МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

6.25 Балл.

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ №1

по дисциплине «Микроволновая электроника»

Студент гр. 5207		Иванов А.Д.
Преподаватель		Иванов В.А.

Санкт-Петербург

2018

Задание №1

Теоретические основы микроволновой электроники.

Информацию о галактическом окружении человечество получает из космоса со спутников, используя микроволновые каналы связи. Выберите один (серию) из снимков, который Вам более всего нравится, с сайта (http://hubblesite.org/gallery/album/entire).

Рисунок 1 - NGC 248 в Малом Магеллановом Облаке, 20.12.2016

1 Балл.

Задание №2

1. Рассчитайте энергию кванта микроволнового излучения с частотой (Ngroup+Nstudent) ГГц

2. Какой температуре соответствует эта энергия?

3. Сравните эту энергию с энергией связи молекулы воды. До какой температуры нужно нагреть воду, чтобы произошла ее ионизация?

4. До какой температуры нужно нагреть воду, чтобы произошло разрушение кластеров?

5. Докажите, что квант микроволнового излучения не может нарушить связь атомов и молекул в живой клетке.

Дано:

Ngrup+Nstudent=7+4=11

Решение:

1. Дж

2. E = => T = = = 0,5285 К

3. E_cв = 0,24 эВ = Дж

< , E_cв больше на 4 порядкa

4. Т_св = = = 2786 К

5. Ионизация биологической ткани может происходить при частотах, примерно в десять раз превышающих частоту видимого света. Примером такого излучения может служить рентгеновское, представляющее опасность для человека.

Биологическая ткань состоит из довольно сложных молекул, каждая из которых может содержать тысячи атомов. Тем не менее, каждая ионизированная молекула является дефектной, поскольку ее свойства могут заметно отличаться от свойств обычной молекулы. При длительном воздействии ионизирующего излучения количество таких молекул накапливается, что может привести к необратимым результатам. Из-за способности к накапливанию дефектных молекул даже очень слабое ионизирующее излучение может представлять серьезную опасность.

Квант энергии неионизирующего излучения не способен оторвать электрон от атома и поэтому не представляет угрозы для биологической ткани. Особо подчеркнем, что мощность излучения в этом случае не имеет значения, так как если для ионизации молекулы нужна определенная энергия, то этого не смогут сделать и миллион квантов с вдвое меньшей энергией.

Ответы:

1. E =

2. T = 0,5285 К

3. <

4. Т_св = 2786 К

5. Доказано

0.5 Балл.

Задание №3

Какая плотность мощности микроволнового излучения считается допустимой в быту и на производстве по стандартам РФ? По международным стандартам?

Оцените, как повысится температура Вашего тела за 8 и 24 часа при уровне плотности мощности, равным (70 + Nstudent)% от максимально допустимого. В расчетах потерями тепла на внешнее охлаждение тела – пренебречь.

Опишите особенности нагрева в разных частотных диапазонах.

В случаях, указанных в п. 2.1.1 настоящих Санитарных норм и правил, энергетическая экспозиция за рабочий день (рабочую смену) не должна превышать значений, указанных в таблице

Предельно допустимые значения энергетической экспозиции

	Предельно допустимая энергетическая экспозиция
Диапазоны частот	По электрической составляющей, (В/м)2 ×ч	По магнитной составляющей, (А/м)2 ×ч	По плотности потока энергии (мкВт/см2) × ч
300 МГц - 300 ГГЦ	-	-	200,0

Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ для населения, лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности

№№		Диапазон частот
пп	Назначение помещений или территории	300 МГЦ -300 ГГц
		Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ, мкВт/см2
	Территория жилой застройки и мест массового отдыха;помещения жилых, общественных и производственных зданий (внешнее ЭМИ РЧ, включая вторичное излуче­ние);рабочие места лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности	10,0 100,0++

++ - для случаев облучения от антенн, работающих в режиме кругового обзора или сканирования при выполнении условий, указанных в п.3.5.

(A) Limits for Occupational/Controlled Exposure

Frequency  Range  (MHz)	Power Density (mW/cm )	Averaging Time (minutes)
0.3-3.0	(100)*	6
3.0-30	(900/f)*	6
30-300	1.0	6
300-1500	f/300	6
1500-100,000	5	6

f = frequency in MHz  * = Plane-wave equivalent power density

(B) Limits for General Population/Uncontrolled Exposure

Frequency  Range  (MHz)	Power Density (mW/cm )	Averaging Time (minutes)
0.3-1.34	(100)*	30
1.34-30	(180/f)*	30
30-300	0.2	30
300-1500	f/150	30
1500-100,000	1.0	30

Оценим, как повысится температура человека за 8 и 24 часа.

Дано:

- теплоемкость тела человека

m=65 кг – моя масса

=10 мкВт/ - максимально допустимая плотность мощности микроволнового излучения, в моем варианте возьмем:

p=10*(0,70+0,04)=7,4 мкВт/см²

Мой рост 1,73 м, тогда получим:

s=1,78 -площадь поверхности тела

= - температура человека

8ч=8*60*60=28800 с

24ч=86400 с

Решение:

P=7,4*=0,132 Вт - мощность микроволнового излучения

= К

=+= =309.617 К

= К

=+= =309.651 К

При воздействии СВЧ-излучения на организм человека происходит частичное поглощение его энергии тканями тела. Под действием высокочастотных электромагнитных полей в тканях возникают высокочастотные токи, сопровождающиеся тепловым эффектом. Чем выше частота излучения, тем выше энергия кванта, но тем меньше глубина скин-слоя (как я понимаю, человек – это проводник, поэтому для него тоже существует скин-слой).

СВЧ излучение непосредственно нагревает организм. Ток крови уменьшает нагревание (это относится к органам, богатым кровеносными сосудами). Но есть органы, например хрусталик, не содержащие кровеносных сосудов, там тепловой эффект выражен наиболее ярко (до УФ излучения биологические воздействия слабые)

Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных опухолей.

Облучение гамма-квантами в зависимости от дозы и продолжительности может вызвать хроническую и острую лучевые болезни.

Ответы:

за 8 часов К

за 24 часа К