"ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В МЕСТАХ РАЗМЕЩЕНИЯ РАДИОСРЕДСТВ, РАБОТАЮЩИХ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 700 МГЦ - 30 ГГЦ. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ. МУК 4.3.043-96" (утв. Главным Государственным санитарным врачом РФ 02.02.96)

4. Методика расчета ППМ апертурных антенн

4.1. Плотность потока мощности, создаваемая апертурной антенной в расчетной точке (рис. 1), определяется по формуле:

П = Па + Побл, Вт/кв. м, (4.1)

где:

Па - апертурная составляющая ППМ (рис. 2);

Побл - составляющая ППМ, определяемая непосредственно излучением облучателя (рис. 3).

4.2. В предположении осевой симметрии ХН облучателя и антенны ППМ не зависит от координаты . При этом составляющие Па и Побл записываются в виде:

где:

Р - мощность, излучаемая антенной, Вт;

Dо - КНДантенны в направлении максимального излучения в волновой зоне (величина безразмерная);

В (R)(2)- функция, учитывающая изменение КНД по мере перехода расчетной точки из ближней зоны в волновую (величина безразмерная);

F(2) (,R) - нормированная ХН антенны по мощности (величина безразмерная);

Dобл -КНД облучателя в направлении его максимального излучения (величина безразмерная);

Fобл(2) () - нормированная ХНоблучателя по мощности (величина безразмерная);

, R - сферические координаты расчетной точки.

Существенно отметить, что КНД и ХН апертуры являются функциями расстояния R, а эти же параметры облучателя не зависят от R, т.к. расчетная точка по отношению к облучателю всегда находится в волновой зоне.

4.3. Закон распределения амплитуды поля по апертуре принят в виде:

- для круглой апертуры

f(r) = + (1 - ) [1 - (2r / d)(2) ]; (4.4)

- для квадратной апертуры

f() = + (1 - ) cos ( / a); (4.5)

где:

= 0,316;

r - текущее значение координаты на диаметре апертуры;

- текущее значение координаты вдоль любой стороны квадрата;

a - сторона квадрата.

4.4. Вне углов сектора перехвата энергии облучателя зеркалом функция Fобл () считается неизменной и равной 0,316.

Следовательно, в этом случае Fобл(2) () = 0,1.

С учетом этого формула (4.3) записывается в таком виде:

4.5. Методика расчета ХН антенны предполагает использование переменных u и x, которые записываются в виде:

u = ( d sin ) / - для круглой апертуры,

u = ( a sin ) / - для квадратной апертуры, (4.7)

x = R / Rгр, (4.8)

где: d - диаметр апертуры, м;

- длина волны, м;

Rгр = 2d(2) / - для круглой апертуры; (4.9)

Rгр = 2a(2) / - для квадратной апертуры. (4.10)

Переменные u и x принято называть обобщенными координатами. Величину x часто называют относительным расстоянием.

4.6. С учетом введения обобщенных координат u и x формула (4.2) приводится к виду:

4.7. Перевод размерности ППМ Вт/кв. м в мкВт/кв. см осуществляется умножением выражений (4.6) и (4.11) на 100.

4.8. Переход от абсолютных значений размерности ППМ к относительным (децибелам относительно 1 мкВт/кв. см) позволяет записать выражения (4.6) и (4.11) в виде:

где:

В(x) - функция, учитывающая изменение КНД в зависимости от относительного расстояния;

F(u, x) - нормирования ХН в координатах u, x.

Прочие величины, входящие в (4.12) и (4.13), определены выше.

Формула (4.12) справедлива как для круглой апертуры, так и для квадратной. В случае ее применения для квадратной апертуры в знаменателе первого слагаемого параметр d (диаметр) заменяется на a (сторона квадрата).

4.9. Функция 20 lg [В(x) / x] в области x < 0,2 является осциллирующей. При x > 0,2 она изменяется монотонно. В силу специфики задачи оценки ЭМО осциллирующая часть функции заменяется огибающей ее максимумов. На рис. 4 и рис. 5 приведена эта функция соответственно для антенн с круглой и квадратной апертурами. В области x > 1

20 lg [В(x) / x] = -20 lg x.

4.10. Функция F(u, x) сильно осциллирующая. Графики гарантированных огибающих ХН антенн с круглой апертурой для фиксированных значений x приведены на рис. 6 и рис. 7. По оси ординат отложены значения FдБ = F(u, x), дБ.

Аналогичные кривые для антенн с квадратной апертурой приведены на рис. 8 и рис. 9.

4.11. Функция F(u, x) рассчитывалась апертурным методом - численным интегрированием полей элементарных излучателей (элементов Гюйгенса), расположенных по всей апертуре. В случае круглой апертуры учитывалось затенение апертуры облучателем. Учет затенения осуществлялся исключением интегрирования полей элементов Гюйгенса, расположенных в центре апертуры внутри круга с диаметром dт. В методике принято, что коэффициент затенения dт/d = 0,1 (dт - диаметр "теневого диска", d - диаметр апертуры).

4.12. Графики гарантированной огибающей для различных x, приведенные на рис. 6 - 9, являются универсальными, т.е. они справедливы для апертур любых размеров при условии, что линейные размеры антенны существенно превышают длину волны.

4.13. Величина Dобл, дБ = 10 lg Dобл определяется ХН облучателя. По выбранному закону распределения поля по апертуре (4.4) или (4.5), используя геометрические характеристики зеркала d и о, можно записать аналитическое выражение Fобл() в секторе углов перехвата энергии зеркалом. Вне этого сектора Fобл() = const = 0,316. График зависимости Dобл( о) приведен на рис. 10.

4.14. Термины "облучатель", "ХН облучателя", "КНД облучателя" в методике применяется как собственно к облучателю в однозеркальных ПА, так и к системе "облучатель - вспомогательное зеркало" в двухзеркальных антеннах.

4.15. Ограничение по минимальному удалению расчетной точки от центра апертуры определяется относительным расстоянием x = 0,005.

4.16. Ограничение по сектору углов, в котором методика дает возможность расчета ППМ, определяется о:

- при о > 90 град. сектор составляет от 0 град. до +/- 90 град.;

- при о < 90 град. сектор составляет от 0 град. до +/- (180 град. - о).

Вне этих секторов в рассматриваемых задачах ППМ считается пренебрежимо малой.

4.17. Дифракционные явления на кромках зеркала и вспомогательных конструкциях антенны не учитываются.

4.18. Расчет суммарной ППМ осуществляется по формуле:

П = 10(Па, дБ / 10 ) + 10(Побл, дБ / 10) ,(4.14)

где: Па, дБ и Побл, дБ вычисляются по формулам (4.12) и (4.13).

4.19. При расчетах ЭМО вблизи радиотехнических объектов, в составе которых несколько антенн, в выбранных точках рассчитывается ППМ от каждой антенны, а полная ППМ находится суммированием ППМ, создаваемых отдельными антеннами.