17.5. Принципы проектирования топологии излучающих объектов с учетом электромагнитной безопасности
Выше было показано, что условия электромагнитной безопасности для излучающего объекта в пространстве реализуются вне замкнутых областей, ограниченных сложными поверхностями (табл.17.1).
Эти области определяют полигон возможных решений по топологическому размещению технических средств на излучающем объекте и являются предметом оптимизации при проектировании излучающих объектов с учетом электромагнитной безопасности. Задача для проектировщика формулируется по состоянию селитебной территории вокруг излучающего объекта. Сложности задачи поиска вариантов размещения технических средств на объекте определяются возможными ограничениями по угловым секторам или отдельным направлениям, в которых на определенных расстояниях недопустим высокий уровень поля, и размерностью задачи поиска решения в целом. При этом может ставиться задача минимизации санитарных зон в целом. Электромагнитная безопасность в этом случае определяется как ограничения на пространственное распределение поля вблизи излучающего объекта.
Таблица 17.1
|
Характер воздействия |
Критерий оценки электромагнитной безопасности |
|
Изолированный |
|
|
Сочетанный |
|
|
Смешанный |
|
Далее будем рассматривать только топологию излучающего объекта и не принимать во внимание возможность для проектировщика изменения (уменьшения) мощности и коэффициента усиления антенны (замену антенны) как очевидный способ уменьшения санитарных зон. Эти способы являются как бы последней вынужденной мерой обеспечения электромагнитной безопасности и, как правило, не желательны для рассматриваемой телекоммуникационной технологии.
Будем считать, что осуществляется конструктивное проектирование, то есть ставится задача разместить излучающий объект на данной площадке, в отличие от деструктивного подхода, когда анализ электромагнитной обстановки приводит к необходимости не размещать излучающий объект либо его выносить с данной площадки.
1. Определим проектирование как суперлокальное (или сингулярное), если речь идет об одном излучающем техническом средстве, то есть имеет место изолированное воздействие. В этом случае область оптимизации, как правило, повторяет или близка по форме к объемной диаграмме направленности используемой на этом объекте антенны. Рассмотрим три случая направленности антенн в горизонтальной плоскости – антенна обладает ненаправленной характеристикой излучения, характеристикой с ярко выраженной направленностью и слабонаправленной характеристикой с заданной неравномерностью.
Для случая ненаправленного излучения алгоритм обеспечения электромагнитной безопасности прост и заключается в увеличении расстояния до предельно возможных на технической территории или выделенной площадки. На рис.17.5 показано, как изменением расстояния путем переноса в пределах технической территории из точки 1 в точку 2 антенны с ненаправленной характеристикой на селитебной территории обеспечена безопасная электромагнитная обстановка.
Рис.17.5. Пример переноса антенны с ненаправленной характеристикой направленности
с целью обеспечения электромагнитной безопасности на селитебной территории
Если антенна имеет ярко выраженную направленность (конечно, в этом случае не идет речь о смене азимутального направления излучения антенны), то проектное решение будет заключаться в выборе такого места на технической территории или площадке (перенос антенны из точки 1 в точку 2), с которого влияние на селитебную территорию будет наименьшим (рис.17.6).
Рис.17.6. Пример переноса антенны с ярко выраженной направленностью с целью обеспечения электромагнитной безопасности на селитебной территории
Слабонаправленная характеристика направленности с заданной неравномерностью как по уровням, так и по угловым координатам позволяет производить оптимизацию электромагнитной обстановки путем поворота антенны вокруг фазового центра. При этом, естественно, что провалы в распределениях поля следует ориентировать на проблемные с точки зрения электромагнитной безопасности направления.
2. Локальное (или мультиплетное) проектирование – это проектирование комплексов технических средств, в состав которых могут входить самые разнообразные излучающие средства, реализующие различные теле коммуникационные технологии. В этом случае может иметь место сочетанное или смешанное воздействие с соответствующими критериями оценки электромагнитной обстановки (см. табл. 17.1).
Можно выделить несколько характерных случаев подбора технических средств в комплексах при локальном проектировании. Один из них – это излучающий объект, состоящий только из технических средств ВЧ диапазона. Напомним, что для таких объектов характерна горизонтальная топология и количество работающих антенн может достигать нескольких десятков. Существенная для обсуждаемой проблемы особенность антенн этого диапазона – сравнительно слабая направленность излучения в горизонтальной плоскости и сравнительно большая протяженность санитарных зон (до 1000 метров и более в зависимости от излучаемой мощности). Ширина диаграмм направленности от 30…400и до круговых. На рис. 17.7 приведены характерные распределения поля для подобных комплексов. Лепестки распределений поля связаны с диаграммами направленности в горизонтальной плоскости отдельных антенн.
Рис.17.7. Характерные для комплексов ВЧ диапазона распределения поля.
Аналогичные по конфигурации распределения поля имеют комплексы технических средств ОВЧ и УВЧ диапазонов, однако, протяженность санитарных зон редко превышает 200...300 метров.
Другим весьма распространенным случаем является размещение на одной площадке технических средств различных частотных диапазонов и различных телекоммуникационных технологий. Речь идет об уже описанных выше комплексах технических средств ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонов, которые размещаются на удобных с точки зрения массового обслуживания местах. Для распределений поля от таких комплексов характерно резкая неравномерность уровней, которая в основном определяется излучением высоконаправленных антенн СВЧ диапазона (рис.17.8).
Рис.17.8. Характерные для комплексов ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонов распределения поля
Одним из основных методов оптимизации топологии объекта при локальном проектировании является декомпозиция объекта с оценкой вкладов в общую электромагнитную обстановку отдельных антенн, что позволяет определить проблемные технические средства и перейти к оптимизации топологии комплекса.
3. В последнее время все чаще стали возникать проблемы с размещением излучающих технических средств в масштабах района или города. Определим такое проектирование как субглобальное.
На рис. 17.9 приведен пример концентрации излучающих технических средств в одном из районов г. Самары. Кроме выделенных транкинговых систем и радиовещательной станции, в этом районе находятся телецентр, на двух башнях которого размещено более тридцати антенн, и высотное здание, на крыше которого находится порядка двадцати антенн. Общая электромагнитная обстановка усугубляется электромагнитным полем, создаваемым линией электропередач (ЛЭП). Отметим, что все изображенные излучающие объекты расположены на селитебной территории.
Высотное здание
Рис.17.9. Зонная картина электромагнитной обстановки в одном из районов г. Самары
Как правило, такое расположение излучающих технических средств и комплексов сопровождается зонной картиной электромагнитной обстановки – санитарные зоны каждого объекта не пересекаются между собой. Однако, каждое техническое средство вносит свой вклад в общую картину электромагнитной обстановки района.
Отметим, что в настоящее время практически нигде в России не проводится электромагнитный мониторинг и координация размещения технических средств в масштабах района и тем более города. Все ограничивается контролем санитарных зон отдельных объектов. Однако эта проблема с каждым годом становится все более актуальной. Комплексный анализ электромагнитной обстановки и проектирование топологии размещения не отдельных технических средств, а комплексов в масштабах города может решаться после разработки соответствующей концепции и принципов обеспечения электромагнитной безопасности и координации работ как различных ведомств, так и отдельных операторов и владельцев технических средств.
Для обеспечения электромагнитной безопасности в зданиях прилегающей застройки, необходимо предусмотреть возможность проектировщику оптимизировать и управлять электромагнитной обстановкой в вертикальных разрезах объемной картины распределения поля. На рис. 17.10 показано, как, увеличив высоту подвеса антенн (или антенны, вносящей определяющий вклад в электромагнитную обстановку) над землей с h1до h2, можно нормализовать электромагнитную обстановку в зданиях прилегающей застройки или, другими словами, оптимизировать зоны ограничения застройки.
Рис.17.10. Пример оптимизации зон ограничения застройки изменением