"определение плотности потока энергии электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 300 мгц - 300 ггц. методические указания. мук 4.3.1167-02" (утв. главным государственным санитарным врачом рф 07.10.2002)

/ d d пи ехр(-i бета r)
Е = Е альфа \/--------- cos фи D ехр[i (бета - sin ТЭТА - --)] --------------. (2.41)
ТЭТА 0 2sin ТЭТА 2 2 4 r
В этих формулах: Е определяется в соответствии с (2.36),
0
альфа = 0,316, коэффициенты дифракции рассчитываются по формулам
(2.28)...(2.32).
Переход к декартовым составляющим дифракционного поля
осуществляется по формулам (2.39), а к сферическим компонентам ППЭ
- по формулам (2.38).
В секторе углов подобласти II-в следует принять, что П = 0.
диф
Расчет плотности потока энергии в области III. Если зеркало
антенны длиннофокусное (пси < 90°), то в области III ППЭ имеет две
составляющие. Одна определяется излучением облучателя, другая -
дифракцией на части кромки:
П = П + П . (2.42)
SUM обл диф
Составляющая П определяется по формуле (2.23) с последующим
обл
переходом к мкВт/кв. см, а составляющая П так же, как для
диф
подобласти II-б.
В случае короткофокусной антенны (пси < 90°) в области III ППЭ
имеет составляющие П и П . Составляющая П рассчитывается
диф а диф
так же, как для подобласти II-а - по формулам (2.28)...(2.38).
Расчет плотности потока энергии в области IV. В области IV ППЭ
определяется в основном составляющими П и П , поэтому
обл диф
значение ППЭ в этой области формально определяется по формуле
(2.42) с добавлением составляющей П . При этом дифракционная
а
составляющая поля определяется так же, как это сделано в
подобласти II-а - по формулам (2.28)...(2.38).
Расчет плотности потока энергии в области V. В этой области
ППЭ следует определять следующим образом:
П = П + П .
SUM обл диф
При этом составляющая П рассчитывается по формулам (2.25) и
а
(2.26), после того как предварительно геометрически определена
/\
граница раздела между областями IV и V (значение х) на выбранном
азимутальном направлении.
Алгоритм определения областей и подобластей для расчетной точки и примеры расчета ППЭ приведены в Приложении 1 - рис. П1.3 и П1.4.
Примеры расчета ППЭ вблизи параболических антенн с круглой апертурой приведены в Приложении 2.
3. Расчет плотности потока энергии вблизи параболических
антенн с квадратной и прямоугольной апертурой
Квадратная апертура. При анализе квадратной апертуры (рис. 3.1 - не приводится) используются допущения:
- распределение амплитуды поля в одной из главных плоскостей - "косинус на пьедестале":
пи тау
f(тау) = 0,316 + 0,684cos ------, (3.1)
а
где:
а - сторона квадрата;
тау - текущее значение координаты апертуры в одной из главных
плоскостей;
- облучатель и антенна имеют характеристики направленности с осевой симметрией относительно направлений их максимального излучения;
- значение характеристики направленности облучателя вне сектора углов перехвата энергии основным зеркалом равно 0,316 (по напряженности поля).
Общая расчетная формула для определения значения ППЭ имеет вид
(2.1). Физический смысл отдельных составляющих прежний.
Составляющие П и П в децибелах относительно 1 мкВт/кв. см
а обл
будут иметь вид:
2
Р лямбда В(х)
П = 10lg --------- + 10lg D + 20lg ---- + 20lg F(u, х) + 3, дБ; (3.2)
а 4 0 х
а
Р
П = 10lg ------ + 10lgD + 10, дБ, (3.3)
обл 2 обл
4пи R
где:
Р - мощность, излучаемая антенной, Вт;
лямбда - длина волны, м;
а - сторона квадрата (апертуры антенны), м;
D - КНД антенны в направлении максимального излучения в
0
волновой зоне;
В(х) - функция, учитывающая изменение КНД квадратной апертуры
в зависимости от относительного расстояния;
F(u, х) - нормированная ХН квадратной апертуры в координатах
u, х;
ТЭТА, R - сферические координаты расчетной точки;
u = (пи а sin ТЭТА) / лямбда - обобщенная координата угла;
х = R / R - относительное расстояние;
гр
2
R = 2а / лямбда - граничное расстояние;
гр
D - КНД облучателя в направлении максимального излучения
обл
(величина безразмерная). График зависимости D = 10lgD
обл,дБ обл
как функции аргумента пси для усредненной модели антенн приведен
0
на рис. П1.2 (Приложение 1).
Вычисление функции F(u, х) сводится к расчету характеристики направленности линейного синфазного источника (рис. 3.2 - не приводится) с распределением амплитуды тока, совпадающим с распределением амплитуды поля вида (3.1).
Значение напряженности поля в расчетной точке определяется выражением:
а/2
Е = интеграл dЕ(ТЭТА, R), (3.4)
-а/2
где:
-jkr
f(тау) е
dЕ(ТЭТА, R) = i60пи ------ cos ТЭТА ----- d тау. (3.5)
лямбда r
В (3.5) f(тау) определяется распределением поля, а геометрические параметры ТЭТА, r являются функциями ТЭТА, R.
Нормированная характеристика направленности апертуры имеет вид:
|Е(ТЭТА, R)|
F(тэта, R) = ---------------. (3.6)
max|Е(ТЭТА, R)|
В терминах обобщенных координат (u, х) направленные свойства апертуры будут характеризоваться функцией F(u, х).
Функции F(u, х) сильно осциллирующие, поэтому в практических расчетах ППЭ следует использовать их гарантированные огибающие. Для удобства практических расчетов гарантированные огибающие табулированы (Приложение 3, таблицы 3.1 и 3.2). При значениях х > 1, что соответствует дальней зоне, необходимо пользоваться огибающими для х = 1.
Аналитическое выражение функции В(х) / х для квадратной апертуры с амплитудным распределением типа "косинуса на пьедестале" имеет вид:
пи х пи х 2
4[2альфа С(u ) + (1 - альфа) {[С(u ) + С(u )] cos ---- + [S(u ) + S(u )] sin ----}]
В(х) 1 2 3 2 2 3 2
--- = ------------------ +
х 4 2
[2альфа + -- (1 - альфа)]
пи
пи х пи х 2
4[-2альфа S(u ) + (1 - альфа) {[С(u ) + С(u )] sin ---- - [S(u ) + S(u )] cos ----}]
1 2 3 2 2 3 2
+ -------------------, (3.7)
4 2
[2альфа + -- (1 - альфа)]
пи
где:
1 1 _ 1 _
u = -----, u = ----- + \/х, u = ----- - \/х; (3.8)
1 _ 2 _ 3 _
2 \/х 2 \/х 2 \/х
2
u пи t
С(u) = интеграл cos ----- dt - косинус интеграла Френеля; (3.9)
0 2
2
u пи t
S(u) = интеграл sin ----- dt - синус интеграла Френеля. (3.10)
0 2
В области х <= 1 функция (3.7) осциллирующая, а в области х > 0,15 - изменяется монотонно. При расчете ППЭ осциллирующую часть функции следует заменить огибающей ее максимумов.
На рис. П3.1 (не приводится) (Приложение 3) приведена функция 20lg(В(х) / х). В области х > 1 функция 20lg(В(х) / х) = -20lg х.
Порядок расчета ППЭ в переднем полупространстве не отличается от приведенного для круглой апертуры.
Для расчета ППЭ в области заднего полупространства вводится понятие эквивалентной круглой апертуры. Диаметр эквивалентной апертуры определяется из условия равенства площадей квадратной и круглой апертур:
2а
d = ----. (3.11)
э __
\/пи
Угол раскрыва эквивалентной апертуры определяется по формуле:
d
э
пси = 2arctg[--], (3.12)
0 4f
где f - фокусное расстояние зеркала.
Прямоугольная апертура. Прямоугольная апертура со сторонами а и b показана на рис. 3.3 (не приводится).
Расчетная формула для апертурной составляющей ППЭ имеет вид:
2 В(х ) В(х )
Р лямбда 1 2
П = 10lg ---------- + 10lg D + 10log ----- + 10log ----- + 10lg F(u , х ) + 10lg F(u , х ) + 3, дБ, (3.13)
а 2 2 0 х х 1 1 2 2
16пи а b 1 2
где:
R лямбда R лямбда пи а
х = --------, х = --------, u = ------ sin ТЭТА,
1 2 2 2 1 лямбда
2а 2b
пи b
u = ------ sin ТЭТА. (3.14)
2 лямбда
Функции F(u, х), входящие в (3.13), вычисляются в соответствии
с (3.4)...(3.6) с учетом перехода к обобщенным координатам u и х,
а функции В(х) / х - по формуле (3.7) при х = х и х = х ,
1 2
соответственно.
Расчет составляющей ППЭ от облучателя выполняется по формуле
(3.3). КНД облучателя следует рассчитывать по формуле:
_____
D = \/D D , (3.15)
обл 1 2
где D и D определяются по формулам (2.15) и (2.16) с учетом
1 2
различных значений угла пси в главных плоскостях.
0
Диаметр эквивалентной круглой апертуры, необходимый для
расчета дифракционной составляющей ППЭ, определяется из условия
равенства площадей прямоугольной и круглой апертур:
___
/a b
d = 2 \/----. (3.16)
Э пи
Угол раскрыва эквивалентной круглой апертуры определяется по формуле (3.12).
Примеры расчета ППЭ вблизи параболических антенн с квадратной и прямоугольной апертурами приведены в Приложении 3.
4. Расчет плотности потока энергии вблизи антенн
типа параболический цилиндр и рупорных антенн
Антенна типа параболический цилиндр. Антенна имеет прямоугольную апертуру (рис. 4.1 - не приводится). Распределение амплитуды поля вдоль сторон апертуры в главных плоскостях XOZ и ZOY равномерное. Методика расчета ППЭ соответствует случаю прямоугольной апертуры при f(тау) = const. Огибающие F(u, х) для случая f(тау) = const отличаются от аналогичных кривых, соответствующих распределению (3.1) не существенно (единицы дБ). Поэтому в практических расчетах можно использовать данные, приведенные в табл. П3.1 и табл. П3.2.
Значение КНД облучателя рассчитывается по формуле:
k L
D = ----------------------------------, (4.1)
обл cos(k L) - 2 sin k L
2[Si(kL) + ------------ + -------]
k L 2
(k L)
где:
L - длина облучателя;
2пи
k = ------;
лямбда
kL sin х
Si(kL) = интеграл ----- dx - интегральный синус.
0 х
В области заднего полупространства расчет ППЭ следует вести по
формуле (3.3), приняв D = D .
обл 0
Пирамидальный рупор. Пирамидальные (рис. 4.2 - не приводится) и конические (рис. 4.3 - не приводится) рупорные антенны имеют апертуры с неравномерным и несинфазным возбуждением. Линейные размеры апертур обычно измеряются единицами, реже десятками длин волн. Расчетные точки, находящиеся на расстоянии нескольких метров от таких антенн, относятся к дальней (волновой) зоне.
Плотность потока энергии в переднем полупространстве вблизи таких антенн рассчитывается по формуле:
Р 2
П = ------ D F (ТЭТА, фи), Вт/кв. м, (4.2)
2 р
4пи R
где:
Р - мощность, излучаемая антенной, Вт;
F(ТЭТА, фи) - характеристика направленности рупора;
D - КНД рупора.
р
Для пирамидального рупора в расчетах следует принять:
_________________
F(ТЭТА, фи)