Управляемые параметры электромагнитной безопасности комплексов технических средств
Одним из основных требований, предъявляемых к комплексам излучающих технических средств, является электромагнитная безопасность, которая характеризуется размером и формой санитарных зон, превышением предельно допустимых уровней поля, направленностью излучения, излучаемой мощностью, эффективностью антенн и т. д.
С точки зрения электромагнитной безопасности, излучающие технические средства телекоммуникаций можно подразделить на две группы или категории. Это, во-первых, технические средства массового предоставления населению услуг телекоммуникаций – программ радиовещания и эфирного телевидения, индивидуальной связи. Особенностью этих технических средств, характеризующей их как принципиально опасные по электромагнитному фактору, является то, что оконечные устройства находятся непосредственно вблизи человека. Главный лепесток характеристик направленности антенн таких технических средств направляется на селитебную территорию, то есть на человека с его индивидуальными оконечными телекоммуникационными устройствами (радиоприемники, телевизоры, радиотелефоны, пейджеры). Естественно, что улучшение качественных показателей для технических средств этой категории, таких как расширение зоны обслуживания, увеличение устойчивости и надежности связи, связано с увеличением напряженности поля в местах пребывания людей. Налицо противоречие между требованиями обеспечения качества связи или вещания и требованиями обеспечения электромагнитной безопасности. Это противоречие разрешается на этапах размещения таких технических средств.
Для второй категории излучающих технических средств, а к ним относятся РРСП ПВ, ТРРСП и ССП, характерно излучение электромагнитной энергии в направлении на соседнюю станцию или спутник. В главный лепесток характеристики направленности, как правило, не попадает селитебная территория. В таких телекоммуникационных системах человек не должен находиться на линии связи. Обеспечение электромагнитной безопасности связано с излучением электромагнитной энергии в боковые лепестки либо с рассмотрением ближних полей антенн. К этой категории относятся и технические средства связи и радиовещания диапазона ВЧ, технология которых предполагает работу ионосферным лучом – антенны направляются под углом к горизонту на ионосферу.
Таким образом, выделим основной управляемый при проектировании параметр электромагнитной безопасности комплексов излучающих технических средств – характеристика излучения, под которой будем понимать все, что касается направленности антенн, их уровня бокового излучения и ближних полей (рис.17.4).
Рис.17.4. Управляемые параметры электромагнитной безопасности
комплексов технических средств
Для проектировщика, занимающегося электромагнитной безопасностью какого-то излучающего объекта, характеристика излучения как свойство, влияющие на электромагнитную безопасность, может представляться:
в графическом виде (диаграмма направленности) для отдельных (главных плоскостей) - при этом область углов должна перекрывать область, интересующую проектировщика;
в виде табулированной функции характеристики направленности;
в виде числового файла, в котором содержится заранее рассчитанное пространственное распределение поля.
В теории антенн, как правило, используются нормированные характеристики направленности, а функцию распределения поля в ближней зоне целесообразно представлять для какой-то фиксированной мощности излучения.
Важным моментом при выборе параметра направленности антенн является соответствие этого параметра действующей методической документации.
Далее следует говорить о другом не менее важном управляемом параметре электромагнитной безопасности – энергетическом потенциале (или эквивалентной мощности) технических средств (рис.17.4), под которым обычно понимают произведение излучаемой мощности (Ризл.) и коэффициента усиления антенны (G). С точки зрения создания необходимой напряженности поля в зоне обслуживания или в местах приема сигнала совершенно безразлично повышать излучаемую мощность или увеличивать коэффициент усиления антенны, так как напряженность поля Е пропорциональнаРизл.G.Естественно, что суть управления этим параметром заключается в возможности для проектировщика вариации и подбора передатчиков и антенн, обеспечивающих заданные условия по электромагнитной безопасности. Для реализованной топологии излучающего объекта, когда невозможно сменить или переместить антенно-фидерное оборудование, изменение излучаемой мощности может быть единственным средством для нормализации электромагнитной обстановки.
В качестве еще одного управляемого параметра при проектировании комплексов технических средств может выступать расстояние от излучающих элементов (антенн) до точки или границы безопасности. Это один из основных параметров, который варьируется в процессе проектирования топологии путем изменения соответствующих пространственных координат излучающих технических средств. В практике электромагнитной безопасности это называют защитой расстоянием. Увеличение расстояния до точки наблюдения приводит к увеличению затухания радиоволн и, естественно, уменьшению уровня поля – напряженности поля или плотности потока энергии. Расстояние можно изменять, перемещая антенну в пределах технической территории излучающего объекта либо изменяя высоту подвеса антенны над землей. Если это не эффективно, то определяют расстояние, на котором удовлетворяются требования электромагнитной безопасности, то есть определяют санитарную зону.
Конечной целью проектирования излучающего объекта является получение или выявление оптимальной по критерию электромагнитной безопасности топологии размещения технических средств (антенн). В этом плане у проектировщика, как правило, имеются степени свободы перемещения технических средств в пределах технической территории излучающего объекта или в пределах естественных ограничений перемещений, например, на крыше здания или по башне, то есть координаты отдельных антенн.
Таким образом, трудности анализа электромагнитных ситуаций комплекса технических средств очевидны. Они обусловлены одновременной работой множества разнотипных излучателей, электромагнитные поля которых могут отличаться не только конструкцией и принципами действия, но и интенсивностью, поляризацией, частотами, зависимостью от параметров почвы, а сами антенны могут произвольным образом располагаться на антенных полях.
Несмотря на то, что большинство технических средств, в том числе и антенных устройств, для телекоммуникаций типовые, они размещаются в нетиповых условиях. Индивидуальность реальных объектов с точки зрения электромагнитной экологии проявляется в различии размещения и ориентации отдельных антенн, в особенностях рельефа местности, в несовпадении расписаний смены волн, в неодинаковом наборе технических средств и т.д. Все это определяет значительную сложность, и даже невозможность обобщения электромагнитных ситуаций по объектам, в состав которых входят технические средства различных диапазонов. Метод аналогий и экстраполяций практически неприменим для комплексов технических средств.
Еще одним важным моментом в исследовании электромагнитной обстановки комплекса технических средств является взаимное влияние антенных устройств, которое может повлиять на точность электромагнитного прогнозирования. Это влияние может проявляться, во-первых, во взаимном затенении антенн и, во-вторых, в электрическом влиянии, при котором в элементах конструкции пассивных антенн наводятся токи, способные существенно изменить электромагнитную обстановку.
Математическое моделирование, как основной выбранный метод исследования, является мощным и, пожалуй, единственным методом, дающим возможность анализа электромагнитной обстановки комплекса технических средств. Для этого необходимо объединение отдельных моделей в единую, так называемую, модель ансамблей, описывающую систему в целом. Исследование электромагнитной обстановки технических средств телекоммуникаций – это проблема не просто сложная, а комплексная, в основе которой лежат различные явления, и для анализа которой должны использоваться различные, но связанные между собой модели. Методы исследования таких проблем относятся к системному анализу.