Сделай Сам Свою Работу на 5

Расчёт напряжённости поля УВЧ-диапазона





Цель работы: рассчитать значения электрической напряжённости поля E на заданном отрезке с заданным шагом, построить график зависимости E(x), проанализировать его. Построить график зависимости электрической напряжённости от углового раскрыва главного лепестка диаграммы направленности излучения E(ΔD), проанализировать его.

 

Таблица 1. Входные параметры

Обозначение параметра Название параметра Единицы измерения Физический смысл
E Напряжённость электрической составляющей ЭМП В/м Векторная физическая величина, характеризующая силу электрического поля в данной точке
PΣ Суммарная мощность, поступающая на антенну Вт Характеризует мощность электромагнитных волн, излучаемых антенной
D Коэффициент направленного действия антенны - Показывает, насколько мощно антенна работает в данном конкретном направлении
ΔD Угловой раскрыв главного лепестка диаграммы направленности рад Угловая разница между границами главного лепестка диаграммы направленности
Δ Угол, под которым видна антенна рад Угол от горизонта, под которым видна из заданной точки антенна
F Нормированный множитель ослабления - Определяет потери электромагнитной энергии в почве
R Расстояние от фазового центра антенны до заданной точки м Линейное расстояние между заданной точкой и фазовым центром антенны
H Высота фазового центра антенны м Расстояние от поверхности земли до фазового центра антенны
x Расстояние от основания башни телецентра до заданной точки м Расстояние, которое необходимо преодолеть по поверхности земли от заданной точки до основания башни телецентра
Ga Коэффициент усиления антенны - Отношение мощности на входе эталонной антенны к мощности, подводимой ко входу рассматриваемой антенны
ω Отклонение от угла вещания антенны град Показывает, на сколько градусов данная точка отклонена от угла вещания антенны

 




 

Алгоритм решения:

Алгоритм нахождения электрической напряжённости в точке

В первую очередь для расчёта электрической напряжённости поля в заданной точки необходимо вычислить расстояние от фазового центра антенны до этой точки:



 

(1)

 

Затем следует рассчитать угол от горизонта, под которым видна из заданной точки антенна:

 

(2)

 

После этого необходимо вычислить нормированный множитель ослабления в заданной точке. Он связан с угловым раскрывом главного лепестка диаграммы направленности излучения антенны и углом, под которым видна антенна из заданной точки:

 

(3)

 

Зная все перечисленные параметры, можем рассчитать электрическую напряжённость поля в заданной точке. Она определяется множителем ослабления, расстоянием до антенны, коэффициентом направленного действия антенны и суммарной мощностью, поступающей на антенну:

 

(4)

 

Подставляя формулы (1)-(3) в (4), получаем конечное выражение E(x):

 

(5)

 

Решение задачи

Используя конечную формулу (5) и беря данные из таблицы исходных данных, получаем таблицу конечных значений E(x).

 

Таблица 2. Исходные данные

Параметр Значение
H 330 м
f 92…100 МГц
Pизобр 78000 Вт
Pзвук 24000 Вт
G
ΔD 0.15π рад
xmin 1361 м
xmax 5618 м

 

Таблица 4. Конечные значения E(ω)

ω, град D E, В/м
-175 0,000936 6,19E-05
-150 0,00482 0,000319
-125 0,01259 0,000833
-100 0,03525 0,002331
-75 0,1003 0,006632
-50 1,2735 0,084211
-25 10,2054 0,674842
1,785402
12,4632 0,824142
1,7324 0,114557
0,1162 0,007684
0,04738 0,003133
0,01835 0,001213
0,00743 0,000491
0,00268 0,000177

Таблица 3. Конечные значения E(x) при x = 2000 м.

x, м R, м Δ, рад F E, В/м
1341,231 0,248595 0,041578 0,297018
1535,871 0,21655 0,094267 0,588065
1731,733 0,191733 0,220446 1,219672
1928,445 0,171969 0,329689 1,638017
2125,77 0,155868 0,421637 1,900393
2323,553 0,142506 0,498258 2,05458
2521,686 0,131241 0,562023 2,135425
2720,092 0,121619 0,615245 2,167135
2918,715 0,113306 0,659894 2,166226
3117,515 0,106052 0,697577 2,143902
3316,459 0,099669 0,729585 2,107767
3515,523 0,094008 0,756947 2,06299
3714,687 0,088954 0,780485 2,013093
3913,937 0,084414 0,800855 1,960475
4113,259 0,080315 0,818584 1,90677
4312,644 0,076594 0,834097 1,853081
4512,084 0,073202 0,847741 1,800145
4711,571 0,070098 0,859799 1,748446
4911,1 0,067245 0,870501 1,698291
5110,665 0,064616 0,880042 1,64986
5310,264 0,062184 0,88858 1,603251
5509,891 0,059928 0,896249 1,5585
5709,545 0,05783 0,903162 1,515602
H, м F E, В/м
0,999993 4,790579
0,981442 4,700244
0,927153 4,43609
0,841134 4,018264
0,729585 3,477815
0,600261 2,853414
0,461709 2,187401
0,322475 1,521728
0,190376 0,894309
0,071927 0,336169
0,028051 0,130367

 



Таблица 4. Значения E(ΔD) при x = 2000м Таблица 5. Значения E(H) при d = 2000 м

ΔD, град F E, В/м
1,8 0,027769 0,131256
0,60916 2,879321
0,887213 4,193592
0,945289 4,468105
0,966132 4,566623
0,975871 4,612657
0,981186 4,637778
0,984399 4,652965
0,986488 4,662838
0,987921 4,669614
0,988948 4,674465

 




Рис 1. Распространение электромагнитных волн, излучаемых антенной

Выводы:

В ходе выполнения задачи была рассчитана напряжённость электрического поля на различных расстояниях от антенны. Построен график зависимости напряжённости электрического поля от расстояния до основания антенны E(x). График ведёт себя немонотонно: сначала возрастает, достигает максимума при х = 2700м, затем начинает убывать. Вероятно, это связано с тем, что антенна имеет некий угол вещания, на который приходится наибольшая мощность сигнала – вне этого угла электрическая напряжённость поля заметно меньше. При удалении на бесконечность E(x) стремится к значению фоновой электрической напряжённости среды.

Также был построен график зависимости напряжённости электрического поля от углового раскрыва главного лепестка диаграммы направленности излучения E(ΔD) при фиксированном x = 2000м. При увеличении угла раскрыва электрическая напряжённость резко возрастает. Скорее всего, это связано с тем, что плотность мощности остаётся неизменной, а угол её излучения увеличивается, что ведёт к увеличению площади охвата. С ростом ΔD скорость возрастания E заметно падает: при приближении угла раскрыва к 2π электрическая напряжённость стремится к некоему значению (при d = 2000 м она стремится к 4,68 В/м). Это связано с тем, что с ростом угла раскрыва главного лепестка диаграммы направленности относительный прирост площади, покрываемой этим лепестком, падает.

Построен график зависимости напряжённости электрического поля от высоты подвеса антенны E(H) при фиксированном расстоянии до основания антенны d = 2000 м. График показывает, что чем выше антенна, тем меньше напряжённость поля. Это связано с тем, что с ростом высоты антенны растёт и расстояние до приёмника, то есть увеличиваются потери сигнала в атмосфере.

Построен график зависимости напряжённости электрического поля от отклонения от угла вещания антенны. Видно, что распространение волн несимметрично относительно угла вещания: при отклонениях в сторону земли энергия поля гаснет быстрее. Если отклонение равно 0 градусов, значит, приёмник находится в самом центре эффективного угла вещания антенны, и мощность сигнала в этой точке максимальна. Если угол равен 90 градусов, значит, приёмник значительно отклонён от эффективного угла вещания, но ему всё же может приходить очень слабый отражённый сигнал. При отклонении 180 градусов приёмник находится прямо за антенной, то есть она вещает совершенно в другом направлении; в таких условиях сигнал практически не доходит, а электрическая напряжённость поля фактически равна фоновой электрической напряжённости среды.

Ответы на контрольные вопросы:

1. Какими параметрами характеризуются поля УВЧ-диапазона?

Поля УВЧ характеризуются частотой 300-3000МГц (либо длиной волны 100мм-1м), напряжённостью электрического поля E (В/м), напряжённостью магнитного поля H (В/м), плотностью потока энергии (Вт/м2).

2. Особенности влияния полей УВЧ-диапазона на биологические объекты.

На нервную систему МП оказывает преимущественно тормозное действие, угнетая условные и безусловные рефлексы, изменяя электроэнцефалограмму в сторону преобладания медленных ритмов и уменьшая частоту электрических разрядов отдельных нейронов. Электронномикроскопические исследования обнаружили нарушения структуры митохондрий в нервных клетках. Из отделов головного мозга наиболее магнитореактивными оказались гипоталамус и кора больших полушарий. Изолированные структуры мозга реагировали на МП интенсивнее, чем целостный мозг, что свидетельствует о непосредственном действии МП на нервную ткань. Гипофиз в ответ на магнитное воздействие изменял продукцию отдельных гормонов и прежде всего гонадотропных. Значительные морфологические изменения наблюдали в половых железах (особенно мужских), в надпочечниках и щитовидной железе. Изменения кровеносной системы выражались в расширении сосудов и кровоизлияниях. В крови наблюдались увеличение числа лейкоцитов, изменение свойств тромбоцитов и РОЭ. Реакции экспериментальных животных на МП обычно носили обратимый характер.

3. В каких сферах человеческой деятельности нашли наибольшее применение поля УВЧ-диапазона?

В промышленности УВЧ применяется для термической обработки металлов, древесины, стерилизации продуктов, в телевизионных и радиоприемниках, а также в качестве усилителя радиотелефонов. Наиболее широко УВЧ применяется в физиотерапии. Электромагнитные излучения диапазона 300 МГц — 300 ГГц широко используется в промышленных установках различного назначения (радиорелейная, тропосферная, спутниковая системы связи).

УВЧ-поле - электромагнитное, но его терапевтический эффект определяется в основном электрической его компонентой. Оно обладает высокой проникающей способностью, вызывает колебания ионов, электронную и атомную поляризацию - смещение электронных оболочек и атомных групп в пределах молекулы, а также ориентационную или дипольную поляризацию в полярных молекулах.

4. Защита от полей УВЧ-диапазона.

В системе мер профилактики неблагоприятного воздействия электромагнитных полей на организм человека первое место занимает информирование населения о возможной опасности электромагнитных излучений, необходимости соблюдать определенную осторожность при эксплуатации техники, создающей ЭМП, а также основных средствах и методах защиты от воздействия фактора. Мероприятия, направленные на охрану здоровья, должны начинаться на стадии проектирования излучающего оборудования и разработки проектной документации по его размещению. Каждое новое техническое устройство — источник ЭМП, должно иметь заключение на соответствие параметров излучения гигиеническим нормативным документам. При планировании размещения оборудования, создающего ЭМП в окружающей среде (ЛЭП, РЛС, антеннах систем объектов электросвязи), расчетным путем прогнозируются уровни электромагнитных полей на прилегающих территориях.


Лабораторная работа №1

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.