Глава 17 Комплексы излучающих технических средств радиосвязи, радиовещания и телевидения

• Состав и особенности комплексов излучающих средств радиочастотного диапазона

• Управляемые параметры электромагнитной безопасности комплексов технических средств

• Санитарные зоны и санитарный паспорт излучающих объектов

• Критерии оценки электромагнитной обстановки комплексов технических средств

• Принципы проектирования топологии излучающих объектов с учетом электромагнитной безопасности

17.1. Состав и особенности комплексов излучающих средств радиочастотного диапазона

Определим излучающие комплексы как совокупность технических средств телекоммуникационных систем различных назначений и частотных диапазонов, технология которых предполагает излучение электромагнитной энергии в окружающую среду. Одиночные излучатели в отрасли телекоммуникаций практически не встречаются за исключением, быть может, слабонаправленных антенн на выделенных радиостанциях.

Целесообразность организации комплексов технических средств диктовалась, с одной стороны, обеспечением для однотипных технических средств необходимых условий формирования заданных направленных свойств антенных систем или условий прохождения радиоволн. Так, например, для технических средств НЧ и СЧ диапазонов для формирования направленных свойств антенн требуются значительные территории, а технические средства ВЧ диапазона при оптимальном ионосферном прохождении радиоволн и обеспечении круглосуточной работы в принципе представляют собой несколько передатчиков и несколько антенн. С другой стороны, концентрация технических средств на ограниченных территориях экономически выгодна с точки зрения прокладки коммуникаций, эксплуатации, использования и охраны территории и т. д.

Первые комплексы излучающих технических средств постепенно наращивались в течение десятков лет, как, например, башни телевизионных центров или радиоцентры НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов. Другие формировались случайным образом, когда на удобных с точки зрения массового обслуживания населения телекоммуникационными услугами местах (технические территории с подходящими высотными отметками, крыши зданий, мачты и башни) размещалось значительное количество телекоммуникационного оборудования, излучающего в окружающую среду электромагнитную энергию. Так, например, в Самаре до 90-х годов работало всего три канала эфирного телевизионного вещания и два канала ОВЧ ЧМ вещания в диапазоне 66-74 МГц. Системами подвижной связи были обеспечены только некоторые ведомства – милиция, правительственная связь, скорая помощь и пожарная служба. В настоящее время жители Самары принимают более десяти каналов телевизионного вещания, более двух десятков каналов ОВЧ ЧМ радиовещания, причем освоен диапазон 88 – 108 МГц. На территории города размещены несколько сотен базовых станций систем подвижной связи, развиваются системы спутниковой связи. Местами сосредоточения этой техники являются высотные здания, мачты и башни.

Технические средства НЧ и СЧ диапазонов используются в основном для радиовещания, организация которого в России практически завершена и обеспечивается системой радиоцентров, равномерно расположенных по территории. При этом не было необходимости располагать несколько излучающих технических средств НЧ или СЧ диапазонов на одной площадке. Однако, весьма распространенной наблюдается ситуация, когда на одной технической территории совместно с техническими средствами НЧ или СЧ диапазонов размещаются технические средства ВЧ диапазона. Такие ситуации наблюдаются повсеместно.

Весьма распространенным случаем является создание и функционирование крупных передающих центров, на которых все технические средства работают в ВЧ диапазоне. Как правило, антенны передающих центров ВЧ диапазона располагаются таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечивать любой азимут работы в секторе углов 0…360⁰, с другой стороны, чтобы не было взаимного затенения работы антенн. Количество антенн на таких центрах достигает 100, а количество передатчиков – десятки. Площадь антенных полей составляет десятки, и даже сотни гектар.

Учет фактора электромагнитной безопасности при санитарной экспертизе ВЧ радиоцентров отличается особой сложностью. Кроме сложнейших методик расчета электромагнитных полей, следует каким-то образом учитывать временной фактор воздействия полей, определяемый волновым расписанием работы технических средств. Кроме того, сложности анализа комплексов, в состав которых входят технические средства ВЧ диапазона, заключаются в большом количестве антенн на антенном поле, их конструктивным разнообразием, отличием принципов работы, сезонными и суточными изменениями в схемах коммутации передатчиков и антенн.

Можно отметить, что комплексы технических средств, в состав которых входят технические средства ВЧ диапазона, самые проблемные как при проектировании, так и при электромагнитном прогнозировании.

Бурное развитие телекоммуникационных систем и освоение новых телекоммуникационных технологий привели к появлению нового вида комплексов технических средств, непосредственно размещаемых на селитебных территориях. Это комплексы УВЧ, ОВЧ и СВЧ диапазонов. В состав таких комплексов, как правило, входят технические средства телевидения, ОВЧ ЧМ радиовещания, базовые станции систем сотовой и ведомственной (транкинговой) связи, технические средства радиорелейных систем передачи прямой видимости (рис.17.1).

В настоящее время количество таких комплексов непрерывно увеличивается. Это значит, что проблемы электромагнитной экспертизы и обеспечение электромагнитной безопасности таких комплексов весьма актуальны. Такая ситуация наблюдается во всех городах России.

Специфика обслуживания и условий распространения радиоволн заставляют объединять в комплексы земные станции ССП (рис.17.2).

Как объект исследования и проектирования комплекс излучающих технических средств телекоммуникаций может иметь:

1. Вертикальную топологию, для которой характерно размещение антенн излучающего объекта на мачте, башне или какой-нибудь неспециализированной вертикальной конструкции, как, например, на рис. 17.3. Такая топология наиболее часто встречается у комплексов технических средств ОВЧ и УВЧ диапазонов – размещение антенн на телевизионной башне.

2. Горизонтальную топологию, которая характеризуется размещением антенн на технической территории, представляющей собой ровную горизонтальную площадку. Горизонтальная топология, в первую очередь, характерна для технических средств НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов, для которых ровная земная поверхность (предполье) обязательное условие обеспечения необходимых направленных свойств. Размещение антенн на крышах зданий тоже можно отнести к категории горизонтальной топологии.

3. Смешанную топологию– это самые общие случаи, когда на технической территории излучающего объекта (площадке) или вблизи нее находится мачта или башня, с размещенными на ней антеннами излучающих технических средств.

Рис.17.1. Комплексы технических средств УВЧ, ОВЧ и СВЧ диапазонов

Рис.17.2. Комплекс технических средств спутниковых систем передачи

Рис.17.3. Вертикальная топология размещения антенн излучающих технических средств

Еще одним весьма важным фактором, который необходимо учитывать при анализе электромагнитной обстановки излучающих объектов телекоммуникаций, является временная и пространственная устойчивостькартины распределения поля в интересующем проектировщика объеме пространства. Это зависит, во-первых, от тактики работы технических средств, под которой понимается изменение режимов излучения за счет смены рабочих частот, коммутации антенн, изменения положения корреспондента в пространстве и т.п. Во-вторых, картина распределения поля вблизи передающих антенн может зависеть от окружающих условий и, в частности, от параметров подстилающей поверхности (земли), которые, в свою очередь, зависят от времени года и состояния атмосферы.

Так, например, тактика работы излучающих технических средств НЧ и СЧ диапазонов, работающих по принципу распространения радиоволн вдоль поверхности земли, отличается высоким постоянством: рабочие частоты не изменяются, коммутации не производятся (как правило, один передатчик и одна антенна), передатчик практически не выключается. В таких условиях следовало бы ожидать устойчивую картину поля вблизи антенн. Однако в этих диапазонах наблюдается существенная зависимость электромагнитных полей от состояния земной поверхности, которую необходимо учитывать при электромагнитном прогнозировании.

Выше были охарактеризованы комплексы технических средств ВЧ диапазона как весьма проблемные для проектирования. Добавим, что наряду с большим числом переходов с одной рабочей частоты на другую и соответствующей коммутацией передатчиков и антенн, что определяет изменяемость электромагнитной обстановки, для этого диапазона характерна существенная зависимость электромагнитных полей от электрофизических параметров предполья. В результате электромагнитная обстановка вблизи технических средств ВЧ диапазона изменяется, она как бы «дышит» во времени и в пространстве. В таких условиях большое значение на предварительных этапах электромагнитного анализа имеют эвристические методы оценки вариантов прогнозирования и размещения технических средств.

Электромагнитная обстановка вблизи комплексов технических средств ОВЧ и УВЧ диапазонов отличается своей относительной стабильностью. Это определяется тем, что в диапазонах ОВЧ и УВЧ рабочие частоты и антенны закреплены за передатчиками, антенны неподвижны, и электромагнитная обстановка вблизи таких комплексов если и изменяется, то только за счет технологических отключений и изменений подводимой мощности. Можно еще говорить об изменениях коэффициента отражения в зависимости от параметров подстилающей поверхности, если рассматривается двухлучевая модель распространения радиоволн.

Спутниковые системы передачи с точки зрения стабильности окружающей электромагнитной обстановки можно разделить на две группы. Первая из них - это ССП, работающие со спутниками, находящимися на геостационарных орбитах. Антенны таких ССП неподвижны, а следовательно и электромагнитная обстановка практически не изменяется ни во времени, ни в пространстве. Ко второй группе относятся ССП, в состав которых входят подвижные антенные системы. Естественно, что при отслеживании антенной положения спутника электромагнитная обстановка вблизи ССП будет изменяться, причем наиболее существенные изменения в ней будут наблюдаться при низких углах положения антенны.