Ниже приводится расчет напряженности поля индустриальных помех в городе на частоте 155МГц создаваемых системами зажигания автомобилей для случая, когда прием ведется на мобильную абонентскую станцию.

Приведены характеристики радиопомех, создаваемых системами зажигания автотранспорта на автодорогах и на улицах поселков, найденные путем непосредственных измерении. Эти же графики используются при определении помех, воспринимаемых приемными устройствами мобильных абонентских станции СПР. Зачастую помехи от системы зажигания значительно превышают уровни помех от других источников, которых в современном автомобиле более 20 которыми можно пренебречь. Уровень помех зависит от расстояния между источником помех, перемещающемся в потоке автотранспорта, и мобильной абонентской станцией - движущейся или неподвижной.

Для оценки ослабления помех в зависимости от расстояния и частоты можно воспользоваться пространственно-частотной характеристикой помех, создаваемых автотранспортом. Видно, что при увеличении расстояния между абонентской станцией и источником помех, уровень помех уменьшается, что благоприятно сказывается на помеховой обстановке. Поскольку средняя скорость движения автомобилей составляет 50 км/ч, то помехи создаваемые системой зажигания, представляют собой сплошной непрерывный поток.

Произведем расчет напряженности поля импульсных помех, воспринимаемых абонентскими радиостанциями, на примере п. Мар-Кюель.

Определяются характеристики радиопомех на улицах поселка Мар-Кюель на частоте 155 МГц:

Среднее эффективное значение напряженности поля помех от системы зажигания автомобиля, для мобильной абонентской станции, определяется по формуле [1]:

, (7.5)

где Е_п - напряженность поля помех создаваемых автотранспортом в городе,

П_ИЗ - полоса пропускания измерителя помех (принимается равной 120 кГц), кГц

- параметр, характеризующий ослабление помех от расстояния между антенной и источником помех (рисунок Н 5). дБ;

r - расстояние от источника помех до антенны АС. м

Суммарный уровень индустриальных помех в городе с учетом (4.4) и (4.5) составит:

, (7.6)

Аналогично производится расчет для населенных пунктов Белькачи, Ортовый, Таранах, Кутина.

7.3 Расчет шумов на входе радиоприемного устройства

Мощность шумов на входе радиоприемного устройства складывается из мощности шумов, поступающих из антенно-фидерного тракта, и мощности собственных шумов радиоприемного устройства, приведенных к eго входу. Мощность внутреннюю шумов приемного устройства растет с ростом частоты и становится преобладающей на частотах свыше 200 МГц.

Мощность собственных шумов принято характеризовать шумовой температурой согласованного с входом приемника сопротивления, обеспечивающего на выходе линейной части идеального не шумящего приемника мощность, равную мощности шумов реального приемника. Температура шума на входе согласованного с антенной приемного устройства с учетом всех источников шума определяется выражением (l):

, (7.7)

где . -температура антенны, обусловленная приемом радиоизлучения внешних источников, К:

Т'_ША- температура собственного радиоизлучения антенны, обусловленная омическими потерями в ее элементах, К:

- коэффициент полезного действия (коэффициент передачи) фидерного тракта;

, - собственная шумовая температура приемника, приведенная к его входу, К; ТШФ - температура шума радиоизлучения фидерного тракта. К.

, (7.8)

где Т_ф - термодинамическая температура фидера, определяемая температурой окружающей среды, К.

- коэффициент полезного действия фидера.

До недавнего времени температура шума на входе приемного устройства полностью определялась температурой собственных шумов. Однако, с появлением малошумящих усилителей СВЧ, температура собственного шума которых характеризуется крайне низким уровнем, нельзя не учитывать радиоизлучение среды, окружающей антенну, и теплового радиоизлучения антенно-фидерного тракта.

В современной аппаратуре СПР в качестве входных усилителей СВЧ применяются транзисторные усилители и смесители на диодах. На рисунке Г.6 приведены данные о зависимости температуры шума аппаратуры от частоты.

На практике было показано, что значения ТША даже в диапазоне сантиметровых длин волн, не превышают 1,5-ЗК, вследствие чего ими можно пренебречь. Величина ТА.. учитывается на частотах менее 20 МГц поэтому при расчетах ей так же можно пренебречь.

Таким образом, для практических расчетов можно использовать упрощенную формулу (7.6):

Т_ШУ=Т_ШФ - Т_Ш.ПР, (7.9)

Выражение (7. 9) можно записать и в другом виде:

, (7.10)

где Т_ф - термодинамическая температура фидера, определяемая температурой окружающей среды, К;

- коэффициент полезного действия антенного-фидера.

, (7.11)

где а_ф- затухание антенного фидера, дБ/м;

l_Ф - длина антенного фидера, м.

Анализ формулы (7.10) приводит к выводу о том, что уменьшение КПД фидера приводит к снижению уровня сигнала и увеличению собственных шумов на выходе фидера, в результате чего может резко ухудшиться отношение сигнал/шум. Таким образом, для уменьшения влияния антенного фидера на отношение сигнал/шум необходимо выбирать фидер с наименьшим затуханием приходящемся на единицу длинны.

Поскольку в расчетах оперировать мощностью шумов на входе приемного устройства не всегда удобно, то влияние внутренних шумов приемника на качество принимаемого сигнала чаще всего оценивают эффективным напряжением шума на входе приемного устройства.

Ниже приведен расчет эффективного напряжения шума на входе приемной части мобильного абонентского устройства типа KENWOOD TK-768. Собственная шумовая температура приемника, приведенная к его входу для транзисторной аппаратуры на частоте 155МГц согласно графику на рисунке Г.6 равна 400К.

Определим коэффициент полезного действия антенного фидера по формуле (7.11):

Определяется температура шума приемника на частоте 155МГц. согласно (7.10), при условии, что термодинамическая температура фидера равна 300° 1С:

По формуле [1] определяем рабочий коэффициент шума:

, (7.12)

где То - абсолютная температура, К.

Тогда с учетом (7.12) эффективное напряжение шума на входе приемного устройства молено определить по формуле

, (7.13)

где f - рабочая частота, МГц.

7.4 Расчет суммарных помех

7.4.1 Расчет суммарных помех в поселке Мар-Кюель

Ранее, при рассмотрении видов и типов помех существенным образом влияющих на качество приёма было отмечено, что в городской местности, в основном, преобладают индустриальные помехи от систем зажигания автомобилей и помехи связанные с промышленной и бытовой деятельностью человека. Также было отмечено, что в диапазонах О 1УЧ и СВЧ на качество принимаемого сигнала начинают оказывать влияние и внутренние шумы приёмного устройства. Таким образом, суммарные помехи в юроде или промышленной зоне складываются из следующих видов помех: индустриальные помехи обоих видов и внутренние шумы приёмного устройства.

Расчёт суммарных помех в городе или промышленной зоне производится отдельно для каждого населённого пункта, так как помеховая обстановка в каждом из них различна,

Напряжение суммарных помех на входе приемника мобильной абонентской станции, определяется по формуле [1]:

, (7.14)

где Еи.эф- суммарная напряженность поля индустриальных помех, определяется по формуле (7.6). мкВ/м;

h_Д - действующая высота приемной антенны мобильной абонентской, станции, м;

U_Ш.ЭФ - эффективное напряжение собственных шумов на входе приемного устройства, определяемое по (7.13), MкВ

Однако гораздо удобней оперировать не напряжением суммарных помех на входе приемника, а эквивалентной напряжённостью поля, которая соответствует этому напряжению. Поэтому формулу (7.14) можно записать в следующем виде:

, (7.15)

Данная формула более подходит для расчета требуемой напряженности поля в точке приема [см. (4.1)].Произведем расчет суммарных помех. По формуле (полуволновой вибратор) определяется действующая высота приемной антенны:

, (7.16)

По формуле (7.15) определяется напряженность поля суммарных помех:

Аналогично производится расчет напряжённости ноля суммарных помех в пунктах Белькачи, Ортовый, Таранах и Кутина.

Анализ формулы (7.14) и результатов вычислений позволяет сделать вывод о том, что при t отсутствии индустриальных помех становится ощутимым уровень собственных шумов приемного устройства. Таким образом, реальная чувствительность приемника, при отсутствии индустриальных помех, будет ограничена собственными шумами приемника.

7.4.2 Расчет суммарных помех на автодороге

Прием сигнала на автодороге (шоссе) и в городе ведется на одних и тех же частотах, следовательно, справедливо предположить, что и на автодороге будут присутствовать те же виды помех, что и в городе, за исключением помех обусловленных промышленной и бытовой деятельностью человека. Как уже отмечалось, за пределами юродской зоны, а именно этот случаи рассматривается, кроме индустриальных помех обусловленных системами зажигания автомобилей и внутренних шумов приемного устройства, так же присутствуют космические шумы, В ночное время преобладающими становятся именно космические шумы.

Поскольку применяется однотипное оборудование и одинаковые условия приема во всех населенных пунктах вдоль трассы системы связи, то расчет напряженности поля космических помех на автодорогах всех населенных пунктов аналогичен

7.4.3 Расчет космических помех на автодороге

По рисунку [1] определяется рабочий коэффициент космических помех на частоте 155 МГц: =0дБ

С помощью формулы определяется среднее эффективное значение напряженности ноля космических шумов:

, (7.17)

7.4.4 Расчет индустриальных помех на автодороге

Расчет индустриальных помех на автодороге производится аналогично расчету индустриальных помех от систем зажигания автомобилей в городской зоне (см. раздел 7.2).

Определяются характеристики помех создаваемых автомобильными системами зажиганий на автодорогах (кривая 1) на частоте приема мобильной абонентской станции 1 55 МГц: Еп =48,25дБ, =6,25дБ, F_И= 530имп/с

Необходимо отметить, что на автодорогах за пределами городской зоны движение не столь интенсивное, как в городе, примерно среднее расстояние между движущимся автотранспортом составляет около 50-100 м. Для дальнейшего расчета примем, что расстояние между автомашинами, источником помех и приемником, составляет 50 м. Среднее эффективное значение напряженности поля и помех от системы зажигания автомобиля, для мобильной абонентской станции, определяется по формуле (7.5)

7.4.5 Расчет напряженности поля суммарных помех на автодороге

Расчет напряженности поля суммарных помех на автодороге с учетом внутренних шумов приемного устройства, пересчитанных к точке приема, производится по формуле [1]

, (7.18)

где - средние эффективные напряженности поля индустриальных и космических помех, соответственно, для одного и того же пункта приема, одной и той же частоты и полосы пропускания приемного устройства, мкВ/м;

G_{Н.П Р} - номинальная чувствительность приемника, мкВ;

- отношение с/ш на входе приемника, дБ.

(7.19)

где - отношение с/ш на выходе приемника, дБ

m- индекс модуляции

(7.20)

где - девиация частоты. Гц.

7.4.6 Расчет суммарных помех в пункте установки базовой станции

В основном, базовые станции располагают в населенном пункте либо в пригороде. Приведены характеристики радиопомех, создаваемых автотранспортом в антеннах базовых радиостанций подвижных радиослужб, заимствованные из Отчета 358-2 МКК.Р. Оценка производилась с использованием типового измерителя помех с полосой пропускания 120 кГц.

При оценке помех определялась зона восприятия помех приемной антенной базовой станции размером в 1 км. Плотность транспорта (движущегося или неподвижного) в зоне высоких уровней помех (Н) VH-100 маш/км, в зоне средних уровней помех (М) плотность транспорта Vm=10 маш/км", в зоне низких уровней помех(L) плотность транспорта Vi = 1 маш км".

Были найдены средине частоты повторения импульсов помех (от 1 до 1000 имп/с), превышающих ряд пороговых уровней (от 20 до 70 дБ), в каждой из трех зон на частотах от 30 до 1000 МГц. Зависимость пиковых значений (амплитуд) импульсов от частоты повторения позволила определить средние значения амплитуд Ен, Ем, Е l для соответствующих зон уровней, среднеквадратическое отклонение и среднюю частоту повторения импульсов помех было найдено уравнение, описывающее зависимости представленные на рисунке Г.7 от частоты н плотности транспорта

, (7.21)

где Е_п.пик -среднее значение амплитуд импульсов помех, измеренных относительно 1мкВ/м;

С₁, -коэффициент, найденный экспериментально, дБ;

V - плотность транспорта в зоне, маш/км²;

f -рабочая частота, МГц.

В результате чего было установлено, что CКО не зависит от частоты и равно 7 дБ.

Средняя частота повторения импульсов помех -; примерно равна 3650 имп/с и слабо зависит oт частоты. Коэффициент С равен 35 дБ.

Сравнение хода кривых обнаруживает существенную разницу в зависимости от частоты средних значений амплитуд. Среднее эффективное значение напряженности поля суммарных помех в антенне базовых станций, для стационарных условий приема, можно определить по формуле (7.3).

Произведем расчет напряженности поля суммарных помех в месте установки базовой станции в пос. Мар-Кюель на частоте приема 150 МГц.

Примем число автомобилей в месте расположения антенны базовой станции равным 100 маш/км. Для заданной частоты 150 МГц и плотности автомобилей V = 30 каш/км² находим характеристики помех в антенне базовой станции: = 33,дБ 7дБ =3650имп/с

По формуле (7.3) определяется среднее эффективное значение напряженности поля индустриальных помех в антенне базовой станции:

Действующая высота антенны базовой станции (панельная антенна из полуволновых вибраторов) [1]:

, (7.22)

где Д_У - коэффициент усиления антенны и относительных единицах

Тогда, с учетом собственных шумов приемного устройства, суммарную напряженность поля помех в антенне базовой станции определим по формуле (7.18).

Аналогично производится расчет напряженности ноля суммарных помех наводимых в антенне базовой станции для населенных пунктов Белькачи, Ортовый, Таранах, Кутина. Среднее эффективное значение напряженности поля космических шумов определяется, с помощью формулы (7.17):

Суммарную напряженность поля помех в антенне базовой станции с учетом собственных шумов приемного устройства и с учетом того, что Еиэф = 0 определим по формуле (7.18):

8. Расчет защитного отношения

В разделе 7, был произведен расчет электромагнитной обстановки в городе и на автодороге для случаев приема на антенну АС и БС. Однако приведенный расчет нельзя считать полным, поскольку для получения заданного качества приема необходимо знать защитное отношение сигнал/помеха (R) и защитный коэффициент (С)

Защитное отношение сигнал/помеха, требуемое для получения заданного качества принимаемой информации, зависит от рода работы (телефон, телеграф, фототелеграф, передача данных и т.д.), вида модуляции (AM, ЧМ. ФМ, ИКМ и т.п.), вида помех (аддитивные, мультипликативные), структуры помех на выходе тракта приема (флуктуационные, импульсные, квазиимпульсные), назначения радиослужб (фиксированная, подвижная, космическая и другие), происхождения помех (искусственные, естественные, мешающие радиостанции).

Защитный коэффициент (С), учитывает характер изменения уровня сигнала в точке приема, и зависит от флуктуации уровня сигнала и помех в пространстве и во времени. При неизменных уровнях сигнала и помех С=0. В реальных условиях приема коэффициент С никогда не равен нулю.

Существует несколько разновидностей защитных отношений, из которых мы будем пользоваться следующими [1];

, (8.1)

, (8.2)

При условии неизменного принимаемого сигнала (Ес = const - напряженность поля, = const - напряжение колебаний несущей частоты) получаем:

, (8.3)

, (8.4)

где Есм - медианное значение напряженности поля (напряжения) флуктуирующего сигнала, причем , больше на некоторую величину , зависящую от процента времени (при временных флуктуациях) или процента пунктов (при пространственных флуктуациях) превышения медианного значения сигнала;

, (8.5)

где Есдоп - дополнительная напряженность поля, которую надо добавить к чувствительности приемника Gnp пересчитанной к точке приема, чтобы скомпенсировать, мешающее действие помех; Rо учитывает также флуктуации сигнала и помех.

Защитные отношения для соответствующих радиослужб регламентируются международными организациями на основе опытных данных. Эти рекомендации обычно эффективны для радиотелефонии, радиотелеграфии и других систем, работающих в условиях флуктуационных помех (включая случаи узкополосных систем, которые преобразуют импульсные помехи, поступающие на вход приемного устройства, флуктуационные - на входе демодулятора). В других случаях общие рекомендации по величине защитного отношения не обеспечивают требуемого качества приема.

Согласно рекомендациям МККР приведенным в Отчете 358-2 существует пять градаций качества (таблица Д.1). Обычно для коммерческих систем связи считаются приемлемыми условия, когда в точке приема (на границе зоны обслуживания) необходимо обеспечить хорошее качество (градация качества - 4) при разборчивости речи не менее 90 % (категория обслуживания (КО) в течении а' = 80 % времени (градация обслуживания (ГС))) с вероятностью обслуживания (ВО) 0, 9.

В отчете 358-2 МККР приведены данные о минимальных значениях напряженности поля УКВ сигнала, которые следует защищать, учитывая воздействие индустриальных помех на системы наземной подвижной радиосвязи, а также пространственных флуктуации сигнала. Оба этих фактора действуют одновременно, когда приемная радиостанция движется.

На рисунке Д.1 и Д.2 приведены значения дополнительной напряженности поля, которая необходима для сохранения качества приема, обусловленного воздействием только внутренних шумов, при совместном действии на принимаемый сигнал индустриальных помех флуктуации поля сигнала. Эту величину можно рассматривать как- защитное отношение Ro.

На каждом из рисунков три кривые: А - мобильная радиостанция неподвижна в зоне с высоким уровнем помех: В - мобильная радиостанция движется в зоне с высоким уровнем помех; С - мобильная радиостанция неподвижна в зоне с низким уровнем помех.

Рассмотрение кривых на рисунках Д.1 и Д.2 приводит к выводу, что прием наиболее сложен, когда мобильная радиостанция неподвижна.

Ниже приведен расчет для пос. Мар-Кюель защитное отношения Ro согласно вышеприведенным условиям на качество приема.

Величина среднего эффективного значения напряженности поля помех в пункте приема определена нами ранее и составляет:

По рисункам Д.1 и Д.2 определяем защитное отношение:

для градации качества 3: R ОЗ =11 дБ (на частоте 155 МГц),

для градации качества 4: R04 = 19 дБ (на частоте 155 МГц).

В обоих случаях выбираются наиболее тяжелые условия приёма, т. е. в случае, когда АС неподвижна и находится в зоне с высоким уровнем помех.

Зная защитное отношение, можно определить напряжение на входе приемного устройства, необходимого для получения заданного качества приёма [1 ]:

Uc=20-lgG + 20lgR0, (8.6)

где G - чувствительность приёмкою устройства. мкВ.

Тогда, для третьей градации качества сигнала величина напряжения на входе приёмника, согласно (8.6) составит:

Для четвертой градации качества сигнала величина напряжения на входе приемника, согласно (8.6), составит:

Согласно рекомендациям МККР 370-2 величина защитного коэффициента С = 8 дБ. Тогда, требуемая напряжённость поля в точке приёма:

для градации 3, согласно (8.1) составит:

Е 3C = 7,6 + 11+ 8 = 26,6дБ = 21АмкВ

для градации 4:

Е 4С = 7;6 +19 + 8= 34.6дБ=53,7мкВ

Таким образом, для обеспечения заданных качественных показателей на границе зоны обслуживания необходимо обеспечить напряженность ноля 26,6 дБ для градации качества 3, и 34, 6 дБ для градации качества 4.

Расчет защитного отношения R0, и напряжения на входе приёмного устройства необходимого для получения заданного качества приёма для других пунктов аналогичен выше приведённому. Результаты расчёта сведены в таблицу Д.2.

9. Расчет дальности радиосвязи

В основе исследований, разработан метод расчета систем подвижной радиосвязи специально для крупных городов. В Отчете 567 дан анализ использования для расчета сетей радиосвязи с подвижными абонентами. Рекомендации МККР 370,370-1 и 370-2 различными странами, который выявил ряд погрешностей, связанных с особенностями УКВ систем подвижной радиосвязи и условиями их функционирования, и рекомендовал соответствующие поправки. На основе этого были разработаны методы расчета систем подвижной радиосвязи с использованием данных о распространении радиоволн над среднепересеченной местностью, которая с известной степенью приближения на первом этапе могла характеризовать условия приема на территории крупных городов. Поправки ?Е, связанные с тем, что высота приемной антенны h2 ?10м, как принято в Рекомендации 370-2 МККР, зависят от частоты, характера местности и составляют 7-14 дБ для h2 ?1.5м(Е 1,5 = Е 10 + ?Е).

Распространение радиоволн над поверхностью земли в городской и сельской местности существенно различается из-за влияния деполяризации и ослабления, вносимого растительностью, зданиями, электросетями, что особенно сказывается при низко расположенных антеннах абонентских станций. Поэтому в дополнении к графикам распространения радиоволн Рекомендации 370-2 рекомендуются графики распространения радиоволн в городской и сельской местности, в которых уже учтены соответствующие поправки.

На данных рисунках представлена зависимость напряженности поля сигнала в пункте приема, выраженная в дБ, относительно 1 мкВ/м от расстояния между пунктами передачи и приема r,км, при различных значениях высоты передающей антенны h1, м.

Кривые построены по экспериментальным данным, полученным в следующих условиях;

- напряженность поля соответствует эффективно излучаемой полуволновым вибратором мощности

- высота передающей антенны определяется относительно уровня земли на расстоянии от 3 до 15 км от передатчика в направлении приемника;

- высота приемной антенны определяется над прилегающей к пункту приема местностью;

- параметр ?h используется для определения степени неровности местности, он представляет собой разницу в высотах отметки местности, превышаемых на протяжении 10 % и 90 % расстояния, выбираемого на удалении от 10 до 50 км от передающей антенны;

распространение радиоволн рассматривается над сушей, а штрих пунктиром даны кривые распространения в свободном пространстве;

кривые соответствуют 50% пунктов и 50% времени, превышаемых уровнем сигнала;

- высоты приёмных антенн фиксированы и составляют 1,5 м (городская местность), на одном рисунке и : 3 м (сельская местность), на другом.

Напряженность поля, реально создаваемая базовой станцией в точке приёма определяется по формуле:

, (9.1)

где Врн - поправка, учитывающая отличие номинальной мощности передатчика от мощности 1 кВт, принятой для кривых мккр [1], дБ;

Вф - затухание в резонаторных, мостовых фильтрах и антенных разделителях. дБ;

- поправка, учитывающая отличие высоты реальной приемной антенны от эталонной, дБ;

B_РЕЛ - поправка, учитывающая рельеф местности, отличающийся от = 50 м, дБ;

аф - затухание в фидере передающей и приемной антенн, дБ:

Ду - коэффициент усиления передающей и приемной антенн, дБ;

Поправка, учитывающая фактическую номинальную мощность передатчика, определяется [1]:

, (9.2)

где Рн- номинальная мощность передатчика, Вт

Затухание в фильтрах передачи Вф по паспортным данным составляет 13,8дБ. Поправка на высоту приемной антенны абонентской станции, отличной от указанной на соответствующем графике МККР определяется по формулам [1]:

, (9.3)

, (9.4)

Параметр характеризующий неравномерность рельефа, местности от места установки базовой станции, определяется, по профилю трассы как разность уровней местности превышаемых на 10% и 90% длины участка трассы протяженностью 50 км в выбранном направлении. Ориентировочно значение может быть определено по разности максимальной и минимальной высотных отметок местности на трассе распространения в выбранном направлении (трасса п. Мар-Кюель - Ортовый) [2]:

, (9.5)

Определим В_РЕЛ = -1,2 дБ

Определим напряжённость поля, реально создаваемую передающей базовой станцией в пункте приёма при заданном качестве связи:

- градация качества 3 по формуле (9.1):

- градация качества 4:

Далее, исходя из значения напряженности поля и эффективной высоты передающей антенны базовой станции, определяем дальность связи БС-АС: градация качества 3: R = 64 км, градация качества 4: R = 40 км.

Аналогичным образом производится расчет дальности связи АС-БС. В этом случае высоты приёмной и передающей антенн составят 97 м и 1.5 м. соответственно. По формуле (9.1) определяем напряженность моля в точке приема:

- градация качества 3:

, дБ

- градация качества 4;

дБ.

Исходя из значений напряжённости поля, определяем дальность связи АС-БС при h1, = 1,5м:

градация качества 3: R - 25 км,

градации качества 4: R = 20 км.

Таким же образом осуществляется расчёт для других зон обслуживания базовых и абонентских станции. Расчёт выполняется для двух направлений в стороны соседних базовых станций.

10. Безопасность жизнедеятельности и вопросы экологии

10.1 Воздействие электромагнитных полей на организм человека

На основании того, что ткани человека обладают разной проводимостью и диэлектрической проницаемостью, можно сделать некоторые выводы,

По электрическим свойствам в диапазоне высоких и, особенно сверхвысоких частот большинство живых тканей можно рассматривать как диэлектрики, обладающие некоторой ионной проводимостью вследствие электролитических свойств содержимого клеток и межклеточной жидкости. Причем с укорочением волны излучения ткани всё более теряют свойства диэлектриков и приобретают свойства проводников, В этом одно из отличий тканей от неживой природы.

В зависимости от электрических свойств тканей и длины воли воздействующего на них излучения коэффициент отражения электромагнитных волн от границ раздела тканей изменяется, в общем, уменьшаясь с укорочением волны. Причем практически можно считать, что во всем диапазоне волн длиннее 1 см от границы воздух - кожа, отражается не менее половины падающей электромагнитной энергии.

Часть энергии, которая проникает в ткани, ослабляется в них вследствие поглощения, достигая разной глубины проникания в зависимости от свойств ткани и длины волны. Глубина проникания уменьшается с уменьшением длины волны. Следовательно, существует опасность нагрева глубоко лежащих тканей и органов без ощущения нагрева, вызывающего тепловое повреждение без болевого ощущения со стороны кожных рецепторов.

Поглощение энергии излучения тканями происходит за счет их ионной проводимости, возрастающей с укорочением волны, а также за счет релаксационных колебаний молекул воды в тканях. Под воздействием высокочастотных электромагнитных нолей ионы тканей приходят в движение, то есть в тканях возникает высокочастотные токи, сопровождающиеся некоторым тепловым эффектом, а следовательно, поглощением энергии полей. С возрастанием частоты поля ионная проводимость тканей увеличивается.

Полярные молекулы тканей (в основном молекулы поды) под воздействием высокочастотного электромагнитного поля испытывают колебания, следуя за периодическими изменениями поля. В процессе этих колебаний дипольные молекулы сталкиваются с окружающими молекулами, приобретенная ими энергия превращается в тепловую. Если, частота действующих электромагнитных полей совпадает с собственной частотой возбуждения молекул, то возможно полное резонансное поглощение энергии излучения, затрачиваемой на возбуждение молекул. Возбужденные молекулы при столкновении с невозбужденными могут передавать им приобретенную энергию, которая расходуется на химическое преобразование возбужденных молекул, на процессы каталитического характера и др. Поглощённая тканями энергия электромагнитного излучения и этом случае превращается в тепловую.

На основании экспериментальных данных установлено, что энергия излучения с длиной волны 10 - 30 см поглощается в широком диапазоне от 20 до 100 % кожей, жиром и мышцами. При длине волн 30-100 см энергия излучения поглощается в количестве 30-40 %, но и основном внутренними органами, что и определяет наибольшую вредность такого облучения. Излучение с длиной волн, менее 30 см поглощается в количестве 45-55 % (по расчетным данным), главным образом, слоем кожи. С точки зрения теплового эффекта, вызываемого электромагнитным облучением, это наименее опасный для человека случаи, так как, с одной стороны, излишнее тепло немедленно ощущается в виде повышения температуры кожи, а с другой это тепло, рассеиваясь, отводится из кожи, как во внешнюю среду, так и в более глубоко расположенные ткани.

Тепловая энергия, возникающая в тканях человека вследствие воздействия электромагнитных излучений, увеличивает его общее тепловыделение. Если при этом механизм терморегуляции тела способен путём рассеивания излишнего тепла предупреждать, перегрев тела, то температура тела остается нормальной, то есть находится в пределах 36 - 37 С.

Некоторые ткани и органы тала человека, обладающие (вследствие сравнительно небольшою числа находящихся в них кровеносных сосудов или вследствие менее интенсивного кровообращения) слабо выраженным механизмом терморегуляции, более чувствительных к обличению, чем другие ткани и органы. К ним относятся; мозг, глаза, почки, желудок и др.

Кроме теплового воздействия на ткани тела как на диэлектрические материалы с некоторой проводимостью, предполагают специфическое воздействие полей ультравысоких и сверхвысоких частот на ткани как на биологические объекты. Это предположение подтверждается многочисленными исследованиями воздействия таких полей при плотности потока мощности значительно ниже теплового порога.

Специфическое воздействие полей проявляется в непосредственном влиянии на нервную систему, в ориентации клеток пли цепей молекул соответственно направлению силовых линий электромагнитного поля, в изменении химической активности белковых молекул в составе крови и др.

Длительное и систематическое воздействие на работающие от электромагнитных полей высоких, ультравысоких и сверхвысоких частот с интенсивностью, выше предельно допустимого уровня, может вызвать некоторые функциональные изменения в организме и, в первую очередь, в центральной нервной системе. Эта изменения проявляются в головной

боли, нарушении сна, повышенной утомляемости, раздражительности и некоторых других симптомах. Кроме того, отмечаются замедление пульса, понижение кровяного давления, изменения печени и селезёнки.

Все указанные нарушения в организме выражаются в большей степени при воздействии электромагнитных полей сверхвысоких частот, чем например, высоких частот равной интенсивности.

Одним из ранних признаков воздействия энергии сверхвысоких частот являются изменения в крови, а также снижение обоняния. Кроме того, при воздействии электромагнитных полей ультра и сверхвысоких частот отмечается повышение температуры всего тела или его открытых частей, а на волне 10 см - изменение хрусталика глаза (катаракта).

Различают две степени воздействия полей УВЧ и СВЧ на организм человека:

лёгкая степень, когда наблюдаются склонность к гипотонии (пониженному кровяному давлению) и брадикардии (замедлению числа сокращений сердца), иногда неустойчивость пульса и нестойкое повышение артериального давления. Субъективные проявления - жалобы на повышенную утомляемость, периодически повторяющуюся головную боль, сонливость, реже раздражительность и покалывание и области сердца;

отчётливо выраженная степень воздействия, когда четко выражены гипотония и брадикардия, увеличена щитовидная железа. Больные обычно худеют, жалуются на чрезмерную утомляемость, повышенную раздражительность, нарушение сна, снижение памяти, боли в области сердца, обмороки, одышку, снижение аппетита. У отдельных лиц наблюдаются выпадение волос, ломкость ногтей и так далее.

Таким образом, воздействие электромагнитных излучений ВЧ, УВЧ, и СВЧ на организм человека зависит от длины волны излучения, интенсивности и длительности облучения. Кроме того, имеют значения состояния организма и его индивидуальная чувствительность.

Функциональные нарушения, вызываемые биологическим воздействием электромагнитных нолей, способны аккумулироваться в организме, по обратимы при своевременном прекращении излучения или улучшении условий труда.

10.2 Санитарно-гигиеническое нормирование электромагнитных полей

Национальные системы стандартов являются основой для реализации принципов электромагнитной безопасности. Как правило, системы стандартов включают в себя нормативы, ограничивающие уровни электрических полей (ЭГТ), магнитных полей (МП) и электромагнитных полей (ЭМИ) различных частотных диапазонов путем введения предельно

допустимых уровней воздействия (ПДУ) для различных условий облучения.

В России система стандартов по электромагнитной безопасности складывается из Государственных стандартов (ГОСТ) и Санитарных правил и норм (СанПиН). Это взаимосвязанные документы, являющиеся обязательными для исполнения на всей территории России.

Государственные стандарты по нормированию допустимых уровней воздействия электромагнитных полей входят в группу Системы стандартов безопасности труда - комплекс стандартов содержащих требования, нормы и правила, направленных на обеспечение безопасности, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Они являются наиболее общими документами и содержат:

требования по видам соответствующих опасных и вредных факторов;

предельно допустимые значения параметров и характеристик;

-общие подходы к методам контроля нормируемых параметров и методы защиты работающих.

Санитарные правила и нормы регламентируют гигиенические требования более подробно и в более конкретных ситуациях облучения, а также к отдельным видам продукции. По своей структуре включают те же основные пункты, что и Государственные стандарты, однако излагают их более подробно. Как правило, санитарные нормы сопровождаются. Методическими указаниями по проведении контроля электромагнитной обстановки и проведению защитных мероприятии.

В зависимости от отношения подвергающегося воздействию ЗМП человека к источнику излучения в условиях производства в стандартах России различают два вида воздействия: профессиональное и непрофессиональное. Для условий профессионального воздействия характерно многообразие режимов генерации и вариантов воздействия. В опасности для облучения в ближней зоне обычно характерно сочетание общего и местного облучения. Для непрофессионального облучения типичным является, общее облечение. ПДУ для профессионального и непрофессионального воздействий различны. В основе установления ПДУ лежит принцип пороговости вредного действия ЭМП.

В качестве ПДУ ЭМП принимаются, такие значения, которые, при ежедневном облучении в свойственном для данного источника, излучения режимах не вызывает у населения без ограничения, пола и возраста заболеваний или отклонении в состоянии здоровья обнаруживаемых современными методами исследования в период облучения или в отдаленные токи после его прекращения.

Основной критерий определения уровня воздействия ЭМП как предельно допустимого, воздействие не должно вызывать у человека даже временного нарушения гомеостаза (включая репродуктивную функцию), а также напряжения защитных и адаптационно - компенсаторных механизмов ни в ближайшем, ни в отдаленном периоде времени. Это означает, что в качестве ПДУ принимается дробная величина от минимального уровня электромагнитного поля, способного вызвать какую либо реакцию,

В зависимости от места нахождения человека относительно источника ЭМП он может подвергаться воздействию электрической или магнитной составляющей поля или их сочетанию, а в случае пребывания в волновой зоне - воздействию сформированной электромагнитной волны. Но этому признаку определяется необходимый критерий контроля безопасности.

Количественная оценка опасности электромагнитного излучения с частотой от 60 кГц до 300 МГц производится по напряжённости электрического и магнитного полей. Количественная оценка облучения электромагнитными полями УВЧ и СВЧ производится по интенсивности излучения, выражаемой в величинах плотности потока мощности.

Плотность потока мощности (ППМ) - это энергия, проходящая за 1 секунду через поверхность, перпендикулярной направлению распространения оперши, и выражаемая г, микроваттах на 1 см, милливаттах на 1 см пли в папах на 1 см.

В части требований ГОСТов и СанПиН по проведению контроля записано, что контроль уровнен ЭП осуществляется по значению напряженности ЭП - Е, В/м. Контроль уровней МП осуществляется, но значению напряженности МП - Н, А/м или значению магнитной индукции - В, Гл. В зоне сформировавшейся волны контроль осуществляется по плотности потока энергии (ППЭ), Вт/м. Величины ПДУ распространяются на следующие категории [8]:

территории жилой застройки и мест массового отдыха;

помещения жилых, общественных и производственных зданий (внешнее электромагнитное излучение радиочастот, включая вторичное излучение);

рабочие места лиц не достигших 18 лет и женщин в состоянии беременности.

ПДУ напряженности поля создаваемой базовой станцией СПР в диапазоне частот 30 - 300 МГц соответствует 3 В/м (непрерывная работа радиопередатчика).

Таким образом, к выбору места размещения антенн БС с точки зрения санитарно-гигиенического надзора не предъявляется никаких иных требовании, кроме соответствия интенсивности электромагнитного излучения значениям предельно допустимых уровней, установленных действующим" Санитарными правилами и нормами СанПиН 2.2.4/2.1.8.055 -96 Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ) в местах, определенных этими Санитарными правилами и нормами.

10.3 Методы защиты от электромагнитных излучений

Излучающими элементами высокочастотных установок являются:

- элементы схемы генератора, включённые в цепь тока высокой частоты, - катушки колебательных контуров, катушки обратной связки др.;

- приборы и провода, включённые в цепь тока высокой частоты и другое оборудование.

Основными источниками излучения электромагнитной энергии радиопередающих устройств являются антенные устройства, фидерные лютик, генераторы и гак далее.

Пространство около антенны или любого другого проводника о переменным током можно условно разделить на ближнюю, промежуточную и дальнюю зоны. Ближняя зона (зона индукции) ненаправленной (изотропной) антенны простирается на расстояние:

, (11.1)

где - длина волны.

Для направленной антенны границы ближней зоны по главному максимуму излучения. Определяются расстоянием [27]:

, (11.2)

где D - максимальный размер антенны, м.

В ближней зоне электрическое и магнитное поля сдвинуты по фазе на 90°.

Электромагнитное поле характеризуется напряжённостью составляющих его электрического Е и магнитного Н полей, изменяющихся обратно пропорционально,

соответственно кубу и квадрату расстояния до проводника-антенны [2.7]:

, (11..3)

где - коэффициенты, характеризующие размеры излучателя и свойства среды, в которой распространяется поле;

I - сила тока в проводнике-антенне.

В промежуточной зоне формируется поле излучения (волновое поле), которое существует и распространяется в дальней зоне.

В общем случае для изотропной антенны начало дальней зоны определяется расстоянием [27]:

, (11.4)

Для направленной антенны эта зона в главном максимуме излучения начинается с расстояния [27]:

, (11.5)

Поле в дальней зоне (зоне излучения) может характеризоваться как напряженностью уставляющих его электрического и магнитного полей, так и плотностью потока мощности. Плотность потока мощности обратно пропорциональна квадрату расстояния до антенны [27]:

, (11.6)

Где Р - средняя по времени мощность излучения антенны;

G - коэффициент усиления направленной антенны.

Следовательно, на расстоянии от источников излучения менее преобладает зона индукции, а на большем - зона излучения.

Из выражений (11.3) и (11.6) следует, что ослабление интенсивности ноля на том или ином рабочем месте можно достигнуть:

увеличением расстояния между антенной и рабочим местом;

уменьшением мощности излучения генератора, а так же и силы тока в антенне;

- установкой на пути излучения между антенной и защищаемым рабочим местом отражающей или поглощающей преграды.

"Защита расстоянием" приемлема для персонала, которому нет надобности находиться вблизи источников электромагнитного излучения, а так же в случае дистанционного управления излучающей установкой.

Уменьшение мощности излучения можно достигнуть непосредственным Цитированием генератора, заменой мощного генератора менее мощным, если это позволяет технология выполнения работ на излучающей установке, или применением специальных устройств, которые полностью поглощают или в необходимом соотношении уменьшают дальность излучения на выходе и пространстве, где работают люди.

Ограждающую преграду (экран) можно установить или у самого источника излучения, или у защищаемого рабочего места. Защитное действие экрана, выполненного из хорошо проводящего металла (медь, алюминии, сталь, латунь), обусловливается тем, что экранируемое ноле вызывает в экране переменные вихревые токи, создающие в нём вторичное поле, но амплитуде почти равное, а ею фазе противоположное экранируемому полю. Вследствие этого результирующее поле, получаемое от сложения этих двух полей, очень быстро убывает, проникает на незначительную глубину в толщу экрана. Сплошной металлический экран толщиной порядка длины волны ноля, действующего в материале экрана, практически непроницаем для поля. Достаточно густая металлическая, сетка обладает почти такими же свойствами.

Поглощающая преграда представляет собой экран, в котором имеется элемент или покрытие из материала, поглощающего радиоволны, вследствие чего отражение от экрана весьма мало. Поглощающая преграда применяется в тех случаях, когда отраженное от экрана излучение может создавать помехи в работе экранируемой установки или направляться на рабочие места.

При неизменной величине плотности потока мощности защита от вредного воздействия излучений СВЧ и УВЧ, как это следует из гигиенических нормативов, должка осуществляться ограничением времени облучения.

10.4 Расчёт санитарно-защитных зон в местах установки базовых станций

С целью оценки возможного воздействия электромагнитного излучения на здоровье населения и в соответствии с "Временными санитарными нормами защиты населения от воздействия электромагнитных полей, создаваемых радиотехническими объектами" (ВСН \Хг 2963-K4), проектам документация радиотехнического объекта должна содержать результаты расчета границ санитарно-защитной зоны и зоны ограниченной застройки.

Санитарно-защитой зоной (СЗЗ) является площадь, примыкающая к технической территории радиотехнического объекта, внешняя граница которого определяется на высоте 2 м от поверхности земли по значению предельно допустимого уровня напряженности электромагнитного поля.

Зоной ограниченной застройки (ЗОС) является территория, где на высоте более 2 м от поверхности земли превышаются предельно допустимые уровни. Внешняя граница зоны ограниченной застройки определяется по максимальной высоте зданий перспективной застройки, на уровне верхнего этажа которых уровни ЭМП не превышают предельно допустимых значений.

Границы СЗЗ и ЗОС зависят от диапазона рабочих частот, суммарной эффективной излучаемой мощности, диаграммы направленности и высоты подвеса антенны, а также характера подстилающей поверхности.

Дальность до границы СЗЗ и ЗОС определяется следующим образом [2]:

, (11.7)

где R - расчётная дальность до границы СЗЗ и ЗОЗ, м;

Р - мощность на выходе радиопередающего устройства, Вт

G -коэффициент усиления антенны;

- коэффициент потерь мощности в антенно-фидерном тракте;

- предельно допустимое значение напряженности электромагнитного поля В/м;

Кф - множитель, учитывающий влияние подстилающей поверхности (выбирается в пределах 1,15-1,3);

- нормированная по мощности диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости;

- нормированная по мощности диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости;

Значение предельно допустимой напряжённости электромагнитного поля определяется в соответствии с таблицей И.4. Множитель, учитывающий влияние подстилающей поверхности, берётся в пределах 1,15 - 1.3.

Произведем расчёт расстояния до границы СЗЗ в месте установки антенны базовой станции в пос. Мар-Кюель по формуле (11.7):

Аналогичным образом производится расчет расстояния до границы СЗЗ в населенных пунктах п. Ортовый, п. Кутина, п. Белькачи. Результаты расчетов сведены в таблицу И.6.

На рисунках И.1-И.4 схематически показаны дальность до границы СЗЗ для разных населенных пунктов.

10.5 Техника безопасности

10.5.1 Радио- и радиорелейные линии

1. С радиоаппаратурой, выполненной на транзисторах и микросхемах, допускается работать по распоряжению. На месте работ должны быть расположены резиновые диэлектрические ковры или установлены изолирующие подставки.

Одному работнику с группой III разрешается обслуживать радиоаппаратуру без права выполнения каких-либо ремонтных работ, за исключением работ на аппаратуре, выполненной транзисторах и микросхемах, питание которых осуществляется напряжением до 42 В.

При работе в ЭМП с частотами в диапазоне 60 кГц-300 ГГц должны выполнятся требования ГОСТ 12.1.006-84.

При настройке и испытаниях аппаратуры высокой частоты необходимо пользоваться средствами защиты от поражении электрическим током и от повышенных электромагнитных излучений. Применяемые защитные очки должны иметь металлизированное покрытие стекол, например, типа (ОРЗ-5).

5. Устранять неисправности, производить изменения в схемах, разборку и сборку антенно-фидерных устройств необходимо после снятия с них напряжения.

Запрещается:

определять наличие электромагнитного излучения но тепловому эффекту на руке или другой части тела;

находиться в зоне излучения с плотностью потока энергии выше допустимой без средств защиты;

нарушать экранирование источника электромагнитного излучения;

находиться перед открытым работающим антенно-фидерным устройством.

Работы по монтажу и профилактике внешних антенно-фидерных устройств на башнях и мачтах должна выполнять бригада, состоящая из работников с группами IV и III.

Перед началом работ необходимо отключать аппаратуру высокой частоты

При работе на антенно-мачтовых сооружениях должны выполнятся следующие требования:

- работники, поднимающиеся по ним, должны быть допущены к верхолазным работам;

- перед работой должны быть отключены сигнальное освещение мачты и прогрев антенн и вывешены плакаты "Не включать! Работают люди";

- при замене ламп электрического сигнального освещения мачт должны соблюдаться требования п.п. 14.7.1-14.7.3 настоящих Правил

10.5.2 Временная высокочастотная связь с бригадами

1. Монтаж и демонтаж переносных высокочастотных постов связи должна выполнять бригада в составе не менее двух человек, один должен иметь группу IV, другой III.

2. Антенна должна крепиться на опорах на расстоянии не менее 3 м от уровня расположения нижних проводов для воздушной линии (ВЛ) электропередачи напряжением до 110 кВ включительно и не менее 4 м для ВЛ 154 и 220 кВ. Стрела провеса антенны должна быть больше стрелы провеса провода ВЛ.

Перед подвешиванием антенны пост с антенной катушкой должен быть закреплён на опоре, на высоте 1 - 1,5 м и заземлен. Конец антенны, входящий в пост, заземляется через дроссель, находящийся внутри роста, и через заземляющий нож, включенный параллельно с дросселем. Параллельно дросселю должен быть включен разрядник на напряжение 1 кВ.

При подъеме и спуске антенны один человек, стоящий и середине пролета в стороне от трассы, следит за тем. чтобы антенна не приближалась к проводам ВЛ, находящимся под напряжением, на расстояние менее указанного в п. 2. Запрещается находиться под проводом антенны.

Перед спуском антенну необходимо заземлять с помощью заземляющею ножа или переносного заземления.

10.5.3 Меры безопасности при обслуживании радиостанций

При работе на радиостанции необходимо строго выполнять, следующие правила, обеспечивающие безопасность оператора:

заземлить корпус радиостанции, заземление стационарных радиостанций должнообеспечиваться наружным контуром заземления с электрическим сопротивлением не более 40м, на рабочем месте под ногами оператора должен быть резиновый диэлектрический коврик;

не касаться выводов антенны при включении передатчика, т.е. при нажатой тангенте манипулятора, микротелефонной трубки;

не вскрывать блоки радиостанций под напряжением и при подключенном источнике питания;

отключать и подключать кабели, находящиеся под напряжением;

не находиться во время грозы около антенны, особенно полевых условиях;

при приближении грозы оператор обязан предупредить старшую радиостанцию о приближении грозового фронта, выключить радиостанцию и переключить антенный фидер на землю, а где такого заземления нет отключить высокочастотный кабель от радиостанции.

10.5.4 Пожарная безопасность

Мероприятия по пожарной безопасности предполагают ограничения или запрещения в пожароопасных местах открытого огня, курения. При строительстве базовой станции территория должна содержаться в чистоте. Все дороги и подъезды должны быть свободными от завалов, содержаться в исправности и освещаться в ночное время.

Входы, проходы и выходы в помещения станции должны содержаться в чистоте и ничем не загромождаться.

Все токоведущие части, распределительные и предохраняющие устройства, рубильники должны быть смонтированными на негорючих основаниях.

...