Лабораторная 5 СВЧ
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
Кафедра информационно-измерительных систем и технологий
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
по дисциплине «Безопасность Жизнедеятельности»
Тема: Исследование защиты человека от воздействия СВЧ-излучения
Студент гр. Студент гр. Преподаватель
Санкт-Петербург
2025
Цель
Ознакомление с санитарно-гигиеническим нормированием излучения радиочастот и изучить методы защиты персонала от облучения при работе с маломощным СВЧ-генератором.
Теоретическая часть
|
|
Для ограничения вредного воздействия ЭМП радиочастот по |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
требованиям |
|
ГОСТ |
|
|
|
12.1.006-84 |
|
и |
|
|
СанПиН 2.2.4.1191-03 |
установлены |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
30 км до 1м) и по |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
предельно допустимые уровни по значениям напряженность электрического |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
, В/м, и магнитных полей |
|
|
, А/м, для частот 10 кГц |
300МГц (длины волн от |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1мм) |
|
|
|
|
Вт/м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
плотности потока энергии (ППЭ) или плотности потока |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
мощности (ППМ), |
|
|
|
|
|
|
|
|
2, для частот 300МГц |
|
300ГГц (длины волн от 1м до |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Энергетические экспозиции (энергетические нагрузки), создаваемые |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
допустимые |
|
|
|
|
ЭЭ |
|
|
|
= |
|
|
; ЭЭ |
|
|
= |
|
|
; ЭЭ |
|
|
|
= ППЭ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
полями – электрическими, магнитным |
и электромагнитным – равны, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
соответственно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
ППЭПД |
|
|
|
|
. |
Предельно |
||||||||||||||||
|
|
|
|
значения |
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
или ППЭ на рабочих местах персонала |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
допустимой энергетической экспозиции и времени |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
определяются исходя из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
взаимодействияПД: |
|
|
ЭЭ ПД |
|
|
|
|
ПД |
|
|
|
ЭЭ ПД |
|
|
|
|
|
|
ПД |
|
ЭЭППЭПД |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
значения |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
; |
|
ППЭ |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
ЭЭ |
ПД |
, |
м |
|
|
∙ч; |
ЭЭ |
ПД |
|
ч; ЭЭ |
ППЭПД |
, Вт ч/м |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
где |
|
|
|
|
|
В |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
|
допустимые |
|||||||
|
|
|
энергетической |
|
экспозиции |
в |
|
течение рабочего дня; в |
нижних |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ППЭ |
|
|
|
|||||
индексах – предельно допустимые значения напряженности электрического |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
( |
ПД |
), магнитного ( |
|
|
ПД |
) полей и плотности потока энергии ( |
|
|
ПД |
); , |
ч – |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
время воздействия. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ППЭПД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 для |
|||||||||||
|
|
Нормативное значение |
|
|
за рабочий день равно 2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
всех |
случаев |
облучения, |
|
|
исключая |
|
облучение |
от |
вращающихся |
и |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
ЭЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вт ч/м |
|
|
|||||||||||||||||||||
сканирующих антенн с частотой вращения или сканирования не более 1Гц и
2
|
ППЭ |
|
|
|
|
|
Вт ч/м |
|
|
скважностью не менее 50, которое составляет 20 |
|
2. Максимальное |
|||||||
значение |
|
ПД |
даже кратковременно не должно |
превышать 10 |
|
2 |
. |
||
|
|
Вт ч/м |
|
|
|
||||
Защита человека от СВЧ облучения осуществляется за счет ограничения расстояния до источника или времени нахождения в зоне облучения, экранирования рабочего места или источника излучения, а также
использование средств индивидуальной защиты. |
|
пр |
|
||||||||
Чтобы определить |
|
Э |
, необходимо знать мощность излучения |
и |
|||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
ППЭЭ = |
пр |
: |
|
|
|
||
|
приемной антенны |
эф |
|
|
|
||||||
эффективную площадь |
|
ППЭ |
|
|
|
|
|
|
|
||
пр соотношением: |
|
|
|
|
|
|
|
с её коэффициентом усиления |
|||
Эффективная площадь антенны связанаэф |
|||||||||||
|
|
|
|
эф = 2 пр |
|
|
|
|
|
||
Коэффициент усиления антенны4показывает |
, во сколько раз значение |
||||||||||
сигнала, созданного этой антенной в дальней зоне в направлении максимума излучения, превышает значение сигнала, который мог быть создан ненаправленной антенной, находящейся на том же расстоянии от места
приема и излучающей ту |
же мощность. Иногда коэффициент усиления |
|||||||
выражают в децибелах: |
пр |
|
экв |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
излучения= 10 lg |
, |
– эквивалентная мощность |
||||
|
|
– мощность источника |
|
|
|
экв |
|
|
направленного источника, приведенная к мощности изотропного источника. |
|||||||||
Теоретическая плотность потока |
энергии |
|
|
Т |
на расстоянии от |
||||
|
|
Г П 2 |
|
|
формуле |
|
|||
антенны в направлении максимума вычисляется поППЭ |
|
|
|||||||
где Г |
ППЭТгенератора= 2 |
; |
П – коэффициент усиления |
||||||
– выходная мощность |
3 |
|
|
||||||
4 |
|
||||||||
передающей |
антенны по мощности; |
|
– |
коэффициент |
искажения, |
||||
|
|
||||||||
учитывающий реальные условия облучения, то есть интерференцию прямого луча от антенны и лучей≈,1отраженных= =от55окружающих предметов. В данной лабораторной работе ; П ПР .
4
|
= 9см; |
= 3см; |
|
= 27см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Таблицы результатов измерений и расчетов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расстояние, см |
5 |
|
6,1 |
|
7,2 |
|
|
|
8,2 |
|
9,3 |
|
10,1 |
|
11,4 |
|
12,1 |
|
13,1 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Мощность, мВт |
0,31 |
0,88 |
0,25 |
0,82 |
0,26 |
0,65 |
0,23 |
0,45 |
|
0,22 |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
12,1 |
|
13,1 |
14,2 |
|
|
15,2 |
|
16 |
|
17,3 |
|
18,1 |
|
19,3 |
|
20,2 |
|
21,2 |
|
22 |
|
|
23 |
24 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
0,45 |
|
0,22 |
0,36 |
|
|
0,16 |
|
0,31 |
|
0,14 |
|
0,25 |
|
0,11 |
|
0,19 |
|
0,09 |
|
0,16 |
|
0,08 |
0,13 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
25 |
|
26 |
27 |
|
|
28 |
|
29 |
|
29,7 |
|
30 |
|
|
35 |
|
|
40 |
|
|
|
|
45 |
|
|
50 |
|
|
55 |
60 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
0,08 |
|
0,1 |
0,07 |
|
|
0,09 |
|
0,07 |
|
0,07 |
|
0,08 |
|
0,06 |
|
0,04 |
|
0,03 |
|
0,02 |
|
0,02 |
0,02 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
65 |
|
70 |
75 |
|
|
80 |
|
85 |
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
0,02 |
|
0,01 |
0,01 |
|
|
0,01 |
|
0,01 |
|
0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
5.1 |
|
|
1мкА = 0,35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
= 24,5 см; - |
мкВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Угол, |
|
10 |
-5 |
|
0 |
|
|
5 |
|
10 |
15 |
|
20 |
|
25 |
|
30 |
|
35 |
40 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Мощность, мВт |
0,04 |
0,09 |
0,1 |
|
0,06 |
0,02 |
0,01 |
|
0 |
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
0 |
0 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Таблица 5.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5
Экран |
Мощность, мВт |
|
|
Нет |
0,12 |
|
|
Резина |
0,08 |
|
|
Резина металлизированная |
0 |
|
|
Резина со сложной поверхностью |
0 |
|
|
Оргстекло |
0,07 |
|
|
Кювета из оргстекла с водой |
0 |
|
|
Медная сетка крупная |
0,14 |
|
|
Медная сетка средняя |
0 |
|
|
Медная сетка маленькая |
0 |
|
|
Защитная ткань 1 |
0 |
|
|
Защитная ткань 2 |
0,03 |
Угол, = 37см |
I, мА |
Таблица 5.3 |
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
90 |
1 |
|
|
180 |
0 |
|
|
Таблица 5.4 |
|
6
РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И РАСЧЕТЫ
1.Анализ графика зависимости мощности от расстояния
|
Согласно методическим указанием – дальняя волновая зона равна 27 |
||||||||||
|
|
|
|
|
ППЭЭ = |
2 пр |
; |
ППЭТ = |
4 2 |
||
сантиметров. |
Используя |
формулы |
|
пр4 |
|
|
Г П 2 |
, где |
|||
|
= 55; |
= 1 |
э |
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, получаем следующие значения ППЭ: |
|
|
|
|
||||
|
Расстояние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
0,00178 |
0,02402 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
|
0,00229 |
0,02233 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
|
0,00178 |
0,02082 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29,7 |
|
0,00178 |
0,01985 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
0,00203 |
0,01945 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35 |
|
0,00152 |
0,01429 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
0,00101 |
0,01094 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
|
0,00076 |
0,00865 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
0,00051 |
0,00700 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
55 |
|
0,00051 |
0,00579 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
0,00051 |
0,00486 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
65 |
|
0,00051 |
0,00414 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
70 |
|
0,00025 |
0,00357 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
75 |
|
0,00025 |
0,00311 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
0,00025 |
0,00274 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
85 |
|
0,00025 |
0,00242 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
0,00025 |
0,00216 |
|
|
|
|
|
|
||
Таблица 5.5
7
Ниже представлены графики экспериментальной и теоретической ППЭ |
|||||
в дальней зоне соответственно: |
|
|
|
||
0,0025 |
|
|
|
|
|
0,002 |
|
|
|
|
|
0,0015 |
|
|
|
|
|
0,001 |
|
|
|
|
|
0,0005 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
|
|
График 1. ППЭ экспериментальная |
|
|
|
0,03 |
|
|
|
|
|
0,025 |
|
|
|
|
|
0,02 |
|
|
|
|
|
0,015 |
|
|
|
|
|
0,01 |
|
|
|
|
|
0,005 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
График 2. ППЭ теоретическая Видно, что оба графика выглядят схожим образом – убывают. Убывание
мощности с расстоянием связано с тем, что сигнал от генератора СВЧ распространяется в виде «конуса», поэтому, при отдалении и сохранении площади приемника, излучения падает меньше (рисунок 1).
8
Рисунок 1. Схематичное изображение снижения мощности сигнала с расстоянием.
Также стоит обратить внимание на то, что значения экспериментальной и теоретической ППЭ отличаются примерно в 10 раз. Скорее всего это связно с тем, что некоторые волны, отражаясь от других поверхностей интерферировали с теми, которые попали на приемник. Это, в свою очередь, влияет на коэффициент искажения, который в теоретической ППЭ был взят как 1; при интерференции волн данный коэффициент значительно снижается.
Если, например, поменять коэффициент искажения F на 0.3, то график теоретической ППЭ будет гораздо более похож на экспериментальный по значениям. (график 3).
9
0,03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,025 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,015 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,005 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
20 |
|
|
|
40 |
|
|
60 |
|
|
|
80 |
|
|
100 |
|
|
|
График 3. Теоретическая ППЭ при |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Кроме этого, возможно, установка была |
расположена не идеально ровно |
||||||||||||||||
|
|
|
= 0,3 |
|
|
|
|
||||||||||
напротив приемника (отклонение пару градусов), что, в свою очередь, могло |
|||||||||||||||||
уменьшить количество излучения, падающего на приемник. |
|
|
|
2. |
|||||||||||||
Нормативное |
значение |
|
|
ППЭПД |
за рабочий день |
равно |
2 |
|
|
||||||||
Отсюда следует, что нормативное значение |
|
|
равняется |
0,25 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
ЭЭ |
|
|
2 |
ППЭПД |
|
Вт ч/м |
|
||||||
|
ППЭПД = |
ЭЭППЭПД |
|
2 |
|
|
|
Вт/м2 |
|||||||||
|
|
|
|
значение= = 0,25плотностиВт/м |
потока энергии не |
||||||||||||
При этом стоит о метить, что |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
должнопревышать10 |
|
2 ниприкакихусловиях.Нижеприведенырасчеты |
|||||||||||||||
для нормативного и |
максимального значений |
|
соответственно: |
|
|
||||||||||||
|
Вт/м |
|
|
|
|
|
ППЭПД |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Г П 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
= |
0,004 55 1 |
= 0,26 м |
|
|
|
|
||||||||
норм = ППЭПД |
4 |
0,25 4 3,14 |
|
|
|
|
|||||||||||
макс = |
Г П 2 |
= 0,004 55 1 |
= 0,04 м |
|
|
|
|
||||||||||
Было получено, чтоППЭдляПД |
соблюдения4 10 4нормативов3,14 |
по энергетической |
|||||||||||||||
экспозициибезопасноерасстояниеначинаетсяот26сантиметров,минимально |
|||||||||||||||||
безопасное расстояние, при той же мощности генератора СВЧ, равно четырем |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|