Лабораторная 5 СВЧ
.pdf
сантиметрам. Что, в свою очередь, вполне логично, ведь с расстоянием плотность потока энергии падает.
2.Анализ диаграммы направленности
Диаграмма направленности показывает распределение мощности сигнала в пространстве в зависимости от угла. В первую очередь строится классический график в декартовых координатах.
Измерения проводились от -10 до 40 градусов (от себя) соответственно.
|
|
0,12 |
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
0,08 |
|
|
|
|
|
|
|
0,06 |
|
|
|
|
|
|
|
0,04 |
|
|
|
|
|
|
|
0,02 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
-20 |
-10 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
График 4. Мощность сигнала от угла направления Исходя из того, что установка симметрична относительно центра (нуля
градусов) можно построить противоположную часть графика симметрично уже данной (график 5).
11
|
|
|
0,12 |
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
0,08 |
|
|
|
|
|
|
0,06 |
|
|
|
|
|
|
0,04 |
|
|
|
|
|
|
0,02 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
-60 |
-40 |
-20 |
0 |
20 |
40 |
60 |
График 5. Полная декартова диаграмма направленности Также при помощи Python программы полученные значения были
перенесены на полярную диаграмму. В полярных координатах диаграмма болеенаглядна,иприналоженииеенакакую-либоплоскость,напримерстола, можно получить представление о зоне действия излучения. В данном случае была построена диаграмма направленности по мощности.
12
График 6. Полярная диаграмма от -10 до 40 градусов.
Стоит отметить, что жирная синяя линия, являющаяся границей области распространения излучения не замкнута, поскольку измерения проводились несимметрично: от -10 до +40 градусов.
13
График 7. Полярная диаграмма с учетом интерполяции В данном случае полярная диаграмма направленности показывает
полную картину излучения СВЧ сигнала с учетом интерполяции мощности сигнала при направлении на лаборанта (-10 и меньше).
14
3.Анализ принципов работы защитных экранов
Расстояние от генератора до приемника было выставлено 24,5
сантиметров. Коэффициент экранирования считается по формуле |
|||||||
|
|
|
|
= 1 |
|
|
|
где – мощность без экрана, |
– мощность2 |
с экраном |
|||||
По |
итогам1 |
вычислений |
была2 |
получена следующая характеристика |
|||
каждого из экранов. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Экран |
|
|
Мощность, мВт |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Нет |
|
|
0,12 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Резина |
|
|
0,08 |
|
|
|
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Резина |
|
|
0 |
|
|
|
Не пропускает |
металлизированная |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Резина |
со сложной |
0 |
|
|
|
Не пропускает |
|
поверхностью |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оргстекло |
|
0,07 |
|
|
|
1,71 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Кювета из оргстекла с |
0 |
|
|
|
Не пропускает |
||
водой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Медная сетка крупная |
0,14 |
|
|
|
0,85 |
||
|
|
|
|
|
|
||
Медная сетка средняя |
0 |
|
|
|
Не пропускает |
||
|
|
|
|
|
|
||
Медная сетка маленькая |
0 |
|
|
|
Не пропускает |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Защитная ткань 1 |
|
0 |
|
|
|
Не пропускает |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Защитная ткань 2 |
|
0,03 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.6 |
|
|
|
|
|
|
|
Наличие простых экранов снижает излучение минимум в полтора раза, а большинство металлизированных не пропускает излучение от генератора СВЧ как таковое. Кроме этого, вода очень хорошо поглощает сигналы, поэтому и не пропускает сигналы
15
Крупная медная сетка пропускает часть излучения скорее всего из-за того, что размер сетки сопоставим с длиной волны (3 см). В то же время, поскольку размер сетки у средней и мелкой меньше длины волны, излучение от генератора СВЧ не проходит.
Резина со сложной формой, в отличие от обычной, поглощает сигнал полностью, поскольку сигнал очень часто отражается от границ внутри той самой «сложной формы» и из-за этого угасает.
4.Анализ излучения от мобильного телефона
Антенны, в основном, находятся на боковой части смартфона. Если у телефона металлический корпус, то при повороте телефона задней частью, многие волны будут глушиться. При повороте телефона экраном вперед, так же возможны потери из-за металлических компонентов внутри телефона. Получается, что в боковом положении телефон будет излучать сигнал сильнее из-за отсутствия факторов подавления сигнала. Более того, производители телефонов специально делают так, чтобы большинство волн рассеивалось вбок, а не в голову человека.
На результаты измерения так же влияет чувствительность замеряющего прибора. Она могла быть плохо настроена и таким образом мы не смогли получить хоть какое-либо значение излучения телефона с передней/задней стороны.
В результате измерений было получено, что боковая (единственная излучающаямкВт/см) 2сторонамкВтизлучает/см2 1 миллиампер, чтомкВт, в/своюсм2 очередь, равно 0,35 . 0,35 меньше, чем 3 , установленные требованием СанПиН. Это означает, что выпускаемая модель мобильного устройства полностью соответствует гигиеническим требованием к телефонам мобильной радиосвязи.
16
Вывод
В результате выполнения лабораторной работы были изучены нормирование излучения радиочастот и изучить методы защиты персонала от облучения при работе с маломощным СВЧ-генератором. Были произведены оценки плотности потока энергии в зависимости от расстояния. Были получены значения расстояния до источника СВЧ, при которых безопасно находится рядом с генератором СВЧ согласно нормативам и минимально безопасное; они равны 26 и 4 сантиметра соответственно.
Также было произведено сравнение с теоретическими значениями ППЭ. Оказалось, что экспериментальное значение в 10 раз меньше теоретического. Скорее всего это связно с тем, что некоторые волны, отражаясь от других поверхностей интерферировали с теми, которые попали на приемник. Была построена диаграмма направленности как в обычных декартовых координатах, так и в полярная. Было получено, что наибольшую мощность можно получить при прямом направлении генератора на приемник.
Кроме этого, были проанализированы различные защитные экраны. Самыми эффективными оказались содержащие металл или чистый металл в виде средней или мелкой сетки. Самым «дешевым» оказался резиновый экран с сложной поверхностью.
Также был выполнен эксперимент по анализу излучения от мобильного телефона во время вызова. В результате изучения источников было получено, что в основном производители современных мобильных устройств стараются не направлять сигнал в сторону головы пользователя. В зависимости от конструкции телефона сигнал может выходить, как и через заднюю крышку так и вбок. В результате эксперимента было получено, что испытуемый телефон излучает сигнал исключительно вбок. Кроме этого, было экспериментально выяснено, что испытуемое мобильное устройство полностью соответствует гигиеническим требованием к мкВттелефонам/см2 мобильной радиосвязи, поскольку плотность излучения равно 0,35 .
17
1.Какие параметры электромагнитных полей радиочастот подлежат контролю с целью охраны труда персонала?
По СанПин 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях пункт 4.6:
Контроль уровней ЭМП диапазона радиочастот (≥ 10 кГц — 300 ГГц) при использовании расчетных методов (преимущественно на стадии проектирования передающих радиотехнических объектов) должен осуществляться с учетом технических параметров радиопередающих устройств: мощность передатчика, режим излучения, коэффициент усиления антенны, потери энергии в антенно-фидерном тракте, значения нормированной диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях (кроме антенн НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов), сектор обзора антенны,
еевысота над поверхностью земли и т.д.
2.Как измеряются уровни СВЧ-излучения
Спомощью детекторов микроволнового излучения. Поднести детектор на близкое расстояние к объекту излучателю и замерить. Важно помнить, что СВЧ излучение затухает в атмосфере довольно сильно. На расстоянии полметра излучение может ослабнуть в 100 раз.
3.Какие организационные и технические мероприятия используются при защите от СВЧ-облучения?
По тому же самому санпин
•выбор рациональных режимов работы оборудования;
•выделение зон воздействия ЭМП (зоны с уровнями ЭМП, превышающими предельно допустимые,где по условиям эксплуатации не требуется даже кратковременное пребывание персонала, должны ограждаться и обозначаться соответствующими предупредительными знаками);
•расположение рабочих мест и маршрутов передвижения обслуживающего персонала на расстояниях от источников ЭМП, обеспечивающих соблюдение ПДУ;
18
•ремонт оборудования, являющегося источником ЭМП следует производить (по возможности)вне зоны влияния ЭМП от других источников;
•соблюдение правил безопасной эксплуатации источников ЭМП
Инженерно-технические мероприятия должны обеспечивать снижение уровней ЭМП на рабочих местах путем внедрения новых технологий и применения средств коллективной и индивидуальной защиты (когда фактические уровни ЭМП на рабочих местах превышают ПДУ, установленные для производственных воздействий).
Руководители организаций для снижения риска вредного влияния ЭМП, создаваемого средствами радиолокации, радионавигации, связи, в т.ч. подвижной и космической,должны обеспечивать работающих средствами индивидуальной защиты.
4. Какие нормативные ограничения параметров электромагнитных полей частотой свыше 300 МГц
Для измерений уровней ЭМП в диапазоне частот ≥ 300 МГц — 300 ГГц используются приборы, предназначенные для оценки средних значений плотности потока энергии с допустимой относительной погрешностью не более ±40 % в диапазоне ≥ 300 МГц — 2 ГГц и не более ±30 % в диапазоне свыше 2 ГГц.
19
20