книги из ГПНТБ / Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека

В приборе применена антенна-зонд в виде одновитковой рамки диаметром 15 мм с компенсацией электри­ ческой составляющей (конструкция антенны рассмотре­ на выше). Управление прибором максимально упроще­ но. На лицевой панели прибора (рис. 6.1.16) введены только регулировка отсчетного аттенюатора (шкала гра­ дуирована непосредственно в мкВт/см2) и тумблер вклю­ чения. Показывающий прибор выполняет три функции: индикацию напряжения питания (левая часть шкалы;

Рис. 6.1.16. Внешний вид измерителя поля ИП-3466.

Справа — отсчетная шкала аттенюатора.

показания устанавливаются сразу же при включении питания), фиксацию момента точного отсчета (положе­ ние «1») и отклонения от отсчетного уровня (правая часть шкалы).

В последнее время разработаны варианты интенсиметров с применением в качестве визуальных индикато­ ров электролюминесцентных фосфид-галлиевых диодов. На рис. 6.1.17 приведена функциональная схема такого интенсиметра (ИП-3445 *). В нем люминесцентные диоды используются для наблюдения отсчетного уровня (при котором производится отсчет по шкале аттенюатора) и отклонение от него в пределах до 6 раз. Отсчет уровней производится по шкале плавно-переменного аттенюатора (типа Д2-18). Аттенюатор, включенный после детекто­ ра, используется только для подстройки чувствительно-

* В разработке интенсиметров ИП-3466 и ИП-3445 принимали участие В. С. Блументаль, И. Ф. Смолькин, Л. В. Толстой и Н. Н. Фелицын (см. также (93]).

2 4 2

ф *

Внизу приведены ориентировочные значения функциональных уровней.

ром НЧ. Применение в качестве детекторов сигнала по­ лупроводниковых диодов позволило в значительной сте­ пени поднять чувствительность аппаратуры, увеличить шкальный динамический диапазон, но ее применение определенным образом усложнило обработку результа­ тов измерений, ибо там, где кроме пиковых уровней не­ обходимо знать средние значения ППМ, приходится ставить задачу измерения или расчета скважности воз­ действия, а это не всегда просто выполнить. Полный переход на нормирование по дозе и по мощности дозы требует создания специальной аппаратуры, автоматиче­ ски учитывающей временные факторы. Измерение дозы нами отнесено к классу автоматических или автомати­ зированных методов и описывается ниже (см. § 6.3). Здесь мы кратко остановимся на методах реализации задачи измерения мощности дозы, т. е. ППМ, усреднен­ ной за определенное время (от долей секунд до десят­ ков минут, в зависимости от возможностей и принятых нормативов).

Применение для измерения мощности дозы полупро­ водниковых диодов неизбежно приводит к значительным ошибкам усреднения, так как заставляет использовать очень широкий участок амплитудной характеристики диода, что снижает запас его прочности и затрудняет согласование диода с трактом. Наилучшим детектором для этих целей оказывается термопара. В связи с отно­ сительно низкой чувствительностью термопар (около 1 мВ/мВт) приходится использовать чувствительные усилители с преобразованием сигнала на входе

244

i 1

Внизу — ориентировочные значения функциональных уровней.

(рис. 6.1.20). Некоторая усложненность узла преобразо­ вателя компенсируется большим удобством по синтезу схем амплитудного дискретного логарифмирования сиг­ нала. Это позволяет достаточно просто реализовать пря­ мой отсчет, уместив на одной шкале регистратора диа­ пазон амплитуд, соответствующих двум-трем декадам изменения входного сигнала.

Основным, если не единственным, усредняющим зве­ ном в измерителе мощности дозы является термопара, поэтому выбор ее типа в значительной степени пред­ определен требованиями нормативов, точнее, величиной нормируемого времени усреднения ППМ Тп (см. п. 3.2.2). В идеальном случае постоянная времени термопары ттп должна полностью соответствовать времени Тн, однако обычно Ттп<С7н, поэтому результаты измерений прихо­ дится подвергать некоторой обработке, хотя она несрав­ ненно проще, чем при работе с детекторными интенсиметрами.

В схемах с использованием термопар регистрация сигнала также может быть выполнена как по пиковому уровню с памятью, так и по среднему уровню, однако первая предпочтительнее для облегчения отсчета макси­ мальных значений ППМ при поиске мест просачивания (обычный режим работы при измерении внутренних по­ лей), а также совершенно необходима для регистрации кратковременных сигналов.

6.1.7. Поверка измерителей ППМ. В настоящее время поверка измерителей плотности потока СВЧ мощности и измерителей напря­ женности поля производится путем измерения поверяемым прибо­ ром образцового поля (метод образцового поля) или попеременным измерением образцовым и поверяемым приборами поля, созданного вспомогательной антенной (метод образцовой антенны). Метод образцовой антенны состоит в том, что стабильное поле, излучае­ мое вспомогательной антенной, поочередно измеряется поверяемым прибором и образцовым измерителем. Различия между результа­ тами и характеризуют погрешность поверяемого прибора. Достоин­ ством методов являются относительно высокая точность, хорошая разработанность (теории и аппаратуры), а для метода образцовых

ПО-1. Для измерителей типа ИП-3425, ИП-3445 и т. д. эта точность излишняя, тем более если иметь в виду, что она оплачивается высо­ кой стоимостью аппаратуры и очень низкой производительностью. Возможность уменьшить точность поверки измерителей позволяет

246

щая и приемная антенны располагаются на малом расстоянии друг от друга, а для уменьшения взаимодействия между антеннами про­ странство между ними заполняется радиопоглощающим материалом (РПМ). В результате этого мешающее действие окружающих пред­ метов делается пренебрежимо малым, а площадь рабочего помеще­ ния фактически не имеет значения.

Способ поверки измерителей при заполнении пространства меж­ ду антеннами предложен относительно недавно и сейчас находится в стадии изучения [77], поэтому здесь мы рассмотрим только прин­ ципы, на которых он основан. В процессе поверки методом образ­ цовой антенны возникают два типа переотражепий: переотражения между излучающей и приемной антеннами и переотражения между антеннами и окружающими предметами. При помещении между пе-

Рис. 6.1.21. Влияние побочных переотраженнй на систему «антенна—РПМ—антенна».

7*і — т о ч к а в с т р е ч и л у ч е й п р и р а б о т е а н т е н н ы н а Р П М ; Тг — т о ч к а в с т р е ч и л у ч е й п р и р а б о т е а н т е н н н а с в о б о д н о е п р о с т р а н с т в о .

редающей А 1 и приемной 712 антеннами поглощающего материала М (рис. 6.1.21) взаимное влияние антенн уменьшается. Нетрудно видеть, что коэффициент уменьшения связи между антеннами пря­ мо пропорционален затуханию в материале Км, а влияние поверяе­ мой антенны на излучающую снижается в К2м раз. При этом влия­ ние на точность сравнения неравенства геометрических размеров об­

и при относительно близких размерах и форме образцовой и по­

деляется только отношением их коэффициентов усиления. Следует особо подчеркнуть, что если поглощающий материал обладает так­ же и преломляющими свойствами (материалы с е> 1, (х>1), то про­

2 4 7

ний, на которых побочную связь между антеннами из-за переотражений от находящихся вблизи антенн посторонних предметов можно считать существенной (на рис. 6.1.21 h2>hi).

Стремление получить большую развязку между антеннами за­

ние. Последнее не может не привести к изменению условий согла­ сования антенны с рабочей средой. Хотя эти изменения фактически постоянны и не изменяются при смене образцовой антенны на по­ веряемую, в некоторых случаях (например, из-за рассогласования антенн с генератором или приемником) эти изменения оказываются нежелательными. В этом случае применяется РПМ с изменяющими­ ся по толщине параметрами затухания таким образом, что в плоско­ стях раскрывов обеих антенн свойства материала близки к свой­ ствам рабочего пространства антенн, а в центре значения парамет­ ров, характеризующих затухание, максимальны.

6.1.8.Краткий обзор методов визуализации радиополей. В по­

следние годы появилось большое количество сообщений патентного и исследовательского характера о разработке ряда способов визуа­ лизации радиополей и их реализаций в конкретных технических проектах, которые позволяют использовать их для решения задачи поиска мест просачивания СВЧ энергии через электромагнитные не­ плотности в конструкциях шкафов генераторов и фидеров, для изу­ чения распределения поля в фантомах, применяемых для биофизиче­ ских исследований, и некоторых других целях. Предложенные до сих пор способы визуализации позволяют говорить о получении не столько количественных, сколько качественных характеристик поля, и они могут быть отнесены к интенсиметрии только условно.

Используемые для целей визуализации радиополей способы и устройства (см., например, [42, 65, 69, 105, 108, 116, 119а, 137, 148, 157]) как правило, весьма теплочувствительны, требуют дополни­ тельной последующей обработки материалов или имеют другие существенные недостатки и поэтому не могут служить целям экспресс-визуализации, т. е. наблюдению распределения энергии поля непосредственно во время опытов. Кроме того, эти методы весьма грубы: для их реализации требуются весьма высокие плот­ ности мощности (0,1...10 Вт/см2 непрерывной мощности); таким образом, для облучения, например, площади 0,1...1 м2 требуются генераторы мощностью ІО3...ІО5 Вт; как известно, получение таких мощностей весьма сложно.

Перспективным для экспресс-визуализации радиополей является метод использования распределенных в пространстве или плоскости микрообъемов инертного газа, помещенных в светорадиопрозрачную оболочку. При увеличении электрической составляющей облучающе­ го поля до определенного порога газ начинает светиться. Зави­ симость яркости свечения инертного газа от напряженности поля носит ступенчатый характер, поэтому для получения необходимого динамического диапазона работы устройства облучение должно производиться с огибающей, близкой по форме к треугольной. Тогда микрообъемы газа, находящиеся в области с высокой интенсивно­ стью, будут гореть значительно дольше тех, что находятся в «тени»,

2 4 8

ми с модуляцией прямоугольными импульсами фиксируемый дина­ мический диапазон весьма невелик, и этот метод можно использо­ вать только для простейших случаев, например, для обнаружения утечек в аппаратуре. Средние мощности генератора на 2...4 порядка ниже используемых при других способах визуализации и легко могут быть получены в лабораторных условиях.

Методы визуализации могут быть использованы для обнаруже­ ния утечек СВЧ энергии, создающих потенциальную опасность пере­ облучения личного состава, и исследования распределения поля

В зоне действия мощных РТС группа контроля об­ лучаемое™ выполняет ряд задач по подготовке, обеспе­ чению и проведению измерений.

Существенная доля всего времени, отведенного на вы­ полнение комплекса измерительных работ внешнего (антенного) поля радиотехнических средств, выделяется на работы, связанные с выбором точек измерения, рас­ становкой опознавательных знаков на трассе, подготов­ кой средств связи, плана управления устройствами пере­ мещения антенны, обеспечения безопасности операто­ ров, работающих с измерительной аппаратурой. После подготовки и согласования с персоналом излучающей станции планов проводятся сами измерения. Как пока­ зывает опыт, вносить в процессе измерений изменения в разработанный план крайне нежелательно, и на это надо идти в самых крайних случаях. Такие изменения обычно влекут за собой резкое удлинение сроков изме­ рений, часто сопровождаются грубыми промахами при количественном описании результатов измерений. После обычной обработки результаты измерений используются для оценки опасности отдельных точек либо всей терри­ тории. Для дальнейшего использования результатов из­ мерений бывает удобно строить границы нормирован­ ных зон — линий на местности, на которых ППМ равна 10. 100, 1000 мкВт/см2. Результаты измерений, прове­ денных с необходимой тщательностью, могут быть ис­ пользованы для коррекции ВДИ.

Измерение внутренних полей требует известных на­ выков. В особенности это относится к измерению полей

2 4 9

в длинноволновом участке СВЧ диапазона. К трудным

новленных на шарах-зондах, и т. п. На некоторых из этих случаев мы коротко остановимся.

6.2.1. Выбор мест измерения на местности и подго­ товка к работе. Измерение полей на местности можно отнести к разряду обычных работ, однако законченного свода правил пока нет.

Выбор места измерения обусловливается характером предстоящей работы (определение опасности в отдель­ ных точках, общая гигиеническая характеристика мест­ ности, общая характеристика радиополя и т. п.), релье­ фом в зоне станции и техническими возможностями.

средних, нижнем этажах здания и обязательно на зем­ ле на уровне человеческого роста. Однако по горизон­ тали, если территория облучается станциями с вращаю­ щимися антеннами, выбор мест можно ограничить толь­ ко точками, находящимися на существенно различных расстояниях от антенны передатчика или в радиотени различной плотности (разная густота деревьев перед до­ мом и т. п.). Обычно измерения проводятся только при прямой видимости антенны, но при очень высоких воз­ можных ППМ и при отсутствии прямой видимости. Для излучателей, работающих на нижнем участке СВЧ диа­ пазона, причиной повышения уровня плотности мощно­ сти в области тени может явиться дифракция, величину которой Вдиф можно подсчитать по графикам, приведен­ ным на рис. 5.2.7.

При измерении интенсивности поля по радиальной трассе выбор определяется следующими требованиями:

—трасса не должна иметь значительной вертикаль­ ной неравномерности; средний наклон ее должен быть не ниже среднего наклона местности в наиболее ответ­ ственных направлениях;

—трасса должна быть открытой, т. е. с любой точ­ ки трассы должна быть прямая видимость антенны стан­

ции; желательно, чтобы на трассе отсутствовали боль­

250