети, обеспечивая передачу радиосигналов
вещательного телевидения, создаваемых в телевизионном центре. В состав
передающей телевизионной станции входят телевизионная радиостанция,
опора (мачта или башня) для размещения антенн телевизионной радиостан-
ции и соответствующие строения и службы.
    По мощности радиосигнала изображения на выходе телевизионного ра-
диопередатчика станции условно подразделяют на мощные (более 1 кВт) и
малой мощности (менее 1 кВт).
    Радиус действия передающей телевизионной станции, в силу специфики
распространения радиоволн метрового и дециметрового диапазонов, ис-
пользующихся для телевизионного вещания, незначительно превышает рас-
стояние прямой видимости между передающей и приемной антеннами. Это
расстояние зависит в основном от высоты подъема антенн над поверхно-
стью Земли. Мощность же передатчика определяет только напряженность
поля в зоне прямой видимости. Поэтому для увеличения зоны действия пе-

136


редающей телевизионной станции антенну следует устанавливать на высо-
ких опорах с использованием также и естественных высот местности. В ка-
честве типовых применяют опоры высотой 230 и 350 м и телевизионные ра-
диопередатчики мощностью в канале изображения 5, 25 и 50 кВт. В этом
случае радиус уверенного приема передающей телевизионной станции со-
ставляет 60...100 км. В связи с этим для обеспечения повсеместного приема
телевидения на больших территориях необходимо сооружать большое число
передающих станций, отстоящих друг от друга на расстояние не более
100...150 км.
    В табл. 6.2 приведен перечень типовых телевизионных радиостанций и
передатчиков и их основные параметры. По принятой терминологии телеви-
зионная радиостанция отличается от телевизионного радиопередатчика тем,
что в ее состав входят высокочастотный фидер и передающая антенна.
                                                                      Таблица 6.2
                   Типовые телевизионные радиостанции и передатчики

                                                           Пиковая мощность
  Название радиостанции       Телевизионный диапазон,
                                                          видео/номинальная
     или передатчика         диапазон частот или каналы
                                                          мощность звука, кВт
    «Якорь»                                1...5                  5/1,5
    «Ураган»                               1...5             50/15, 50/7,5
    «Игла»                                6...12                  5/1,5
    «Зона»                                6...12                  5/1,5
    «Зона-II»                             6...12                  5/0,6
    «Лен», «Дон»                          6...12             50/15, 50/7,5
    «Ладога»                             21...39                  25/5
    ТВ-IV-V-20/4                    470...638 МГц                 20/4
    ТВ-IV-V-25                    IV...V диапазоны           10 - 25/1 - 2,5
    АТРС-I-II-5/0,5                48,5...100 МГц                 5/0,5
    АТРС-III-5|0,5                  174...230 МГц                 5/0,5
    АТРС-I-II-III-50/5             48,5...100 МГц                 50/5
    «Ильмень 2-1»                   470...638 МГц              25/2,5 - 5
    «Ильмень 2-2»                   638...790 МГц              25/2,5 - 5
    «Рица»                          470...638 МГц                 5/0,5
    «Лама»                          638...790 МГц                 5/0,5
    «Сиваш»                       IV - V диапазоны                1/0,1
    «Эльтон»                       48,5...100 МГц                 1/0,1
    «Баскунчак»                     174...230 МГц                 1/0,1
    ТВР-100                       II - III диапазоны            0,1/0,01
    ТВП-IV-V-1                      470...790 МГц                 1/0,1
    ТВП-IV-20                       470...638 МГц                 20/4
    ТВП-IV-V-25                     470...790 МГц                25/2,5
    «Онега-1»                     IV - V диапазоны                1/0,1




                                                                                137


    Разновидностью телевизионных радиостанций является телевизионный
ретранслятор. Если сигнал вещательного телевидения для ретранслятора
получают от передающей телевизионной станции большой мощности по
эфиру, то такой ретранслятор называют эфирным. В состав его должно вхо-
дить приемное устройство и передатчик, обеспечивающий переизлучение
сигнала на другом телевизионном канале. Если сигнал вещательного теле-
видения получают по радиорелейному каналу, то ретранслятор называют
радиорелейным. Телевизионные ретрансляторы, как правило, имеют выход-
ную мощность по каналу изображения менее 1 кВт и обычно называются
ретрансляторами малой мощности [43].
    Релейные ретрансляторы устанавливаются на промежуточных пунктах
радиорелейных линий для обеспечения телевидением небольших районов и
поселков. Эфирные ретрансляторы используются для расширения зоны
приема телевидения основных, обычно мощных, станций. Телевизионные
ретрансляторы успешно используются также для создания нормальных ус-
ловий приема в теневых зонах, образуемых рельефом местности в радиусе
действия мощных станций: в домах, расположенных у крутых и высоких бе-
регов рек или за возвышенностями в пределах города, в поселках размещен-
ных в низинах и особенно гористой местности, где поселки, как правило,
находятся в ущельях. Приемная антенна ретранслятора устанавливается на
возвышенности, где уровень сигнала высок и устойчив. Излучение пере-
дающий антенны направляется на затененную зону.
    Широко используются также ретрансляторы, принимающие сигналы,
передаваемые через искусственные спутники Земли [43].
    В табл. 6.3 приведен перечень современных типовых телевизионных
эфирных и радиорелейных ретрансляторов и их основные параметры.
                                                                      Таблица 6.3
                      Типовые телевизионные ретрансляторы

  Название телевизионного
       ретранслятора          Телевизионный диапазон        Мощность, Вт
      или передатчика
    ПТВ-10                     I-II-III-IV-V диапазоны          10
      РТВ-1                    I-II-III-IV-V диапазоны          1
      РТВ-Р-1                  I-II-III-IV-V диапазоны          1
      РТВ-Р-10                 I-II-III-IV-V диапазоны          10
      РТВ-Р-100                I-II-III-IV-V диапазоны          100
      РТВ-Э-1                  I-II-III-IV-V диапазоны          1
      РТВ-Э-10                 I-II-III-IV-V диапазоны          10
      РТВ-Э-100                I-II-III-IV-V диапазоны          100




138


  6.2.2. Технические средства радиовещания с частотной модуляцией

    Для звукового радиовещания с частотной модуляцией используются две
полосы частот в ОВЧ-диапазоне: 66...74 МГц и 100...108 МГц.
    Исторически сложилась ситуация, когда технические средства радиове-
щания с частотной модуляцией и телевидения размещались территориально
на одной площадке, а антенны устанавливались на единой опоре (мачте или
башне). В связи с бурным развитием этих технических средств и появлени-
ем большого количество как телевизионных, так и радиовещательных стан-
ций, сейчас часто наблюдается раздельное размещение технических средств
телевидения и радиовещания с частотной модуляцией.
    Передатчики радиовещания с частотной модуляцией строятся на тех же
принципах, что и передатчики каналов звукового сопровождения телевизи-
онного передатчика.
    В табл. 6.4 приведен перечень некоторых передатчиков звукового веща-
ния с частотной модуляцией в и их основные параметры.
                                                                          Таблица 6.4
                     Типовые передатчики ЧМ радиовещания

    Название передатчика      Диапазон частот, МГц     Выходная мощность, кВт
    «Дождь-1»                         66...73                   3,2
    «Дождь-2»                         66...73                    4
    «Мед»                             67...73                   15
    «Тенгиз-С»                   66...74, 88...108               2
    «Блиц-5»                          66...74                   1,1
    «Иней-1»                         100...108                   1
    «Иней-4»                         100...108                   4
    РЧМ-0,03                     66...74, 100...108            0,03
    РЧМ-0,1                      66...74, 100...108             0,1
    РЧМ-0,25                     66...74, 100...108            0,25
    РЧМ-0,5                      66...74, 100...108             0,5
    «Росинка»                   65,9...74, 100...108        0,001 и 0,03
    «Роса»                      65,9...74, 100...108         0,1 и 0,25
    «Роса-250 ПТ»                    100...108                 0,25
    ПЧМ-30                       66...74, 100...108            0,03

       6.2.3. Технические средства сухопутной подвижной связи

    Сухопутная подвижная связь реализуется в виде сетей сотовой, транкин-
говой и персональной (пейджинговой связи).


                                                                                 139


     Системы сотовой связи создаются в крупных населенных пунктах, где
число потенциальных пользователей заведомо велико и сеть будет рента-
бельной. Это наиболее дорогая разновидность подвижной связи.
     Сеть сотовой связи строится в виде совокупности ячеек (сот), обслужи-
вающих определенную территорию. На схемах ячейки обычно изображают
в виде равновеликих шестиугольников, хотя на практике они таковыми не
являются в силу влияния застройки, рельефа, и т. п.
     В центре каждой ячейки находится базовая станция (БС). Основными
техническими средствами БС являются приемопередатчик и антенна. В слу-
чае высокой плотности населения в зоне расположения БС ячейка разбива-
ется на ряд секторов (обычно 3, реже 6). В каждом секторе функционирует
свой приемопередатчик и своя антенна с характеристикой направленности
соответствующей формы. В случае трехсекторной антенны ширина диа-
граммы направленности антенны каждого сектора в горизонтальной плоско-
сти должна быть 120°, а шестисекторной – 60°. Антенны располагаются ли-
бо на крыше здания, либо на специальной опоре. Как в односекторной ячей-
ке, так и в каждом секторе многосекторной антенны может устанавливаться
несколько приемопередатчиков на разные несущие частоты. Это делается
для увеличения емкости системы.
     В России наиболее распространенными являются стандарты сотовой
связи AMPS, NMT 450, GSM, CDMA. Основные (с позиции электромагнит-
ной экологии) технические характеристики систем сотовой подвижной связи
приведены в табл. 6.5.
                                                                                Таблица 6.5
             Основные характеристики некоторых систем сотовой связи

                 Стандарт                  AMPS       NMT 450        GSM          CDMA
 Полоса частот БС – МС, МГц.              869...894   463...467,5   935...960    869...894
 Полоса частот МС – БС, МГц.              824...849   553...457,5   890...915    824...849
 Максимальная мощность излучения БС, Вт     100           50           50           50


    Максимальная выходная мощность передатчиков мобильных станций
(МС), выпускаемых различными фирмами находится в пределах 0,5...8 Вт
для носимых вариантов и 15…20 Вт, устанавливаемых в транспортных
средствах. Так, например, в рамках стандарта GSM принято 5 классов МС: 1
класс (для транспортных средств) – 20 Вт, 2 класс – 8 Вт, 3 класс – 5 Вт, 4
класс – 2 Вт, 5 класс – 0,8 Вт.
    Системы транкинговой связи предназначены для создания корпоратив-
ных сетей (связь в интересах отдельных ведомств, служб, организаций –
скорой медицинской помощи, милиции, пожарной охраны, аэропортов, во-
кзалов и т. п.). Основное отличие транкинговых сетей от сотовых состоит в


140



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика