Расчет плотности потока энергии на территориях, прилегающих к РЛС

Среди искусственных источников ЭМП, создающих надфоновые уровни излучений, значительно возрастает роль источников СВЧ-и УВЧ-диапазонов. Так, для обеспечения безопасности воздушного движения в гражданской авиации применяются мощные обзорные, диспетчерские посадочные и другие радиолокационные станции. Радиолокаторы получили также широкое применение в метеорологии и других областях. В условиях постоянного увеличения мощности и количества РЛС в настоящее время они являются основным источником ЭМП сверхвысоких частот в населенных местах. Кроме того, интенсивная застройка районов, прилегающих к территориям аэропортов, метеорологических станций и других объектов, рост этажности застройки ведут как к увеличению количества населения, подвергающегося воздействию значительных уровней полей, так и постоянному увеличению интенсивности электромагнитного облучения в жилой застройке. Поэтому особенно важным представляется освоить методику расчета ожидаемых уровней и оценки электромагнитной обстановки на территории жилой застройки, прилегающей к радиолокационным комплексам различного назначения.

Электромагнитное поле, создаваемое РЛС, формируется в виде луча или лепестка игольчатой формы, называемой диаграммой направленности. Диаграммы направленности показывают распределение плотности энергии в зависимости от расстояния. На рис. 3.1 представлены диаграммы направленности по мощности в вертикальной П(Ө) и горизонтальной П(φ) плоскостях. Углы в вертикальной (Ө) и горизонтальной (φ) плоскостях определяют направление относительно оптической оси антенны, а расстояние от центра диаграммы до ее кривой - величину ППЭ(П), излучаемой в этом исправлении.

Рис. 3.1. График зависимостей П(Ө) и П(φ)

В гигиенической практике пользуются нормированными диаграммами направленности по максимальному значению мощности. Нормированные диаграммы направленности по мощности в вертикальной плоскости выражают зависимостями (рис. 3.2):

Рис. 3.2. Нормированная диаграмма направленности антенны по мощности в вертикальной плоскости

, (3.2); , (3.3)

Количественным выражением направленности антенны является ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности (2 Ө_0,5).

Расчет ППЭ, ожидаемого в местах предполагаемого строительства и размещения РДС, а также на территориях, прилегающих к действующим РЛС, производится с учетом технико-эксплуатационных характеристик РЛС и топографических особенностей рельефа местности.

, , (3.4)

где Р_ср - средняя мощность излучения, Вт; Р_ср = Р_u * ; Р_u - импульсная мощность;

- длительность импульса;

T_n - период посылки импульса;

g - коэффициент усиления антенны;

ф₃ - множитель, учитывающий влияние земли (1, 1-1,6);

Ө - угол между направлением максимума излучения диаграммы направленности и направлением на объект облучения (рис. 3.3).

Рис. 3.3. К расчету ППЭ(П)

Угол Ө определяется как сумма Ө= Δ+ Е₀, где Δ – угол облучения, определяемый из отношения

(ħ/r),

который следует брать со знаком плюс, если направление в точку облучения оказывается ниже линии горизонта, и минус – если выше. ħ – превышение антенны источника ЭМП над точкой облучения, определяемое из соотношения

ħ = h_a – H

h_a - высота установки антенны источника поля над уровнем земли,

H - высота точки облучения над уровнем земли.

В связи с тем, что источник излучения и контрольная точка (объект облучения) могут находиться на различных уровнях земли (рис. 3.4), при определении превышения необходимо учитывать понижение (h_пон) или повышение (h_пов) расположения контрольной точки (объекта) по отношению к расположению антенны излучения

.

Рис. 3.4. К определению превышения

Значения повышения или понижения определяются с помощью теодолитов или других аналогичных приборов. С учетом этих значений превышение определяется по следующим выражениям:

ħ = h_a - h_пов - Н;

ħ = h_a + h_пон - Н;

Таким образом, зная превышение ħ, рассчитывают угол облучения Δ, а по известной величине Е₀ находят угол Ө и его нормированную величину Ө/Ө_0,5.

Затем по графику (рис. 3.5) определяют значение F²(Ө/Ө_0,5), которое подставляют в формулу 2.1 как величину F²(Ө)/

Для прогнозирования и определения существующей электромагнитной обстановки в районе планируемого размещения РЛС или действующего объекта могут использоваться заранее построенные, так называемые вертикальные диаграммы излучений, которые представляют собой совокупность кривых в вертикальной плоскости, каждая из которых имеет постоянное значение ППЭ, построенных в прямоугольной системе координат r и ħ.

Рис. 3.5. График зависимости F² (Ө/ Ө_0,5)

Начало этой системы координат соответствует месту положения антенны, а ось r располагается горизонтально в направлении излучения антенны. Кроме кривых равных плотностей на график вертикальной диаграммы излучения наносятся линии максимального излучения антенны по углу места (E₀). Таким образом, зная расстояние до контрольной точки (Объекта облучения), превышение и угол места, по вертикальной диаграмме излучения можно определить, какой интенсивности электромагнитного облучения подвергаются жители данного района, санитарно-защитную зону источника ЭМП, необходимое удаление жилой зоны от расположений передатчика РЛС и предельную этажность строительства проектируемой застройки в районе РЛС.

В приложении 1. представлены заранее рассчитанные вертикальные диаграммы излучения для ряда радиолокационных станций и комплексов, применяемых в аэропортах гражданской авиации и метеорологии.

3.4. Примеры расчета

Пример 1.

Метеорологическая РЛС типа МРЛ-2 находится вблизи населенного пункта, расположенного с повышением по уровню местности относительно места установки РЛС на 2 м. Высота застройки в населенном пункте - не более трех этажей (8 м). Антенна РЛС поднята на высоту 12 м и работает при минимальном угле наклона антенны, равном нулю. Осуществить гигиеническую оценку электромагнитного облучения населения прилегающего жилого района. Основные технические характеристики РЛС представлены в приложении 2.

Решение.

Чтобы оценить электромагнитную обстановку в указанном жилом районе, необходимо знать фактическое значение плотности потока энергии (ППЭ), создаваемой РЛС МРЛ-2 на верхних этажах жилого массива, и сравнить с предельно допустимыми уровнями (ПДУ) ППЭ для населения при круглосуточном облучении для вращающихся и сканирующих антенн. Из табл. 3.1 находим, что ПДУ ППЭ для населения равен 5 мкВт/см². Фактическое значение ППЭ на верхних этажах жилых домов с учетом превышения можно определить из расчетной формулы

.

Количественные значения Р_ср, g, Ф_з для РЛС МРЛ-2 находим из приложения З.2. Для определения F²(Ө) необходимо знать угол облучения Δ и превышение ħ по уровню местности населенного пункта относительно места установки антенны МРЛ-2. Исходя из условия задачи, находим

ħ = h_a – H - h_пов = 12 – 8 – 2 = 2см

Тогда угол облучения Δ = arctg(ħ/r) = arctg(2/1000) = 1/500 раб ≈ 0,1°, угол Ө = Δ + E₀ = 0,1 + 0 = 0,1°,

а нормированное его значение при ширине диаграммы направленности антенны МРЛ-2Ө_0,5 равной 0,73 (приложение 3.2)

Далее по графику (рис. 3.5) находим F²(Ө/Ө_0,5) ≈ 0,9

Наконец, подставляем все известные данные в расчетную формулу, определяем фактическое значение ППЭ.

Вт/м² = 41 мкВт/см².

Таким образом, фактические значения ППЭ на верхних этажах значительно превышают ПДУ (5 мкВт/см²).

Пример 2.

Расположенную на расстоянии 500 м от РЛС МРЛ-4 территорию планируется застроить жилыми домами. Подходящая для этого местность имеет приблизительно такой же уровень по высоте, как и в месте установки РЛС. В процессе работы РЛС ее антенна может опускаться до нулевого угла места. Высота установки РЛС равна 12 м. Определить максимальную этажность застройки.

Решение.

Для определения этажности застройки Н необходимо знать превышение РЛС над точкой облучения (верхние этажи жилого массива) ħ, которое можно определить из расчетной формулы для определения ППЭ

следующим образом:

Из таблицы приложения 2.2 находим значения Р_ср, g , Ф_з для МРЛ-4 и подставляем их в расчетную формулу. Допустимый уровень ППЭ для населения согласно СН 1823-78 (табл. 8.1) для вращающихся и сканирующих антенн равен 5 мкВт/см². Тогда .

Так как F²(Ө) = F(Ө/Ө_0,5), по графику рис. 2.5 находим значение Ө/Ө_0,5, равное приблизительно 0,4. Зная ширину диаграммы направленности антенны МРЛ-4 (приложение 3.2) 2Ө_0,5 = 1,5°, находим значение угла Ө = 0,4 * Ө_0,5 = 0,4 * 0,75 = 0,3°. Так как Ө = Δ + E₀,

Δ = Ө - E₀ = 0,3 – 0 = 0,3°.

Далее из выражения Δ = arctg(π/r) определим значение ħ.

0,3 = arctg(ħ/500) или tg0,3 = ħ/500,

tg0,3 ≈ 0,005, тогда ħ = 0,005 * 500 = 2,5 м.

Зная превышение ħ и учитывая одинаковый уровень по высоте местности застройки и установки РЛС, из выражения ħ = h_a - Н находим максимально допустимую высоту застройки на указанной территории

H = h_a – ħ = 12 – 2,5 = 9,5 м,

что соответствует примерно четырем этажам.

Пример 3.

Определить радиус санитарно-защитной зоны диспетчерского радиолокатора типа ДРЛ, антенна которого установлена на высоте 14 м и может работать при минимальном угле места, равном 1°. Высота жилых домов прилегающей к территории застройки не превышает 3 этажей (8 м). Жилая застройка имеет понижение по местности относительно РЛС, равное 3 м.

Решение.

Для определения радиуса санитарно-защитной зоны указанного радиолокатора можно воспользоваться ранее построенной вертикальной диаграммой излучения этого радиолокатора (приложение 2.1), для чего необходимо знать превышение ħ, угол места E₀ и предельно допустимый уровень ППЭ для населения при круглосуточном облучении от вращающихся антенн.

Превышение ħ с учетом понижения h_пон. определим из выражения

ħ = h_a – H + h_пон. = 14 + 3 – 8 = 9м.

Согласно условию задачи, угол места равен 1°. Определив из табл. 2.1 ПДУ ППЭ, равный 5 мкВт/см², по вертикальной диаграмме излучения диспетчерского радиолокатора находим радиус санитарно-защитной зоны, равный приблизительно 4,5 км.

ЛИТЕРАТУРА

К разделу 1:

1.1. Временная методика нормирования промышленных выбросов в атмосферу (расчет и порядок разработки нормативов допустимых выбросов) - М.: Госкомгидромет, 1981.

1.2. ГОСТ 12.1.006-76. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.

1.3. ГОСТ 17.2.3-02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями. - М.: Изд. стандартов, 1979.

1.4. Константинова З.И. Защита воздушного бассейна от промышленных выбросов. - М.: Стройиздат. 1981.

1.5. Руководство по расчету загрязнения воздуха на промышленных площадках.- М.: Стройиздат. 1977.

1.6. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий, СН 245-71.- М.: Стройиздат, 1972.

1.7. Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, СН 369-74. - М.: Стройиздат, 1975.

К разделу 2:

2.1. ГОСТ 12.1.036-81 Шум. Допустимые уровни в жилых и общественных зданиях. - М.: Изд. стандартов, 1982.

2.2. Градостроительные меры борьбы с шумом.- М.: Стройиздатг 1975.

2.3. Ковригин С.Д. Архитектурно-строительная акустика. - М.: Высш. школа, 1980.

2.4. СН и П П-12-77 Защита от шума. Строительные нормы и правила. - М.: Стройиздат, 1977.

2.5. Шумовое загрязнение окружающей среды.Аналитический обзор. ВНТИЦ. Экология человека, выпуск 4.-М., 1981.

К разделу 3:

3.1. ГОСТ 12.1.006-76. Электромагнитные поля радиочастот. Общие требования безопасности. - М.: Изд. стандартов, 1977.

3.2. Крылов В.А., Юченкова Т.Ф. Защита от электромагнитных излучений. - М.: Сов. радио, 1973.

3.3. Методические указания по определению плотности потока энергии электромагнитного поля, размеров санитарно-защитных зон и размещению метеорологических радиолокаторов (М 1009-77).

3.4. Методические указания по определению уровней электромагнитного поля и гигиенические требования к размещению 0ВЧ-, УВЧ-, и СВЧ- радиотехнических средств гражданской авиации. - М.: Минздрав СССР, 1981.

3.5. Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека. - М.: Сов. радио, 1974.

3.6. Михнюк Т.Ф., Шакиров Р.С., Герасимович Л.П. Учебное пособие. Защита от электромагнитных излучений. -Мн,: МРГИ, 1983.