1.5. Расчет напряженности электрического поля и безопасных расстояний антенн

При проектировании антенных сооружений желательно заранее оценить уровни напряженности электрического поля. Хотя бы для того, чтобы не получить неприятную неожиданность по результатам измерений. Напряженность электрического поля в дальней зоне антенны связана с мощностью передатчика, усилением антенны и расстоянием от антенны следующим образом:

где:

Произведение P•Ga называется эффективной излучаемой мощностью. Она зависит от направления, т.к. усиление антенны изменяется от углов (диаграмма направленности антенны). Зависимости напряженности поля от эффективно излучаемой мощности и расстояния от излучателя показаны на рис. 1.1.1. Обратите внимание, что номограммы рис. 1.1.1 относятся только к дальней зоне и не применимы в ближней (реактивной) зоне антенны.


Рис. 1.1.1.

 

Плотность потока мощности в дальней зоне может быть вычислена по следующей формуле:

где:

Зависимости плотности потока мощности от эффективно излучаемой мощности и расстояния от излучателя показаны на рис. 1.1.2. Обратите внимание, что номограммы рис. 1.1.2 относятся только к дальней зоне и не применимы в ближней (реактивной) зоне антенны.


Рис. 1.1.2.

Пример 1

Передатчик сотовый станции GSM1800 мощностью 20 Вт работает на антенну с усилением 17 dBi, что составляет 50 раз (типичные значения для базовой станции). Значит эффективная излучаемая мощность в направлении главного лепестка 20•50 = 1 кВт. На расстоянии 30 м плотность потока мощности составит 20•50/(40•3,14•900) = 8,8 мкВт/см2.

 

Часто возникающая практическая задача – определить на каком расстоянии от данной антенны выполняются требования по лимитам FCC. Рассмотрим ее решение на примере радиолюбительских антенн.

Для коротковолнового передатчика мощностью 1 кВт построены графики рис. 1.1.3 (персонал) и 1.1.4 (население). По горизонтальным осям отложено усиление антенны (не максимальное, а текущее, для данного направления, берется из диаграмм направленности антенны), по вертикальным – безопасное расстояние в соответствии с требованиями таблиц 1.1.3 и 1.1.4 (нормы поля по FCC для обученного персонала, понимающего, что он находится в электромагнитном поле, и для ничего не подозревающего населения, соответственно). Передатчик предполагается непрерывно излучающим полную мощность. Построены кривые для всех девяти любительских КВ диапазонов. Данные рис. 1.1.3 и 1.1.4 относятся только к дальней зоне и не применимы в ближней (реактивной) зоне антенны.


Рис. 1.1.3.

Рис. 1.1.4.

Пользование номограммами рис. 1.1.3 и 1.1.4 несложно:

 

Пример 2

Допустим, мы имеем SSB передатчик 500 Вт с микрофонным компрессором. Средняя мощность при работе такого компрессора составляет половину максимальной (это очень хороший компрессор), то есть 250 Вт. Отношение времени передачи к общему времени составляет 1:4 (типичное значение). Мы работаем в диапазоне 14 МГц на антенну «тройной квадрат» на высоте 8 м над землей. В таких условиях антенна имеет максимальное усиление 12 dBi (из результатов моделирования с учетом отражения от земли).

По графикам рис. 1.1.4 находим, что населению не стоит находиться к нашей антенне ближе 19 м. Это если в антенне киловатт непрерывной передачи. А у нас средняя мощность передатчика 250 Вт делится еще вчетверо исходя из того, он работает только четверть времени. Итого имеет 250/4 = 62,5 Вт. Это в 16 раз меньше киловатта, значит найденные 19 м надо разделить на 4. Итого, безопасное расстояние для населения в нашем случае составляет 19/4 = 4,75 м. Таким образом, при мачте 8 м вы можете ни о чем не волноваться. И окружающее население – тоже.

 

Пример 3

RTTY передатчик 1000 Вт, диапазон 28 МГц, передатчик работает половину времени 1:2 (например, телетайпный контест). Антенна тоже с усилением 12 dBi.

По графикам рис. 1.1.4 получаем расстояние 40 м. Наша средняя мощность 500 Вт, значит, уменьшаем расстояние в 1,4 раза. Получаем 28 м. Это означает, что если ваша антенна светит в окна соседнему дому, стоящему ближе 28 м, то надо что-то менять. Или уменьшать мощность, или отворачивать антенну, чтобы в направлении того дома усиление стало бы не 12 dBi, а меньше, или поднимать антенну повыше.

 

На рис. 1.1.5 (персонал) и 1.1.6 (население) построены аналогичные график для радиолюбительских УКВ диапазонов и непрерывно излучающего передатчика 100 Вт. Пользование этими рисунками точно такое же, как и описано выше для КВ.


Рис. 1.1.5.

Рис. 1.1.6.

 

Пример 4

4-х элементная Уда-Яги 432 МГц с усилением 10 dBi. Подключен передатчик в режиме несущей 10 Вт. Антенна стоит на временной 1,5 м стойке, а мы обходим ее с индикатором и снимаем форму диаграммы направленности. По рис. 11.5 находим, что безопасное расстояние при мощности 100 Вт для персонала составит 3,8 м. А для наших 10 Вт оно будет в 3,16 раз меньше, т.е. 1,2 м. Это означает, что не стоит полчаса находиться в главном лепестке ближе 1,2 м. Во всяком случае, если это и приходится делать, то обязательны паузы на большем расстоянии или отключения передатчика, так чтобы средняя мощность не превышала бы 10 Вт.



На главную - Main page