Реферат: Расчет напряженности поля радиотелецентров
Коэффициент направленного действия в направлении максимального излучения для реальных антенн достигает значений от единиц до многих тысяч. Он показывает тот выигрыш в мощности, который можно получить за счет использования направленного действия антенны, но он не учитывает возможных потерь в направленной антенне.
Для суждения о выигрыше, даваемом антенной, при учете как ее направленного действия, так и потерь в ней служит параметр, называемый коэффициентом усиления антенны. Он равен произведению КНД на к.п.д.:
. (1.15)
Учитывая (1.12), получаем
. (1.16)
Таким образом, коэффициент усиления показывает, во сколько раз нужно уменьшить (или увеличить) мощность, подводимую к направленной антенне, по сравнению с мощностью, подводимой к идеальной ненаправленной антенне без потерь, для того чтобы получить одинаковую напряженность поля в рассматриваемом направлении. Если не делается специальных оговорок, то под коэффициентом усиления (так же, как и под коэффициентом направленного действия) подразумевается его максимальное значение, соответствующее направлению максимума диаграммы направленности.
|
a H R H h r Рис. 6. |
ДН антенныРасчеты действующих значений напряженности выполняются по методике [2] при задании излучаемых мощностей, КНД и нормированных ДН передающих антенн в вертикальной и азимутальной плоскостях. При этом учитываются уровни боковых лепестков ДН, а также рельеф местности и высоты зданий. Напряженность поля в нашей работе рассчитывалась по формуле (1.6), в которую были внесены выше сказанные поправки
(1.17)
где Р – мощность, Вт; R – расстояние от фазового центра антенны до точки наблюдения с высотой h от основания опоры, м; F(a) – нормированная диаграмма направленности (ДН) в вертикальной плоскости, a = arctg[(H–h)/r] – угол места, r – расстояния от основания опоры до проекции точки наблюдения на уровень h, так что R = r/sin a; F(j) = 1 – нормированная ДН в горизонтальной плоскости. (Рис. 6.)
Функция F(a) для типовой передающей антенны ("антенная решетка") задается формулой
(1.18)
В этой формуле коэффициент b принимает значения 2p для антенной решетки всех радиотелепередающих центров до модернизации в 1998 г., и 1,3p – после модернизации согласно [3].
Для антенн типа "полуволновой вибратор" функция F(a) задается иначе
(1.19)
или, если угол отсчитывается от оси диполя (рис. 7.),
(1.20)
При проектировании и эксплуатации современных радиотехнических объектов важно учитывать ПДУ воздействия электро-магнитных полей (ЭМП) на здоровье людей. В таблице приведены значения ПДУ для некоторых частот.
| Частота МГц | 48,4 | 88,4 | 192 | 300 |
| ПДУ, в/м | 5,0 | 4,0 | 3,0 | 2,5 |
В соответствии с официально утвержденной методикой [2] рассчитывались значения нормированной суммарной напряженности поля S в зависимости от расстояний от опоры:
(1.21)
где индекс суммирования k соответствует номеру передатчика и меняется от 1 до 7, а санитарные нормы не нарушаются при S<1.
|
q Направление излучения a
Рис. 7. |
Изложенные в этом разделе методы расчета напряженности поля использовались для расчетов напряженности поля в ряде конкретных ситуаций.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1. Для ИОРТПЦ
Обозначим действующие передатчики типов АРТС и Дождь- 2 номерами 1- 4. Эти передатчики имеют следующие параметры излучения:
* мощности Р 1 = Р 2 = 5 кВт и Р 3 =Р 4 = 3 кВт;
* рабочие частоты f 1 = 80 МГц, f 2 = 96 МГц, f 3 » f4 » 70 МГц;
* коэффициент усиления передающих антенн D 1 = D 2 = 6.56,
D 3 = D 4 = 9.84;
высоты фазовых центров антенн от основания опоры Н1= Н2= 161 м,
Н3 = Н4 = 155 м;
Для планируемых к размещению передатчиков с номерами 5 - 7:
* мощности Р 5 = Р 6 = Р 7 = 1 кВт;
* рабочие частоты f 5 » 474 МГц, f 6 » 506 МГц, f 7 » 570 МГц;
* коэффициент усиления передающих антенн D5 = 4, D6 = D7 = 3.2;
* высоты фазовых центров антенн от основания опоры
Н 5 = Н 6 = Н 7 = 180 м.
Согласно СанПин 2.2.4 / 2.1.8.056 - 96 примем следующие предельно допустимые уровни (ПДУ) напряженности поля Е: для f1 и f2 ПДУ1 = ПДУ2 = 4 в/м, для f3 и f4 ПДУ3 = ПДУ4 = 5 в/м, для f5 - f7 ПДУ5 = ПДУ6 = ПДУ7 = 6 в/м.
2. Для Усольского телепередающего центра
Обозначим действующий передатчик номером 1. Этот передатчик имеет следующие параметры излучения:
* мощность Р = 0.1 кВт;
* рабочая частота f = 66 МГц;
* коэффициент усиления передающей антенны D = 8 дБ;
* высота фазового центра антенны от основания опоры Н = 127 м;
Согласно СанПин 2.2.4 / 2.1.8.056 - 96 примем следующий предельно допустимый уровень (ПДУ) напряженности поля Е: ПДУ = 4.5 в/м.
Расчет напряженности поля в окрестностях ИОРТПЦ
Напряженность поля для каждого из передатчиков ИОРТПЦ, всего их семь, рассчитывает компьютерная программа, которую мы написали в результате нашей научной работы на языке TURBO PASCAL 7.0. Программа разработана таким образом, что в нее входит четыре типа антенн: первый тип – антенная решетка с коэффициентом b, равным 2p; второй тип – антенная решетка с коэффициентом b, равным 1.3p; третий тип антенны – это полуволновой вибратор; четвертый тип определяет сам пользователь – вводит формулу функции F(a) для конкретной антенны. В программу вводятся исходные данные: мощность P в кВт; коэффициент усиления передающей антенны D; высота фазового центра от основания опоры Н в м; R- расстояние от фазового центра опоры до точки наблюдения с высотой h от основания опоры, в м и количество точек, где были проведены измерения напряженности поля. Затем программа производит расчет и выводит на экран систему координат, где строится график зависимости напряженности поля, в мкВ/м, от расстояния, в км. Мы видим, что с увеличением расстояния от ретранслятора график убывает, а также на графике могут быть видны незначительные скачки излучения напряженности поля, это зависит от рельефа рассматриваемой местности. На некоторой высоте, где установлен передатчик, находится щит, который снижает излучение передатчика до некоторого расстояния r < 300 м. Так как в этом радиусе расположен пункт слежения за радио и телевещанием.
На рисунке 8 построен примерный график, который может изобразить нам компьютерная программа.
Расчет напряженности поля в близи зоны Усольского радиотелецентра
Напряженность поля в близи Усольского района рассчитывает компьютерная программа, написанная на языке TURBO PASCAL 7.0. В программу входит четыре типа антенн: первый тип - антенная решетка с коэффициентом b, равным 2p; второй тип - антенная решетка с коэффициентом b, равным 1.3p; третий тип - это полуволновой вибратор; четвертый тип определяет сам пользователь - вводит функцию F(a) для конкретной антенны. В данном случае используется антенна типа 3-х элементный волновой канал с круговой поляризацией, направленная на город.
|
 |
|||||
|
|||||
 |
|||||
|
|
|
|
|
|
Рис..9
На рис.9 представлена примерная карта города Усолья - Сибирского трансляции телепередач на город. Данные измерения напряженности поля указаны в таблице. График зависимости напряженности поля Ед, мВ/м от расстояния R, км, построен на рис. 10. Как мы видим, с увеличением расстояния от ретранслятора напряженность поля убывает. На графике максимальное расстояние 18 км.
Рис.10
Сравнение результатов измерения и расчетов Усольского радиотелецентра.
Таблица № 1.
| Расстояние от ретранслятора, км | Напряженность поля, мкВ/м | |
| Расчетные данные | Экспериментальные данные | |
| 2 | 4741,5 | 4466 |
| 2,4 | 3209,2 | 19952 |
| 2,5 | 2992 | 12590 |
| 4 | 1237,1 | 12045 |
| 5 | 767,9 | 3183 |
| 5,5 | 648 | 3980 |
| 6 | 537,8 | 2089 |
| 7 | 397,5 | 1351 |
| 8 | 305,6 | 1995 |
| 9 | 242,2 | 2339 |
| 11 | 162,9 | 229,5 |
| 15 | 93,6 | 890 |
В таблице указаны расчетные данные, которые рассчитала компьютерная программа и экспериментальные, которые были измерены специальным прибором. Если сравнить данные полученные в результате расчета и экспериментальные, то они несколько отличаются друг от друга. Экспериментальные данные больше, чем расчетные, это может зависеть от рельефа рассматриваемой местности. Также оказало влияние то, что в расчетах не учитывалась ДН передающей антенны в азимутальной плоскости.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При выполнении данной работы были получены следующие результаты:
1) были изучены методы расчета напряженности поля;
2) была разработана программа, рассчитывающая напряженность электромагнитных волн, излучаемых телерадиопередатчиками, в зависимости от расстояния до опоры передающей антенны;
3) были рассчитаны значения напряженности поля вблизи ИОРТПЦ, также были рассчитаны значения нормированной суммарной напряженности, где санитарные нормы не нарушаются;
4) были рассчитаны значения напряженности поля вблизи Усольского телерадиопередающего центра и сделаны сравнения с экспериментальными данными.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение 1 – программа расчета напряженности поля.
uses crt,graph,omenu;
const f_fi= 1;
NBg = {blue}1;
NFg = {white}15;
HBg = {white}15;
HFg = {black}0;
BC = {black}0;
SC = {lightcyan}11;
col = 200;
delta_rm =90;
var
vf :text;
VMenu :OVMenu;
HMenu :OHMenu;
HVMenu :OHVMenu;
p,d,hb,em :real;
i,j,choice,errc,
a,x,Hmenu_choice,len :integer;
rm :longint;
ord :array[1..col] of real;
del :array[1..10] of real;
delstr,si,AStr,vstr :string;
ch,rk :char;
input_is :boolean;
{Процедуры ввода данных}
procedure input_value(xi,yi:integer; var zn:real);
begin
vstr:='';
while rk<>#13 DO begin
rk:=readkey;
if (((rk>#47)and(rk<#58))or(rk=#46))and(len<10) then begin
vstr:=vstr+rk;
len:=length(vstr);
gwritexy(xi+len,yi+1,rk,3,2);
end;
end;
val(vstr,zn,errc);
end;
procedure input;
begin
gwritexy(1,5,'Мощность: ',3,2); input_value(11,4,p); readln;
gwritexy(1,6,'К. у. антенны: ',3,2); input_value(1,6,d); readln;
gwritexy(1,7,'Высота передающей антенны: ',3,2); input_value(1,7,hb); readln;
end;
{Функция выводит осн. меню на экран и возвращает номер выбранного пункта меню}
Function ddt:integer;
begin
HVMenu.init;
gwritexy(0,1,'',0,0);
HVMenu.SetHorItems(00,00,80,01,NBg, NFg,HBg,HFg,BC,SC,1,1,BorderOn,ShadowOff,' File | Антенна ');
HVMenu.SetVerItems(01,00,01,10,03,NBg,NFg,HBg,HFg,BC,SC,4,1,BorderOn,ShadowOff,' Данные | Выход ');
HVMenu.SetVerItems(2,6,01,29,04,NBg,NFg,HBg,HFg,BC,Sc,
4,1,BorderOn,ShadowOff,
' Ант. решетка №1 - 1,3 | Ант. решетка №2 - 2 | Диполь ');
HMenu.EraseOK:=False;
X:=HVMenu.MenuResult(false,true);
ddt:=x;
end;
{Функции расчета напряженности}
function f_alfa:real;
begin
case choice of
1: f_alfa:=(1+2*cos(1.3*pi*sin(arctan((hb)/rm))))/3;
2: f_alfa:=(1+2*cos(2*pi*sin(arctan((hb)/rm))))/3;
3: f_alfa:=(cos(pi/2*sin(arctan((hb)/rm)))/cos(arctan((hb)/rm)));
end;
end;
function Rb:real;
begin
rb:=rm/sin(arctan(hb/rm));
end;
function E2:real;
begin
E2:=30*p*d*sqr(f_alfa)*sqr(f_fi)/sqr(Rb);
end;
{Заполнение массива ординат}
procedure ordinates;
begin
rm:=1;
for i:=1 to col do
begin
rm:=rm+delta_rm;
ord[i]:=1000*SQRT(E2); {х1000, т.к. ед. изм. - мВ/м}
end;
end;
{Максимальное значение напряженности}
procedure E_maximum;
var i:integer;
max:real;
begin
Max:=ord[1];
if col>1 then
for i:=2 to col do
if ord[i]>Max then Max:=ord[i];
if max=0 then max:=1;
Em:=max;
end;
{Сохранение результатов расчета в файл "results.txt"}
procedure ToFile;
begin
assign(vf,'results.txt');
rewrite(vf);
rm:=0;
for i:=1 to col do begin
rm:=rm+delta_rm;
writeln(vf,rm,' m',' - ',ord[i]:0:5,' mV/m');
end;
end;
{Инициализация графики}
procedure grinit;
var
grDriver: Integer;
grMode: Integer;
ErrCode: Integer;
begin
grDriver := Detect;
InitGraph(grDriver, grMode,'c:\bp\bgi');
ErrCode := GraphResult;
if ErrCode <> 0 then
Writeln('Graphics error:', GraphErrorMsg(ErrCode));
end;
procedure drawcoords; {Оси координат}
begin
setcolor(darkgray);
{Oy} line(100,445,100,30); line(99,445,99,30);
line(99,30,96,35); line(100,30,103,35);
outtextxy(25,23,' Е, мВ/м');
{Ox} line(95,440,515,440); line(95,441,515,441);
line(515,440,510,437);line(515,441,510,444);
outtextxy(525,445,'R, м');
end;
procedure drawgrid;{Сетка}
begin
setcolor(lightgray);
{Горизонтальная}
j:=40;
for i:=1 to 10 do
begin
line(100,440-j,500,440-j);
j:=j+40
end;
{Вертикальная}
j:=round(80/ln(1.91));
for i:=1 to 6 do
begin
line(100+round(j),440,100+round(j),40);
j:=j+round(80/ln(i+1.8))
end;
end;
procedure values;{Разметка сетки}
begin
{По вертикали}
del[1]:=em/10; {Цена деления}
for i:=2 to 10 do
del[i]:=del[1]+del[i-1];
setcolor(darkgray);
outtextxy(90,445,'0');
j:=40;
for i:=1 to 10 do
begin
str(del[i]:0:1,delstr);
outtextxy(90-length(delstr)*8,438-j*i,delstr)
end;
{По горизонтали}
j:=95+round(80/ln(1.91));
outtextxy(j,445,'3');
j:=j+round(80/ln(2.8));
outtextxy(j,445,'6');
j:=j+round(80/ln(3.8));
outtextxy(j,445,'9');
j:=j+round(80/ln(4.8));
outtextxy(j,445,'12');
j:=j+round(80/ln(5.8));
outtextxy(j,445,'15');
j:=j+round(80/ln(6.8));
outtextxy(j,445,'18');
end;
{ Построение графика }
procedure drawgrafic;
var dlt:integer;
x1,x2,y1,y2:integer;
begin
setcolor(choice+1);
x1:=100-round(2/ln(1.91));;
for i:=1 to col do
begin
y1:=440-round(400*ord[i]/em);
y2:=440-round(400*ord[i+1]/em);
if (i>=1)and(i<40) then begin
x1:=x1+round(2/ln(1.91));
x2:=x1+round(2/ln(1.91));
end;
if (i>=40)and(i<80) then begin
x1:=x1+round(2/ln(3.71));
x2:=x1+round(2/ln(3.71));
end;
if (i>=80)and(i<120) then begin
x1:=x1+round(2/ln(5.51));
x2:=x1+round(2/ln(5.51));
end;
if (i>=120)and(i<160) then begin
x1:=x1+round(3/ln(7.31));
x2:=x1+round(3/ln(7.31));
end;
if (i>=160)and(i<=200) then begin
x1:=x1+round(4/ln(9.11));
x2:=x1+round(4/ln(9.11));
end;
line(x1,y1,x2,y2);
line(x1,y1-1,x2,y2-1);
line(x1,y1-2,x2,y2-2);
delay(20);
end;
end;
{Графические процедуры}
procedure drawing1st; {Инициализирует графику, подготавливает экран}
begin
grinit;
setbkcolor(15);
cleardevice;
setcolor(darkgray);
rectangle(10,10,getmaxx-10,getmaxy-10);
drawgrid;
drawcoords;
end;
procedure drawing2nd; {Выводит график на экран}
begin
drawgrafic;
readln;
closegraph;
end;
begin
ClrScr;
{ Input;}p:=100; d:=8; hb:=127;
grinit;
repeat
cleardevice;
i:=2;
repeat
a:=ddt;
until a<>0;
Hmenu_choice:=a div 100;
Case Hmenu_choice of
1: begin
choice:=a mod 100;
if choice=2 then break else begin
input;
input_is:=true;
end;
end;
2: if not(input_is) then begin
gwritexy(17,10,'! Сначала необходимо ввести даннные !',5,1);
ch:=readkey;
continue;
{end else begin
choice:=a mod 100;
Drawing1st;
Ordinates;
E_Maximum;
ToFile;
Values;
Drawing2nd; }
end;
end;
until false;
HVMenu.Done;
cleardevice;
closegraph;
write(p:1:2,' ',d:1:2,' ',hb:1:2);
end.
Приложение 2 – таблица измерения напряженности поля вблизи Усольского ретранслятора.
| Места проведения измерений | Расстояние | Направленная антенна | Круговая антенна | ||
| км | Е (видео), мкВ/м | Е (звук), мкВ/м | Е (видео), мкВ/м | Е (звук), мкВ/м | |
| 1.Тайтурка | 11 | 178 | 112 | 316 | 200 |
| 2.Средний | 11 | 280 | 126 | 708 | 354 |
| 3.Мальта | 6 | 630 | 354 | 1412 | 708 |
| 4.Белореченск | 7 | 707 | 446 | 1258 | 708 |
| 5.Тракт | 2 | 4466 | 1995 | 25118 | 7080 |
| 6.Зеленый гор. ул.Энергетиков | 4 | 17780 | 5010 | 2512 | 1412 |
| 7.Зеленый гор. ул.Фурманова | 2,5 | 12590 | 4466 | 5012 | 1122 |
| 8.У- С. Горбольница | 5,5 | 3980 | 1258 | 2238 | 1258 |
| 9.У-С. ул. Горького | 6 | 3548 | 1122 | 1778 | 890 |
| 10. У- С. ул.Крупской | 5 | 3548 | 1412 | 2623 | 1238 |
| 11. У- С. ж/д. переход | 2,4 | 19952 | 7080 | 5623 | 2238 |
| 12. У- С. площадь | 4 | 6310 | 1995 | 2512 | 1122 |
| 13. У- С. Комсомольский пр-т | 5 | 2818 | 708 | 1778 | 890 |
| 14. У- С. мр-н Привокзальный | 7 | 1995 | 708 | 708 | 400 |
| 15. У- С. Ленинский пр-т | 8 | 1995 | 794 | 890 | 446 |
| 16. У- С. Восточ. окраина | 9 | 2339 | 630 | 708 | 500 |
| 17. Тельма, Зап. окраина | 15 | 890 | 354 | 446 | 224 |
[1] Коэффициент усиления несколько отличается от коэффициента направленности, так как он учитывает кпд антенны. Однако эту тонкость не будем принимать за внимание, потому что у многих направленных антенн кпд близок к 100 %.
