Методика измерения уровней электромагнитных полей

• согласование с заинтересованными предприятиями и организациями цели, времени и условий проведения измерений;

• рекогносцировка района проведения измерений;

• выбор трасс (маршрутов) и площадок измерений;

• организация связи для обеспечения взаимодействия между персоналом станции и группой измерений;

• обеспечение измерений дальности до точки измерений;

• определение необходимости использования средств индивидуальной защиты;

• подготовка необходимой измерительной аппаратуры.

При выборе трасс учитывается характер прилегающей местности (рельеф, растительный покров, застройка и пр.), в соответствии с которым район, прилегающий к ПРТО, разбивается на секторы. В каждом секторе выбирается радиальная относительно ПРТО трасса.

К трассе предъявляются требования:

• трасса должна быть открытой, а площадки, на которых намечается проведение измерений, должны иметь прямую видимость на антенну излучающего средства и не иметь в радиусе до 5 метров переотражающих конструкций. Если это требование невыполнимо и на измерительной площадке находятся переотражающие конструкции, то измерительную антенну следует располагать на расстоянии не менее 0,5 метра от этих конструкций.

• вдоль трассы, в пределах главного лепестка ДН, не должно быть переизлучателей (металлических конструкций и сооружений, линий электропередачи и т. п.), а также затеняющих препятствий;

• наклон трассы должен быть минимальным по сравнению с наклоном всех возможных трасс в данном секторе;

• трасса должна быть доступной для пешего передвижения или для автотранспорта;

• протяженность трассы определяется на основе расчетного удаления границ СЗЗ и зон ограничения застройки, причем измерения рекомендуется проводить в точках, близких к границе зоны, как внутри зоны, так и вне ее.

На каждой площадке необходимо проводить не менее трех независимых измерений. За результат принимается среднее арифметическое значение этих измерений.

Для измерения расстояний могут использоваться теодолит, мерная лента, план (карта) местности и другие доступные средства, обеспечивающие достаточную точность.

Для средств телевизионного вещания измерения должны проводиться как на несущей частоте изображения, так и несущей частоте звукового сопровождения.

По результатам измерений составляется протокол. Протоколы измерений уровней ЭМП являются сведениями, подлежащими включению в санитарно-эпидемиологическое заключение на ПРТО.

При одновременной работе источников электромагнитного излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ), излучающих в диапазонах частот с разными гигиеническими нормативами, измерения должны проводиться раздельно в каждом диапазоне частот.

Аппаратура, используемая для измерений уровней ЭМП, должна быть исправной и иметь действующее свидетельство о государственной поверке. Перечень рекомендуемых приборов приведен в прилож. 2.

Подготовка аппаратуры к измерениям и сам процесс измерений проводятся в соответствии с инструкцией по эксплуатации применяемых приборов. При этом необходимо учитывать тот факт, что измерения могут проводиться, как в ближней, так и дальней зоне передающего радиотехнического средства. Критерием определения границы между ближней и дальней зонами является соотношение (2.5) п. 2.3.1.

Измерительная антенна прибора ориентируется в пространстве в соответствии с поляризацией измеряемого сигнала. Измерения проводятся в центре площадки на высоте от 0,5 до 2 м от уровня подстилающей поверхности (земли). В этих пределах отыскивается высота, при которой значение измеряемой величины (показание прибора) наибольшее. На этой высоте, плавно поворачивая измерительную антенну в плоскости поляризации измеряемого сигнала, вновь добиваются максимального показания прибора.

Измерения проводятся на высоте от 0,5 до 2 м от уровня подстилающей поверхности (земли). В этих пределах высот производится ориентация измерительной антенны на максимум приёма. Максимум приёма соответствует максимальному показанию измерительного прибора.

В ближней зоне необходимо проводить измерение трех составляющих вектора напряженности электрического поля каждой антенны ПРТО Е_х, Е_у, Е_z путем соответствующей ориентации измерительной антенны. Значение модуля вектора напряженности поля рассчитывается по формуле:

Широкополосные приборы с антеннами ненаправленного приема измеряют сразу модуль вектора напряженности поля, поэтому достаточно провести ориентацию измерительной антенны на максимум приема. Максимум приема соответствует максимальному показанию индикатора измерительного прибора.

В данном диапазоне частот производится измерение среднего квадратичного (эффективного) значения напряженности электрического поля.

Измерения должны проводиться селективными приборами (селективными микровольтметрами, измерительными приемниками, анализаторами спектра) с антеннами направленного приема или широкополосными измерителями напряженности поля.

В случае применения селективных или широкополосных приборов с антеннами направленного приема необходимо руководствоваться положениями п. 3.3.1 об измерениях уровней ЭМП в ближней и дальней зонах.

При измерении широкополосными приборами должно быть предусмотрено последовательное включение технических средств ПРТО одного частотного диапазона (27—30 МГц) и отключение - другого (30—48,4 МГц), работающих в данном направлении или оказывающих влияние на суммарное значение напряженности поля в данной точке, и наоборот.

3.3.3. Измерения в диапазоне частот 48,4—300 МГц

В данном диапазоне частот производится измерение среднего квадратичного (эффективного) значения напряженности электрического поля. Измерения напряжённости поля технических средств телевидения и ЧМ-вещания должны проводиться только селективными приборами (селективными микровольтметрами, измерительными приемниками, анализаторами спектра) с антеннами направленного приема. Измерение напряженности поля каждого технического средства телевидения должно проводиться в режиме измерения эффективных значений на несущих частотах каналов изображения и звукового сопровождения.

Измерения селективными приборами с антеннами направленного приема проводятся в соответствии с положениями п. 3.3.1.

Измерения напряженности поля других технических средств указанного диапазона могут проводиться как селективными приборами с антеннами направленного приема, так и широкополосными приборами с любым типом антенн. При этом следует учесть, что измерения широкополосными приборами должны проводиться при выключенных технических средствах телевидения и ЧМ-вещания.

В данном диапазоне частот производится измерение плотности потока энергии ППЭ ЭМП. Измерения проводятся широкополосными измерителями ППЭ или селективными измерителями напряженности поля.

В ближней зоне измерения проводятся только широкополосными измерителями ППЭ в соответствии с положением п. 3.3.1. В дальней зоне измерения проводятся как широкополосными измерителями ППЭ, так и селективными приборами с антеннами направленного приема. Измерения проводятся в соответствии с положениями п. 3.3.1.

Значение напряженности электрического поля, измеренное селективным прибором в дальней зоне, пересчитывается в ППЭ по формуле:

В случае использования селективного прибора с измерительными рупорными антеннами, необходимо руководствоваться следующими правилами. Произвести ориентацию рупорной антенны в направлении максимума излучения. Поворачивая рупорную антенну вдоль своей оси добиться максимального показания уровня измеряемого сигнала по шкале (экрану) измерительного прибора. Затем показания прибора нужно пересчитать в микроватты. Окончательное значение ППЭ, мкВт/см² получается из формулы 3.3:

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е, В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е, которую и требуется рассчитать.

2) В соответствии с п. 2.3.1 устанавливается, как выполнять расчет - непосредственно по току антенны или по ее ДН. По формуле (2.5) имеем R_гр = 4,892 м (в данном случае D = 1,662 м - расстояние между нижней точкой крайнего левого проводника и верхней точкой крайнего правого проводника). Расстояние от геометрического центра антенны до точки M1 равно 3,742 м, т. е. оно меньше R_гр. Поэтому расчет уровней ЭМП выполняется непосредственно по току антенны.

3) По методике, изложенной в п. 2.2, выполняется расчет тока антенны. При этом (на этапе построения электродинамической модели) вводится следующее число сегментов на проводниках: на крайнем левом - 39; на вибраторе - 40 (с учетом двух сегментов в зазоре); на проводниках справа от вибратора (последовательно слева направо) - 35, 33, 32. Длины сегментов удовлетворяют неравенству (2.1).

4) По методике, изложенной в п. 2.3.2, рассчитывается напряженность электрического поля в точке M1. По формулам (2.8), (2.9) определяются компоненты вектора :

Е_х = (-0,00576 + i0,0469) В/м; Е_у = 0; Е_z = (-0,0368 + i0,0368) В/м

По формуле (2.11) определяется ренормировочный коэффициент: q_p = 225,3. По формуле (2.10) окончательно находится напряженность электрического поля при фактической излучаемой мощности: Е= 11,2 В/м.

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е, В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е, которую и требуется рассчитать.

2) Поскольку расстояние до точки наблюдения (точка M1) и максимальный размер антенны D соотносятся так же, как и в примере 1, расчет Е выполняется непосредственно по току антенны.

3) Расчет тока антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в примере 1.

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в п. 2.3.2. При расчете тока, наведенного на металлоконструкции на последней вводится 181 сегмент. Расчетные компоненты вектора :

Е_х = (0,0941 - i0,0062) В/м; Е_у = 0; E_z = (-0,0755 + i0,012) В/м

Напряженность электрического поля при фактической излучаемой мощности Е = 19,3 В/м (ренормировочный коэффициент q_p - тот же, что и в примере 1).

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е, В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е, которую и требуется рассчитать.

2) Поскольку расстояние до точки наблюдения (точка M1) и максимальный размер антенны D соотносятся так же, как и в примере 1, расчет Е выполняется непосредственно по току антенны.

3) Расчет тока антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в примере 1.

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в п. 2.3.2. Составляющая поля , возникающее из-за наличия подстилающей поверхности, определяется по формуле (2.18), результирующий вектор - по формуле (2.17). Расчетные компоненты вектора :

Е_х = (0,0098 + i0,0178) В/м; Е_у = 0; Е_: = (-0,0382 + i0,0369) В/м

Напряженность электрического поля при фактической излучаемой мощности Е = 9,1 В/м.

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е, В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е, которую и требуется рассчитать.

2) Поскольку расстояние до точки наблюдения (точка M1) и максимальный размер антенны D соотносятся так же, как и в примере 1, расчет Е выполняется непосредственно по току антенны.

3) Расчет тока антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в примере 1.

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в п. 2.3.2. Вектор рассчитывается по формуле (2.22). Расчетные компоненты вектора :

Е_х = (0,3433 - i0,1675) В/м; Е_у = 0; E_z = (-0,0767 + i0,0108) В/м

Напряженность электрического поля при фактической излучаемой мощности Е = 62,1 В/м.

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е, В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е, которую и требуется рассчитать.

В соответствии с п. 2.3.1 устанавливается, как выполнять расчет - непосредственно по току антенны или по ее ДН. По формуле (2.5) имеем R_гр = 4,892 м (как и в примере 1). Расстояние от геометрического центра антенны до точки M1 равно 9,998 м, т. е. оно превышает R_гр. Поэтому расчет Е выполняется по ДН антенны. При этом ДН определяется по току антенны.

2) Расчет тока антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в примере 1.

3) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в п. 2.3.3. Угловые сферические координаты точки наблюдения M1:  = 107°;  = 28° (см. рис. П1.4). Расстояние от геометрического центра антенны до точки наблюдения M1 R = 11,178 м. Ненормированная ДН определяется по формуле (2.23), вектор - по формуле (2.24). Расчетная нормированная ДН в вертикальной плоскости приведена на рис. П1.5 (а), расчетная нормированная ДН в горизонтальной плоскости - на рис. П1.5 (б); там же штриховыми линиями показаны направления на точку наблюдения M1. Значения нормированных ДН в направлении на точку M1: F_в (107°) = 0,85; F_Г (28°) = 0,81. Расчетный КНД антенны (формула (2.25)) D = 11,3. Напряженность электрического поля в точке наблюдения M1 (формулы (2.24), (2.26)) Е = 13,0 В/м.
Пример 6
Исходные данные. Техническое средство - антенна, аналогичная рассмотренной в примере 1, при той же мощности излучения и частоте. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке M1 с координатами: х = 10 м, у = 5, z = -3 м (та же точка, что и примере 5). При этом необходимо учесть влияние подстилающей поверхности, расположенной в плоскости z = -5 м (см. рис. П1.6). Параметры среды под подстилающей поверхностью - те же, что и в примере 3. Учитывать влияние металлоконструкций не требуется.

Выполнение расчетов

1) В данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется напряженность электрического поля Е, В/м. Поэтому уровень ЭМП характеризуется величиной Е, которую и требуется рассчитать.

2) Поскольку расстояние до точки наблюдения и максимальный размер антенны D соотносятся так же, как и в примере 5, расчет Е выполняется непосредственно по ДН антенны, которая, в свою очередь, определяется по току антенны.

3) Расчет тока и ДН антенны выполняется аналогично тому, как это сделано в примере 5.

4) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в п. 2.3.3. Вектор напряженности электрического поля определяется по формуле (2.17), где первое слагаемое рассчитывается так же, как и вектор в примере 5, а второе слагаемое (составляющая поля , возникающая из-за наличия подстилающей поверхности) - по формуле (2.28). Угловые сферические координаты точки наблюдения M1 для зеркального изображения антенны: _(з) = 73°; _(з) = 28°. Расстояние от геометрического центра зеркального изображения антенны до точки M1 R_(з) = 12,843 м. Значения нормированных ДН в направлении на точку M1 для зеркального изображения антенны: F_В(73) = 0,85; F_Г (28°) = 0,81. Напряженность электрического поля в точке наблюдения M1 E= 14,95 В/м.


Рис. П1.4

Рис. П1.5

Рис. П1.6
Пример 7
Исходные данные. Техническое средство - антенна Уда-Яги, заданная своими паспортными ДН. Паспортная ДН в вертикальной плоскости приведена на рис. П1.7(а), паспортная ДН в горизонтальной плоскости - на рис. П1.7(б). Антенна расположена так, что ее геометрический центр совмещен с началом координат, и ориентирована максимумом излучения по направлению оси абсцисс (ориентация - такая же как в примерах 1—6). Задан КНД антенны в относительных единицах: D = 27,1. Мощность излучения равна 100 Вт, частота - 900 МГц. Максимальный линейный размер антенны 1160 мм. Требуется рассчитать уровень ЭМП, создаваемого антенной в точке M1 с координатами: х = 5 м, у = 0, z = -3 м. Учитывать влияние металлоконструкций и подстилающей поверхности не требуется.

Выполнение расчетов

1) Поскольку в данном диапазоне частот, согласно действующим нормам, нормируется плотность потока энергии П, мкВт/см², необходимо ее рассчитать.

В соответствии с п. 2.3.1 устанавливается необходимость введения поправочного коэффициента р, определяемого по графику, приведенному на рис. 1. По формуле (2.5) имеем R_гр = 12,622 м. При этом расстояние от геометрического центра антенны до точки M1 равно 5,831 м, т. е. оно не превышает R_гр. Поэтому необходимо ввести поправочный коэффициент. С учетом того, что  = 1,7, имеем (по графику на рис. 1) р = 1,05.

2) Расчет напряженности электрического поля выполняется по методике, изложенной в п. 2.3.4. Поскольку влияние металлоконструкций и подстилающей поверхности учитывать не требуется, нет необходимости определять фазовый центр антенны, и можно считать, что она представляет собой точечный излучатель, расположенный в геометрическом центре антенны (т. е. в начале координат). Угловые сферические координаты точки наблюдения M1:  = 121°;  = 0°. Расстояние от геометрического центра антенны до точки M1 R = 5,831 м. Значения нормированных ДН в направлении на точку M1: (121) = 0,05; (0) = 1. Напряженность электрического поля в точке наблюдения M1 Е = 2,96 В/м (с учетом поправочного коэффициента р = 1,05). По формуле (2.27) определяем ППЭ: П = 2,32 мкВт/см².