Высокочастотное электромагнитное загрязнение

К таким источникам (/ = 104—1017 Гц) следует отнести: радиостанции и радиоаппаратуру; средства стационарной радиосвязи; мобильную связь; широкополосные радиопомехи, вызванные различными физическими явлениями; автотранспорт и др.

Радиолокационные станции. Являются одним из видов радиотехнических средств. Они находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, при космических и научных исследованиях, в гидрометеорологии, в военном деле. С помощью РЛС решаются проблемы управления и контроля воздушным, морским и речным транспортом, обеспечивается противовоздушная безопасность страны.

Радиолокационные станции включают в себя передающие и приемные устройства, антенно-фидерный (антенно-волноводный) тракт, устройства обработки и отображения информации. Основными источниками ЭМП в РЛС являются передающее устройство и антенно-фидерный тракт.

Передающее устройство преобразует подводимую к нему электрическую энергию в электромагнитные колебания заданной высокой частоты, которые через фидерный тракт поступают к антенне.

Радиолокационная станция работает в импульсном режиме, при котором излучение и прием сигналов происходят в разное время. В момент, когда передатчик работает, электромагнитная энергия (ЭМэ) поступает в антенну и излучается в окружающую среду. Во время паузы между двумя излучениями та же антенна принимает отраженный радиоимпульс, и энергия поступает в приемник.

Антенна РЛС, как правило, обладает высокой направленностью излучения, которое характеризуется нормированной диаграммой направленности [7].

Радиолокационные системы работают на дискретных частотах широкого спектра электромагнитных колебаний от 137 МГц до 37,5 ГГц в режиме импульсной модуляции с различными длительностями импульсов и пауз между ними.

Радиолокационные системы могут быть наземными или мобильными, их размещают на движущихся автономных объектах (морские и речные суда, летательные аппараты и др.). Площади объектов, где размещаются антенны, крайне ограничены, вследствие чего могут формироваться ЭМП довольно высокой плотности энергии.

Разнообразие радиотехнических систем радиолокации, связи, радионавигации привело к конструированию антенн, формирующих различные по форме диаграммы направленности, такие, например, как игольчатый (карандашный) луч, косеканс-квадратная диаграмма, У-образный луч, плоская диаграмма и многие другие. Появились антенны с переменной фокусировкой, фокус которых может быть установлен на малом расстоянии. Сфокусированные апертуры могут концентрировать в сравнительно небольшом объеме значительную часть излучаемой энергии. ППЭ в фокусе особенно велика при малом фокусном расстоянии, что повышает опасность воздействия ЭМИ на человека.

Помимо пространственных параметров облучения РЛС имеют место и временные, которые определяются перемещением луча либо в горизонтальной (вращение, перемещение в секторе), либо в вертикальной плоскости (сканирование). Радиус действия таких антенн может быть от нескольких десятков до сотен километров. Характерной особенностью структуры излучаемой энергии всех антенн РЛС является острая диаграмма направленности.

В настоящее время механические методы обзора пространства сохраняются во многих системах воздушной и морской радионавигации, гидрометеообслуживании, аэродромного обслуживания, противовоздушной обороны и т. п. В последние годы интенсивно разрабатываются и внедряются автоматические методы управления лучом с возможностью перемещения его в различных плоскостях.

Источниками излучения радиорелейных систем прямой видимости, тропосферных радиорелейных линий и спутниковых систем радиовещания, телевидения, радиосвязи, работающих в диапазоне частот 700 МГц — 30 ГГц, в непрерывном режиме, являются антенны различной конструктивной модификации. Однако практически все они относятся к классам апертурных, имеющих многолепестковые диаграммы направленности, что и обусловливает сложную структуру ЭМП вблизи радиотехнических объектов.

Для современных радиотехнических комплексов характерно размещение нескольких антенных систем на относительно небольших пространствах, что создает неблагоприятную электромагнитную обстановку не только на прилегающей к объекту местности, но и на отдаленных от него селитебных территориях.

К наиболее распространенным объектам такого рода относятся, прежде всего, современные аэропорты гражданской авиации. Для обеспечения безопасности воздушного сообщения используются РЛС, работающие в диапазоне частот от 0,3 до 37,5 ГГц, в режиме импульсной модуляции с частотой следования импульса до 1000 Гц. По назначению наземные РЛС подразделяются на обзорные радиолокаторы трассовые, трассовые радиолокационные комплексы, обзорные радиолокаторы аэродромные, РЛС обзора летного поля, посадочные РЛС, метеорологические радиолокаторы. Наземные РЛС могут быть одночастотные, создающие одну диаграмму направленности антенны, двухчастотные для автоматизированных систем, двухчастотные, формирующие две диаграммы антенны в вертикальной плоскости, и многочастотные, создающие многолучевые диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

Радиорелейные линии связи. Источниками непрерывного и им-пульсно-модулированного ЭМИ СВЧ диапазона в населенных местах могут быть антенные системы радиорелейных линий связи мощностью от 2 до 10 Вт. На расстоянии от антенн уровни интенсивности поля составляют от 0,1 до 1,5 мкВт/см2. Тропосферные линии связи с излучаемой мощностью от 1 до 10 кВт создают на территории их размещения на расстояниях от 1 до 25 км уровни ППЭ от 1 до 7 мкВт/см2.

Остронаправленная диаграмма излучения антенн радиорелейной линии прямой видимости формирует биологически значимые мощности только на уровне главного лепестка излучения. Поэтому размещение таких радиотехнических объектов допустимо в пределах населенных пунктов и не требует осуществления каких-либо защитных мероприятий. ЭМэ, передаваемая тропосферной линией связи, распространяется вдоль поверхности прилегающей территории и при увеличении излучаемой мощности в населенных местах может представлять определенную опасность.

Радиолокационная техника широко применяется в системе гидрометеорологической службы. Оценка уровней ППЭ, излучаемых РЛС, показала значительную их вариабельность, определяемую разными причинами: мощностью (60—210 кВт), высотой установки антенны, расстоянием от источника. По данным измерений, значения ППЭ были в пределах от единиц микроватт на квадратный сантиметр до 70 мкВт/см2. При этом максимальные значения на селитебных территориях регистрировались на расстоянии 600—900 м.

Радары. Рассматривая вопросы экологической безопасности при использовании радиоэлектронных и радиотехнических средств, следует обратить внимание на широкое распространение радаров для измерения скорости движения автотранспорта. В США запрещено применение ручных скоростемеров для радиолокационного визирования цели, так как у многих (десятки) блюстителей порядка были диагностированы злокачественные кожные заболевания вокруг глаз.

Радары используют и на железнодорожном транспорте в качестве скоростемеров при сортировке вагонов. Для этих целей применяют доплеровские измерители скорости, излучающие энергию антеннами щелевого типа, работающие на частоте 9,375 МГц. Антенны размещаются вдоль железнодорожного полотна и создают ЭМИ невысоких уровней, от единиц до десятков микроватт на квадратный сантиметр.

Для обеспечения ЭМБ при эксплуатации РЛС различного назначения применяются соответствующие каждому варианту способы и средства защиты от ЭМИ.

Средства стационарной радиосвязи. Многопрофильные радиоэлектронные средства создают ЭМИ в широком диапазоне частот и с различной модуляцией. Наиболее распространенными источниками ЭМП, вносящими вклад в формирование электромагнитного фона как производственной, так и окружающей среды, являются центры радиовещания и телевидения. В последние десятилетия построено большое количество передающих радиостанций и телецентров. Для обеспечения устойчивого приема радиовещательных и телевизионных передач на больших расстояниях увеличиваются их мощности, устанавливаются радио- и телеретрансляторы.

Современный передающий радиоцентр, или радиостанция, представляет собой комплекс энергетического и радиотехнического оборудования, в состав которого входят трансформаторная подстанция, передатчики с распределительными электросиловыми установками, линии канализации энергии с коммутаторами и антенное поле (с размещением антенн различных типов). Объект, содержащий технические средства, излучающий ЭМВ в окружающую среду, именуется как «передающий технический объект». Для радиовещания и радиосвязи используют ЭМП в диапазоне частот 30 кГц — 300 МГц; передающие средства телевидения, радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной связи работают в диапазоне от 30 МГц до 3000 МГц, а также на частотах от 700 МГц до 300 ГГц.

Электромагнитные поля в производственных помещениях ПТО (аппаратные, генераторные залы) создаются различными источниками. Интенсивности ЭМП зависят от конструктивного исполнения передающих устройств, от степени экранирования высокочастотных блоков и элементов схем, от системы и монтажа линий передачи энергии, коммутирующих устройств, от частоты и генерируемой мощности РТУ. Нерационально размещенные передатчики, открытые фидерные линии, коммутаторы создают высокие уровни ЭМП на рабочих местах.

Наибольшие уровни напряженности ЭП в технических зданиях отмечаются в генераторных залах, где сосредоточено от нескольких единиц до десятков радиопередатчиков. На формирование электромагнитной среды оказывают влияние конструктивные особенности РТУ, их размещение, наличие металлических конструкций, провода и кабели различного назначения. В объеме помещения создаются ЭМП ближней зоны. Метрологические исследования полей в генераторных залах показали, что энергия электрической составляющей ЭМП превалирует по величине над магнитной составляющей. При этом значения напряженностей МП ниже ПДУ, установленных гигиеническими нормативами.

При эксплуатации передатчиков ранних выпусков значения напряженностей ЭП у передних панелей составляли от 5 до 100 В/м; у пульта управления, размещенного в генераторном зале, — от 8 до 70 В/м. Исследования показали, что значения напряженностей ЭП зависят от ряда факторов. Излучателями энергии могут быть металлические шкафы высокочастотных трактов радиопередатчиков, каскады умножителей частоты и сложения мощностей, выходные мощные каскады, отрезки высокочастотных фидеров, неэкранированные коммутирующие устройства, контрольно-измерительные цепи, кабельные сети, связанные с мощными каскадами высокой частоты. Гигиеническая оценка электромагнитной среды в генераторных залах различных передающих центров и сопоставление значений напряженностей ЭП и МП со степенью экранирования радиопередающих устройств и других ВЧ систем позволили все радиопередающие центры распределить по группам:

  • • первая группа — все РТУ имеющие надежное электромагнитное экранирование (экранированы радиопередатчики, ВЧ фидеры, антенные коммутаторы и другая аппаратура);
  • • вторая группа — РТУ с неэффективным электромагнитным экранированием (недостаточно экранированы передатчики, ВЧ фидеры и антенные коммутаторы);
  • • третья группа — РТУ, не имеющие электромагнитных экранов, у которых не экранированы ВЧ фидеры и антенные коммутаторы и неэффективно экранированы каскады передатчиков;
  • • четвертая группа — РТУ, не имеющие электромагнитных экранов, у которых не экранированы ВЧ фидеры большой протяженности, антенные коммутаторы, расположенные в генераторном зале, неудовлетворительно экранированы передатчики;
  • • пятая группа — РТУ не имеющие электромагнитных экранов, у которых передатчики нерационально размещены в генераторном зале и имеют большую разветвленность ВЧ фидеров и открытые антенные коммутаторы.

В радиоцентрах первой группы максимальные значения напряженностей ЭП лежат ниже допустимой величины. У РТУ второй группы максимальные уровни напряженностей ЭП практически соизмеримы с гигиеническими нормативами. В третьей и четвертой группах необходимо проведение комплекса мероприятий по улучшению экранирования РТУ, которые обеспечат снижение величин напряженностей ЭП. Что касается пятой группы радиостанций, они требуют модернизации.

Значительное влияние на электромагнитную среду генераторных залов могут оказать участки выхода экранированных ВЧ фидеров из технического здания или антенного павильона в случае, когда отсутствуют согласования и симметрия в местах соединения их с внешней фидерной системой.

В настоящее время телевизионное вещание в стране осуществляется несколькими сотнями телевизионных станций разной мощности, работающих в широком диапазоне частот — от 48 до 960 МГц. Развитие телевизионного вещания осуществляется за счет строительства новых и реконструкции существующих телевизионных станций. При этом большое внимание уделяется увеличению мощностей передающей аппаратуры, повышению КПД излучающих антенных систем, увеличению каналов телевещания, расширению рабочего диапазона частот ЭМИ в сторону УВЧ диапазона (дециметровых волн).

Передающую аппаратуру в зависимости от ее мощности разделяют на три группы: маломощные передатчики (до 5/2,5 кВт); передатчики средней мощности (до 25/7,5 кВт); мощные (до 50/15 кВт), где первая цифра характеризует мощность видеопередатчика, вторая — мощность передатчика звукового сопровождения. Для расширения сети телевещания на большие территории увеличивается число не только телецентров, но и РТС. В состав телевизионной РТС входят: конечный или промежуточный пункт междугородной линии связи; телевизионная радиостанция мощностью не менее 2 кВт; двухпрограммная вещательная радиостанция (УКВ), состоящая из четырех двухкиловаттных передатчиков и блока местных сигналов для передачи изображения настроечной таблицы со звуковым сопровождением. Количество промежуточных станций при ретрансляции определяется длиной радиорелейной линии. Передача производится в СВЧ диапазоне. На промежуточных станциях принятые слабые сигналы усиливаются, преобразуются по частоте и через систему антенн передаются на следующую станцию. На конечной станции снятые с приемной антенны сигналы преобразуются по частоте и через систему антенн излучаются в эфир. Количество и мощность передатчиков на ретрансляционных станциях аналогичны передающим устройствам телецентров, а коэффициент усиления и высота подвеса антенн определяются размерами обслуживаемой территории.

В последние годы интенсивно развиваются и сравнительно широко используются системы подвижной радиосвязи. Для них также необходимо обеспечение экологической безопасности. Технические средства связи, расположенные на подвижных объектах (автомобильные, портативные и ручные радиостанции и радиотелефоны), создают ЭМП сложной структуры. Персонал, пользующийся портативными средствами радиосвязи, находится в ближней зоне излучения. ЭМО формируется за счет основного источника излучения и вторичных излучателей. Близкое расположение металлических поверхностей к источнику в замкнутом пространстве (например, автомобиль) приводит к образованию неоднородного поля с выраженными зонами стоячих волн в пространстве. Нахождение пользователя в ближней зоне также оказывает влияние на его формирование. При использовании портативных средств связи может быть различная локализация интенсивного воздействия излучения. Так, при эксплуатации ручных радиотелефонов наибольшему воздействию ЭМП подвергается голова, при использовании портативных раций — область поясницы, спины, на подвижном объекте (например, автомобиль) оказывается общее воздействие в сочетании с интенсивным локальным (голова).

Для обеспечения безопасности должны применяться различные методы и средства защиты от электромагнитного воздействия. На каждый ПТО, как и на любое техническое средство, входящее в его состав, составляется санитарно-технический паспорт по фактору электромагнитных излучений.

Мобильная связь (МС) получила практическое применение в мире с конца 1970-х — начала 1980-х гг. К МС относятся беспроводный телефон, персональный радиовызов (пейджинг), сотовая связь (СС), транковая связь и мобильная спутниковая связь.

Беспроводный телефон содержит два основных блока: один устанавливается вблизи телефонной розетки и подключается к ней, а другой представдяет собой переносную трубку. В обоих блоках находятся радиостанции двухсторонней связи. Радиусы действия радиостанций составляют от сотен метров у маломощных передатчиков до десятков километров для автомобильных радиостанций. Беспроводные телефоны в России работают на частотах 814—815 и 904—905 МГц, 450—1800 МГц с различными видами модуляции (11, 50 и 270 Гц).

Пейджинг — система односторонней МС (односторонний мобильный телеграф). Пейджинг осуществляет передачу коротких сообщений с терминала центра системы на абонентские приемники — пейджеры. Радиус действия пейджинговых систем может достигать 100 км.

Наиболее распространенным и чрезвычайно быстро развивающимся видом МС является СС. Она работает на частотах от 400 до 2000 МГц.

Работа МС сопряжена с ЭМИ. Источниками ЭМИ радиочастотного диапазона являются и БС, и радиорелейные линии связи, и подвижные станции.

Особенность БС и радиорелейных линий связи в том, что они равномерно распределены по территориям городов, максимально приближены к местам проживания человека и излучают ЭМП круглосуточно.

У подвижных станций наиболее интенсивные ЭМП регистрируются в непосредственной близости от радиотелефона (на расстояниях до 5 см). Мощность их излучения лежит в интервале от 0,8 до 20 Вт. В принятом в нашей стране за основу европейском стандарте GSM (частотный диапазон 880—915 МГц) абонентские аппараты излучают мощность 2 Вт. ППЭ в системе GSM-900 (900 МГц) — 20—159 мкВт/см2. В системе телефона NMT-450I (450 МГц) ППЭ лежит в интервале 316—1000 мкВт/см2.

Характер распределения ЭМП в пространстве, окружающем телефон, значительно изменяется в присутствии абонента (при разговоре человека по телефону). Голова человека при этом поглощает от 10,8 до 98 % энергии, излучаемой модулированными сигналами различных несущих частот.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >