Емкость фазы относительно земли (пренебрегая влиянием земли) определяем по формуле:

С = 2 / ln(d32 / r ),

Далее, принимая х равным х+2; х+4; х+6; х+8, находим Е для каждого из этих значений. Строим график зависимости Е(х).

Принимая h равным h+1; h+2; h+3; h+4, вычисляем Е для каждого значения. Строим график зависимости Е(h).

Полученные результаты необходимо сравнить с допустимыми санитарными нормами. Напряженность электрического поля не должна превышать 5000 В/м.

По окончании расчета сделать выводы и ответить на контрольные вопросы.

Таблица 10.1

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Биологическое действие электромагнитного поля.

2.Как нормируется воздействие электромагнитного поля на человека?

3.Механизм биологического действия электрического поля.

Литература: [7; 9].

49

Задача №11

РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В УСЛОВИЯХ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

Энергия электромагнитных полей широко используется в промышленности и сельском хозяйстве. При этом уровни интенсивностей излучений с каждым годом возрастают по сравнению с радиофоном нашей планеты. Электромагнитное поле радиочастот стало новым фактором окружающей среды.

Литературные данные свидетельствуют о том, что электромагнитное поле является мощным физическим раздражителем, который может вызвать функциональные и органические нарушения всех систем организма. В связи с этим необходимо вести постоянный контроль за уровнем интенсивности полей от источников излучения, а также владеть методами расчета напряженности электромагнитного поля. Это имеет большое значение при выборе оптимальных гигиенических условий для размещения радиостанций вблизи населенных мест, организации санитарно-защитных зон для охраны населения от вредного воздействия полей.

Для проведения расчетов необходимо учитывать мощность передатчиков, количество их, коэффициенты усиления антенн, рабочие длины волн, диаграммы направленности антенн в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также характер почвы и рельеф.

Основным элементом противорадиационной защиты следует считать нормативы "Санитарные правила и нормы (СанПиН) 2.2.4/2.1.8.055-96”. Правильно обоснованные, они позволяют не только сохранить здоровье, но и обеспечить достаточно надежный уровень работоспособности, избежать ненужных психологических травм.

Таблица 11.1 Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электрической состав-

ляющей ЭМИ РЧ на человека

Полученные при расчетах результаты необходимо сравнить с ПДУ и на основе сравнений сделать выводы и построить графики. Диапазоны радиоволн представлены в табл. 11.2.

50

Расчет напряженности поля ВЧ - диапазона

К ВЧ-диапазону относятся длинные, средние и короткие волны (см. табл. 11.2). В этом диапазоне расчетная напряженность поля может быть определена только в волновой зоне (зоне излучения), т.е. когда

d >> 2L2

здесь d - расстояние от антенны до точки измерения; L - максимальные размеры антенны.

Расчет напряженности поля в зоне излучения, как правило, производится для электрической составляющей ЭМП - Е, по формуле Шулейкина - Ван-дер-Поля:

здесь Е - напряженность электрической составляющей ЭМП, В/м; Р - мощность передатчика, Вт;

Ga - коэффициент усиления антенны;

d - расстояние от антенны до точки измерения, м;

F - множитель ослабления для определения потерь электромагнитной энергии в почве; зависит от параметров почвы, расстояния от точки измерения до антенны и длины волны. Он определяется из соотношения:

здесь х - величина, называемая "численным значением". В диапазоне длинных и средних волн, когда выполняется условие

а в диапазоне коротких волн:

51

здесь - длина волны, м; θ - относительная диэлектрическая проницаемость;

- проводимость почвы, вдоль которой распространяется волна

(θ и - из табл. 11.3).

Приведенный выше метод определения напряженности поля приемлем при круговой диаграмме излучения и для направления максимального излучения главного лепестка диаграммы. ПДУ - табл. 11.1.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО РАСЧЕТУ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ ВЧДИАПАЗОНА

1.Рассчитать напряженность поля, создаваемого длинноволновой радиостанцией мощностью Р = 250 кВт, = 1135 м, на расстоянии d = 1000 м, Gа = 1,04. Почва сухая, песок - = 0,001 См/м. В соответствии с (4) определяем х:

х = d / (600 11352 0,001) 0,004

По формуле (2) рассчитываем множитель ослабления:

F = 1,41 (2+0,3 0,004) / (2+0,004+0,6 0,0042) = 1,41

Окончательный расчет проводим по формуле (I):

Е = 7,750 (Р Ga)1/2 F/d 5,6 В/м.

Сравнивая полученный результат со стандартом Е = 20 В/м, приходим к выводу: мы не подвергаемся негативным воздействиям поля от длинноволновой радиостанции мощностью Р = 250 кВт, находясь на расстоянии d = 1000 м от нее.

2. Рассчитать напряженность поля, создаваемого КВ радиостанцией

Р = 100 кВт, = 50 м, на расстоянии d = 500 м, почва влажная и ровная –

θ = 10, = 0,003 См/м; Ga = 240.

По формуле (5) определим х:

52

х = 3,14 500 / (50 (100 + (60 50 0,003)2)1/2) 2,33.

Определим множитель ослабления F:

F = 1,41 (2 + 0,3 2,33)/(2 + 2,33 + 0,6 (2,33)2) 0,5

Рассчитываем напряженность поля Е по формуле (1):

Е(500) = 38 В/м.

Сравнивая полученное значение со стандартным, приходим к выводу, что вблизи КВ радиостанции на расстоянии d = 500 м находиться нельзя, поскольку расчетные данные указывают на значительное превышение ПДУ

(таблица 11.1).

Таблица 11.4

Варианты к решению задач по расчету напряженности поля ВЧ-диапазона

53

По представленным исходным данным провести расчет, сравнить со стандартами, построить графики зависимости Е = (dn). Сделать выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Волны какой длины относятся к ВЧ-диапазону?

2.По каким параметрам определяется степень воздействия ЭМП на биологические объекты?

3 3. Объясните понятие "электромагнитное загрязнение окружающей среды".

4.Какие нарушения в состоянии здоровья возможны при воздействии ЭМП ВЧ-диапазона?

Литература: [1, 2; 7].

Задача № 12

РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ УВЧ ДИАПАЗОНА

В последнее время, в связи с установлением биологической активности УВЧ-волн (ПДУ = 3 В/м), разработан метод определения напряженности поля, создаваемого телецентрами и ретрансляторами. По этому методу определяют напряженность поля, создаваемого каждым передатчиком телецентра или ретранслятора у поверхности земли, а затем суммарную напряженность поля, создаваемую всеми передатчиками. Если все передатчики работают на одну антенну, то расчет проводится по формуле:

здесь: Р - суммарная мощность, поступающая в антенну (сумма мощностей от всех передатчиков), Вт;

D – коэффициент направленного действия антенны;

F( ) – значение нормированного множителя ослабления, определяемого диаграммой направленности антенны в вертикальной плоскости для соответст-

54

вующего диапазона;

R – расстояние от фазового центра антенны до заданной точки, м, определяется из соотношения:

Здесь: Н – высота фазового центра антенны, м; х – расстояние от основания башни телецентра до заданной точки, м;

Угол (от горизонта) , под которым видна из заданной точки антенна, ра-

H

вен: arctg (3)x

Для расчетов множителя ослабления в данной задаче используется формула:

Здесь D – угловой раскрыв главного лепестка диаграммы направленности.

После подстановки (2), (3), и (4) в (1) получим:

Недостатком представленного метода является то, что не учитывается отражение от земли и зданий, иногда увеличивающее напряженность поля. Однако погрешность не столь существенна, так как расчет производится на пиковую мощность.

ПОРЯДОК РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ УВЧДИАПАЗОНА

Втаблицах 12.1 и 12.2 - исходные данные для расчета, в соответствии с двумя последними цифрами студенческого билета. В задаче необходимо провести расчет напряженности электрической составляющей поля в зависимости от расстояния "х". Конкретные значения расстояний определяются следующим образом.

Вначале устанавливаются граничные условия: минимальное (хmin) и максимальное (хmax) расстояния, в пределах которых исследуется зависимость (1):

x min H (2 / D)2 1; x max = Н (8/ D D / 2 );

Затем определяется расстояние - х (от основания башни телецентра до заданной точки):

55