Разработка методики расчета и программы для исследования параболической антенны с полосковым облучателем

Разработка методики расчета и программы для исследования параболической антенны с полосковым облучателем

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень сокращений

Введение

. Основные типы параболической антенны

. Патентные исследования

. Методика расчета параболической антенны с полосковым излучателем

. Исследование характеристик излучения параболических антенн

.1 Модифицированный резонансный метод

.2 Излучение пространственных волн

.3 Излучение поверхностных волн

.4 Учет потерь в параболической антенне. Эффективность излучения. Коэффициент полезного действия параболической антенне

.5 Диаграмма направленности параболической антенны

. Анализ результатов исследования

. Безопасность параболической антенны

.1 Воздействие электромагнитных излучений на организм человека

.2 Допустимые уровни воздействия электромагнитного поля

.3 Средства защиты от воздействия электромагнитных волн

.4 Устройство помещений и размещение оборудования в них

.5 Защита от электрических и магнитных полей и электромагнитных излучений

. Экологическая экспертиза

.1 Влияние радиоволн на окружающую среду

.2 Биофизика воздействия электромагнитного поля СВЧ излучения на организм

.3 Допустимые нормы облучения СВЧ излучением

.4 Методы защиты от электромагнитных полей

.5 Измерение напряженности и плотности потока энергии электромагнитных полей

. Технико-экономическое обоснование исследования эффективности излучения параболической антенне

Заключение

Список использованных источников

Приложение 1. Алгоритм программы расчета характеристик параболической антенне

Приложение 2. Текст программы расчета характеристик параболической антенне

Ведомость дипломной работы

Перечень сокращений

ПА - полосковая антенна

ИЭ - излучающий элемент

ФАР - фазированная антенная решетка

РЭА - радиоэлектронная аппаратура

КПД - коэффициент полезного действия

КНД - коэффициент направленного действия

ДН - диаграмма направленности

АР - антенная решетка

ТЭО - технико-экономическое обоснование

СВЧ - сверхвысокие частоты

НИР - научно-исследовательская работа

МП - малое предприятие

Введение

В данной дипломной работе было целью разработка методики расчета и программы для исследования параболической антенны с полосковым облучателем. Назначение антенны - прием передач спутникового телевидения.

Прием сигналов спутникового телевидения осуществляется специальными приемными устройствами, составной частью которых является антенна. Для профессионального и любительского приемов передач с ИСЗ наиболее популярны параболические антенны, благодаря свойству параболоида вращения отражать падающие на его апертуру параллельные оси лучи в одну точку, называемую фокусом. Апертура - это часть плоскости, ограниченная кромкой параболоида вращения.

Параболические антенны - антенны, фокусирующие сигнал со спутника в центре своей окружности. Спутниковая антенна - единственный усиливающий элемент приемной системы, который не вносит собственных шумов и не ухудшает сигнал, а следовательно, и изображение. Антенны с зеркалом в виде параболоида вращения делятся на два основных класса: симметричный параболический рефлектор и асимметричный . Первый тип антенн принято называть прямофокусными, второй - офсетными.

Качество материала также влияет на характеристики антенны. Для изготовления спутниковых антенн в основном используют сталь и дюралюминий. Одной из основных тенденций развития современной радиоэлектроники СВЧ является миниатюризация радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Значительные успехи в этом направлении получены при самом широком использовании последних достижений микроэлектроники как в части низкочастотных блоков РЭА, так и её СВЧ модулей. Применение интегральной технологии при создании антенно-фидерных устройств позволяет успешно выполнять противоречивые требования к электродинамическим, аэродинамическим, габаритным, весовым, стоимостным, конструктивным и другим параметрам.

Параболические антенны, изготавливаемые по интегральной технологии, обеспечивают высокую повторяемость размеров, низкую стоимость, малую металлоемкость, габаритные размеры, массу. Для сравнения: турникетная антенна на полуволновых вибраторах с рефлектором имеет массу 200…300 г., аналогичная ПА с теми же электродинамическими характеристиками - на порядок меньше . ПА способны излучать энергию с линейной, круговой и эллиптической поляризацией, допускают удобные конструктивные решения для обеспечения работы в двух- или многочастотных режимах, легко позволяют объединить многие ИЭ в ФАР и разместить их на поверхностях сложной формы. Кроме того, ПА обладают высокими аэродинамическими, механическими и температурными характеристиками.

К недостаткам ПА относятся прочность, трудность конструирования перестраиваемых устройств и измерения параметров печатных элементов.

Антенны в печатном исполнении применяются в диапазоне частот от 100 МГц до 30 ГГц при малых и средних уровнях мощности. На очень низких частотах масса и размеры антенны, сравнимые с длиной волны, становятся весьма значительными. На более высоких частотах эти антенны не имеют преимуществ по сравнению с другими.

Рис.1Эскиз параболической антенны

Параболическая антенна состоит из облучателя и зеркала, которое, преобразуя волну, пришедшую от облучателя в плоскую, формирует остронаправленное излучение. На рис.1 приведен эскиз параболического зеркала с указанием лучей, идущих из фокуса зеркала F, где находится точечный источник сферических волн. Отрезок OF называется фокусным расстоянием и обозначается ƒо. Часть плоскости (при Z = Z0), ограниченная кромкой параболоида, называется раскрывом зеркала. Линия CD представляет собой сечение плоскости раскрыва параболоида.

Ломаная линия FAB обозначает путь произвольного луча электромагнитной волны облучателя. Из аналитической геометрии известно, что длина этого пути не зависит от положения точки на поверхности параболоида. Поэтому все, отраженные от зеркала, лучи в плоскости раскрыва и плоскостях, параллельных ей, оказываются в фазе. Таким образом, параболическая антенна преобразует сферическую волну точечного источника в плоскую. Реальные облучатели не являются точечными. Однако, если фазовый центр облучателя совпадает с фокусом параболоида, можно считать, что облучатель является точечным источником, расположенным в фокусе параболы.

Рис 2. К формированию диаграммы направленности антенны

Увеличение смещения ΔX приводит к появлению фазовых искажений (преимущественно кубических) в раскрыве антенны. Чтобы величина фазовых искажений не превышала допустимой (450), должно выполняться условие

Δх 0,6 λ/sinΨ0, (1)

где λ - длина волны,

Ψ0 - угол раскрыва зеркала.

Смещение облучателя из фокуса в направлении перпендикуляра к оси параболы широко используется в практике для управления диаграммой направленности параболической антенны. При этом обычно облучатель перемещается не перпендикулярно оси Z, а по дуге, радиус которой равен фокусному расстоянию.

При смещении облучателя вдоль фокальной оси (вдоль оси Z) также возникают нелинейные (преимущественно квадратичные) фазовые искажения поля в раскрыве антенны, которые приводят к расширению диаграммы направленности параболической антенны и исчезновению нулей на ней.

Диаграммы направленности реальных облучателей таковы, что не вся, излученная облучателем, энергия попадает на зеркало. Часть энергии облучателя проходит мимо зеркала, что увеличивает уровни боковых лепестков диаграммы направленности зеркальной антенны.

Коэффициент направленного действия (КНД) параболической антенны можно рассчитать по формуле (1.2).

, (2)

где S - площадь поверхности раскрыва;

νрез = νη1 - результирующий КИП (коэффициент использования поверхности раскрыва) зеркальной антенны;

ν - КИП раскрыва зеркала (апертурный КИП), определяемый только амплитудным распределением в раскрыве (если раскрыв возбуждается синфазно);

η1 = РΣ/ РОБЛ- отношение мощности, излученной зеркалом, к мощности излученной облучателем (потери в зеркале здесь не учитываются).

Коэффициент усиления (КУ) G можно определить по формуле

G = η2*D, (3)

где η2 = РΣ / РОБЛ;

Р ОБЛ - мощность подведенная к облучателю.

Коэффициент η2, который можно назвать КПД зеркальной антенны, учитывает тепловые потери энергии в облучателе, в элементах крепления облучателя, в краске, покрывающей внутреннюю поверхность зеркала и т.д.

Если при заданной форме зеркала (R0/ƒ0 = const) расширять диаграмму направленности облучателя, то облучение зеркала становиться более равномерным (апертурный КИП растет), что ведет к росту ν рез и КНД. Однако вместе с тем увеличивается доля энергии, проходящей мимо зеркала (уменьшается η1), что уменьшает νрез и КНД.

При сужении диаграммы направленности облучателя возрастает неравномерность амплитудного распределения (уменьшается ν), при этом уменьшается νрез и КНД, но одновременно уменьшается переливание энергии через края зеркала (растет η1), что вызывает увеличение νрез и КНД.

Два, противоположно действующих на КНД антенны, фактора при постоянной величине R0/ƒ0 или угла раскрыва зеркала (2Ψ0) и при изменяемой ширине диаграммы направленности облучателя, определяют условия оптимального облучения зеркала, при котором КНД становится максимальным.

Для большинства, применяющихся на практике, облучателей оптимальное условие облучения зеркала выполняется, если диаграмма направленности облучателя обеспечивает уменьшение напряженности поля на краях зеркала (ЕКР) относительно напряженности поля у его вершины (Е0) на 10 дБ, т.е. 20lg(ЕКР /Е0) = -10 дБ или ЕКР /Е0 = 0,316.

Диаграмма направленности параболической антенны определяется диаграммой направленности облучателя и формой зеркала (R0 /f0)

1. Основные типы параболической антенны

Исследуемая в данной работе антенна состоит из параболического зеркала 1 и облучателя 2, помещенного в фокус параболоида (рис.3). В качестве облучателя используется слабонаправленная полосковая антенна, а в качестве зеркала - поверхность, образованная вращением параболы вокруг своей оси Z (параболоид вращения).

Антенна характеризуется следующими геометрическими размерами (рис.3):

радиусом раскрыва R;

фокусным расстоянием F;

углом раскрыва j0 .

В прямоугольной системе координат (рис.3) поверхность параболоида описывается выражением:

+ y2 = 4Fz (4).

Антенна сохраняет все свои характеристики при выполнении следующего условия:

(R,F) >> l (5) .

Здесь l - длина волны в свободном пространстве, соответствующая излучаемому или принимаемому сигналу. Условие позволяет при анализе принципа действия антенны пренебречь в первом приближении дифракционными эффектами и рассматривать ее с позиции геометрической оптики.

На рис.4 изображено сечение параболоида плоскостью, проходящей через ось Z (рис.3).

Следует отметить два свойства рассматриваемой поверхности зеркала, которые формулируются следующим образом.

. Расстояние от точки F называемой фокусом параболоида, лежащего на его оси (ось z), до любой точки Мi , лежащей на прямой МN, перпендикулярной оси, по ломаным путям FPiMi (Pi - точка на зеркале) одинаковы (FP1M1 = FP2M2 = ¼);

. Нормаль n к поверхности зеркала в любой точке лежит в плоскости чертежа рис.2 и составляет угол q/2 с прямой, соединяющей эту точку на зеркале с точкой F и с прямой параллельной оси.

Эти геометрические свойства поверхности определяют принцип действия антенны. Рассмотрим ее работу в режиме передачи. Волна, формируемая полосковым излучателем малых размеров 2 , близка по своим свойствам к неоднородной сферической. С позиций геометрической оптики ее можно представить лучами FPi (рис.4), которые падают на поверхность параболоида. Вследствие второго свойства параболического зеркала, после отражения от него лучи будут распространяться по траекториям, параллельным оси антенны. Таким образом ломанные линии FPiMi представляют собой части траекторий этих лучей.

Благодаря первому свойству параболического зеркала фазовый набег на различных частях траекторий FPiMi оказывается одинаковым. Легко понять, что поверхность, на которой фазы лучей, отраженных от зеркала, будут одинаковы (фазовый фронт волны), представляет собой плоскость, перпендикулярную к оси z (рис.3,4). Это означает, что созданная облучателем волна, близкая по свойствам к сферической, преобразуется в плоскую. Таким образом, параболическое зеркало трансформирует относительно широкую диаграмму направленности излучателя (400 - 700) в узкую, шириной в доли градуса.

Работа антенны в режиме приема рассматривается аналогичным образом. Плоская волна, падающая на зеркало, фокусируется им (преобразуется в сходящуюся) на облучатель.

В качестве облучателей параболических антенн могут быть использованы:

вибраторные облучатели, представляющие собой систему "активный - пассивный вибратор", "активный вибратор - плоский контррефлектор";

рупорные облучатели (пирамидальные рупоры, конические рупоры);

щелевые облучатели;

спиральные облучатели.

В настоящей работе в качестве облучателя используется малогабаритная полосковая антенна, методы ее анализа рассмотрены в отдельном разделе.

При строгом анализе зеркальной параболической антенны используется волновой подход для определения поля в ее дальней зоне. Например, при анализе ее работы в качестве передающей, определяются вторичные токи, распределенные по поверхности параболического зеркала. Появление этих токов обусловлено падающей на зеркало электромагнитной волной от облучателя. Вторичные токи и формируют излучение антенны в дальней зоне.

Каждый тип облучателя обеспечивает отличное от других распределение вторичных токов по поверхности параболического зеркала. Следовательно, тип облучателя влияет на характеристики направленности антенны в целом.

Важным моментом при разработке конструкции зеркальной параболической антенны является согласование характеристик направленности облучателя и геометрических размеров зеркала. На рис.5 изображено сечение параболоида плоскостью, проходящей через ось Z (рис.5) и отмечены точка фокуса F, в которой расположен облучатель и угол раскрыва φ0.

С практической точки зрения важно, чтобы энергия электромагнитной волны, создаваемой облучателем, по возможности полно перехватывалась и переотражалась зеркалом. Для этого диаграмма направленности облучателя должна быть ограничена прямыми AF и BF (рис.5).

На рис.5 изображена диаграмма направленности облучателя в полярной системе координат и отмечены два уровня 1 и 0,3. Им соответствуют две пунктирные окружности. Пересечение этих окружностей с диаграммой направленности облучателя определяет направление главного максимума и направления, в котором амплитуда излучаемой волны уменьшается до уровня 0,3 от максимального значения.

На рис.5 прямые AF и BF проходят через эти точки пересечений. Это значит, что энергия электромагнитной волны облучателя, выходящая за пределы угла AFB не перехватывается облучателем и безвозвратно теряется. С практической точки зрения такой выбор соотношения между геометрией зеркала и характеристиками направленности облучателя оказывается оптимальным. Увеличения доли энергии, перехватываемой зеркалом требует увеличения геометрических размеров антенны в целом, что ведет к увеличению ее веса, площади и стоимости. С другой стороны это не приводит к существенному увеличению КПД антенны. Компенсировать энергетические потери в этом случае проще за счет незначительного увеличения мощности передатчика (при работе на прием) или чувствительности приемника ( при работе на передачу).

Большое влияние на характеристики зеркальной параболической антенны оказывает точность, с которой фазовый центр используемого облучателя совмещен с точкой фокуса. На рис.6.а показано, что продольное смещение облучателя из фокуса приводит к распространению переизлученных зеркалом лучей (рассматривается режим работы антенны на передачу) по направлениям, составляющим различные углы с продольной осью антенны (ось z). Следовательно, фазовый фронт MN (рис. 6.а) переизлученной волны уже не является плоским. Легко понять, что это соответствует увеличению ширины диаграммы направленности антенны в целом.

На рис.6.б показано, что смещение облучателя из фокуса в поперечном направлении приводит к изменению направления главного максимума. Теоретический анализ показывает, что при незначительных смещениях d облучателя в поперечном направлении (порядка длины волны λ принимаемого или передаваемого излучения) не происходит (в первом приближении) увеличения ширины главного максимума диаграммы направленности. Поэтому на практике часто механические перемещения облучателя используются для целей сканирования или подстройки характеристик направленности антенны.

При разработке конструкции антенны большое внимание уделяется минимизации "теневого эффекта". Он состоит в экранировке части параболического зеркала облучателем, имеющим конечные размеры. С одной стороны это ведет к неполному использованию энергии излученной или принимаемой волны.

С другой стороны этот эффект ведет к рассогласованию облучателя с питающей линией. Данный эффект иллюстрируется рисунком 7, на котором показано наличие в питающем облучатель фидере двух волн, распространяющихся во встречных направлениях - от генератора и от зеркала.

Для устранения "теневого эффекта" используются различные методы. На сегодняшний день наиболее эффективным из них является использование в качестве зеркала не центральной, а боковой части параболоида вращения. Как следует из рис.7, облучатель при этом уже не перекрывает зеркало и в питающем фидере не возникают волны, порожденные отражением от параболического зеркала.

Теоретический анализ показывает, что требования к точности выполнения геометрических размеров зеркала определяют допустимые отклонения порядка l/8. При увеличении частоты требования к точности изготовления ужесточаются, что ведет к существенному удорожанию антенны в целом.

2. Патентные исследования

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться в качестве облучателя однозеркальных параболических антенн космических аппаратов.

Известны конструкции антенн, которые могут быть использованы в качестве облучателей параболических антенн (патенты США N 3434166 и N 4636798, кл. 343 753). Эти облучатели представляют собой открытый конец круглого волновода с фланцем.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков является конструкция облучателя (патент США N 4636798 прототип), которая представляет собой открытый конец круглого волновода с импедансным фланцем, в апертуре волновода установлена диэлектрическая линза в форме полутора. Диэлектрическая линза расширяет диаграмму направленности (ДН) и придает ей форму, близкую к столообразной, что позволяет использовать ее в качестве облучателя зеркальных антенн с укороченным фокусным расстоянием.

Однако ДН известного облучателя не в достаточной степени приближена к идеальной диаграмме облучения главного зеркала параболических антенн, что приводит к снижению коэффициента использования поверхности (КИП) зеркальных антенн. Кроме того, данный облучатель не позволяет получить оптимальное облучение зеркала с углом раскрыва 2ϑo≥ 180°, что не позволяет использовать короткофокусные зеркальные антенны, которые имеют минимальные габариты и вес.

Технический результат заключается в повышении эффективности облучения зеркала короткофокусной параболической антенны за счет формирования диаграммы облучения близкой к идеальной.

Для этого в известной антенне, имеющей круглый волновод с фланцем и диэлектрическую линзу, последняя выполнена в виде цилиндра с коническим углублением, вершина которого направлена к открытому концу волновода, в котором размещен диэлектрический стержень, непосредственно связанный с линзой.

На фиг.1 изображен предлагаемый облучатель. Он состоит из круглого волновода 1 с волной H11, металлического фланца 2, который может иметь как плоскую, так и импедансную поверхность, и диэлектрической линзы 3, которая имеет продолжение внутрь волновода.

В данной конструкции используется явление отражения и преломления электромагнитных волн на границе раздела 2-х диэлектриков.

Электромагнитная волна, распространяясь из среды оптически более плотной и в менее плотную, претерпевает полное внутреннее отражение на диэлектрическом конусе, что позволяет сформировать ДН антенны с провалом по оси.

Из законов геометрической оптики угол раствора максимумов 2ν диаграммы направленности облучателя определяется углом при вершине конуса vк 2ν = 2ϕк. Наибольшее значение КИП достигается при угле раствора 2ν максимумов в диаграмме облучения

2ν = 2ϑo- 20°

где 2ϑo угол раскрыва зеркала антенны, в которой устанавливается данный облучатель.

Поэтому угол при вершине конуса определяется по формуле

Чтобы волна претерпевала полное внутреннее отражение на конусе, необходимо, чтобы материал, из которого изготовлена линза, имел относительную диэлектрическую проницаемость ε большую, чем emin, где εmin определяется по формуле

где

Облучатель данной конструкции целесообразно использовать в зеркальных антеннах с углом раскрыва 2Ψ ≥ 140°. Увеличивать этот угол свыше 240o нецелесообразно, т.к. при этом снижается КИП. Поэтому в соответствии с формулой (1) угол ϕк практически лежит в пределах 60° ϕк 110°.

Диаметр конуса dк должен быть больше диаметра круглого волновода, т.е. dк≥ 0,7λ (лямбда рабочая длина волны). Увеличивать dк больше 2λ не имеет смысла, т.к. это приведет к росту диэлектрических потерь и массы, практически не увеличивая степень взаимодействия линзы с полем.

Для придания линзе достаточной механической прочности ее диаметр d целесообразно выбрать на 2 5 мм больше диаметра конуса dк. Высота линзы h определяется по формуле

При больших значениях угла при вершине конуса ϕк>70°, значительно возрастает уровень заднего излучения облучателя.

Для уменьшения утечки энергии за края зеркала путем уменьшения уровня заднего излучения облучателя предлагается конструкция диэлектрической линзы в виде усеченного конуса(фиг.2). Экспериментально установлено, что если угол наклона образующей конуса составляет 15 30o (фиг. 2), то уровень заднего излучения облучения уменьшается на 3 5 дБ. Диэлектрическая линза имеет возможность перемещаться вдоль оси волновода, что позволяет управлять формой ДН облучателя в широких пределах. При выдвижении диэлектрической линзы из волновода на величину больше (2÷3)λ, антенна будет подобна диэлектрической стержневой антенне, т.е. антенне осевого излучения.

При погружении линзы в волновод она работает как рассеивающая структура, что позволяет регулировать глубину "провала" ДН по оси. Линза, входящая в конструкцию облучателя, изготовлена из высокочастотного диэлектрика (ε = 2,56).

Угол при вершине конического углубления ϕк= 80°, диаметр dк= 1,1λ, угол α = 15°.

3. Методика расчета полосковых излучателей для параболических антенн

Как отмечалось во введении, параболические антенны широко распространены в качестве источников или приемников направленного излучения дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн. Существенное влияние на характеристики параболической антенны играет выбор типа излучателя. Хорошо известны антенны с излучателями в виде рупоров, спиралей, вибраторов.

В данной работе предполагается изучение свойств параболической антенны с облучателем в виде миниатюрной по сравнению с размерами зеркала полосковой антенны (ПА). Этому выбору способствовали простота конструкции, высокая технологичность, малая масса, повторяемость размеров, низкая стоимость изготовления и др. Широкому распространению ПА содействовало появление новых типов диэлектриков, обладающих малыми потерями и высокой степенью однородности материала. Наличие диэлектрика позволяет существенно уменьшить линейные размеры излучающих элементов и использовать их при создании миниатюрных антенных систем. Однако, присутствие этого покрытия и связанных с ним поверхностных волн существенно усложняет определение характеристик излучения ПА. В связи со сложностью механизма излучения ПА, трудностями экспериментальной отладки их образцов значительно возрастает роль расчетных методов, основанных на строгих подходах и дающих необходимую для инженерной практики точность расчета основных характеристик. К настоящему времени известно достаточно большое число методов расчета и анализа ПА.

Один из первых методов расчета характеристик излучения ПА основан на представлении прямоугольной антенны размерами  в виде двух магнитных вибраторов - щелей, разнесенных на расстояние b друг от друга [13]. Связь излучающих щелей по внутреннему пространству осуществляется введением соединяющего отрезка полосковой линии с постоянной распространения β и характеристическим сопротивлением ZC, определяемым шириной антенны a. Полагают, что линия поддерживает только квази-Т волну. ПА заменяется эквивалентной схемой , составленной с использованием теории длинных линий. Отрезок линии длиной b считается нагруженным с двух сторон на проводимости излучения щелей [13,14].

,

где d - ширина щели, равная приблизительно толщине подложки.

Выражение для проводимости излучения щели без жестких ограничений на ее относительную ширину получено в [15].

,

где  - функции Бесселя и Неймана порядка n.

Длина отрезка линии выбирается из условия резонанса и должна составлять примерно λД/2, где λД - длина волны в диэлектрике подложки с относительной диэлектрической проницаемостью εr (). Однако на практике длину отрезка линии выбирают порядка (0,48…0,49) λД [13]. Это объясняется тем, что при длине отрезка линии λД/2, проводимости излучения щелей будут включены параллельно по отношению к входным клеммам и входное сопротивление антенны будет иметь комплексный характер. При размерах, меньших λД/2, преобразованная проводимость будет иметь реактивную составляющую противоположного знака, и при этой длине входное сопротивление излучателя будет чисто активным, т.е. наиболее оптимальными будут размеры прямоугольного ИЭ, при которых

                                                                   (6)

Входная проводимость антенны Yвх=1/Zвх - результат сложения проводимости щели на входе антенны (клеммы 1-1|) и щели, трансформируемой по входу через отрезок линии длиной b, так что [14]

,

где β - постоянная распространения линии; YС=1/ZС.

Если считать антенну настроенной в резонанс, то упрощенно входную проводимость можно считать равной 2G.

В первом приближении излучение щелей считается независимым. При более точном решении учитывают их взаимную связь по внешнему пространству введением взаимной проводимости излучения [1]

,

где G12 - взаимная проводимость излучения; J0(x) - функция Бесселя нулевого порядка.

КНД ПА в рамках данной модели рассчитывается как для решетки из двух щелей, разнесенных на расстояние b в плоскости E [1]

,

где g12 - нормированная к проводимости свободного пространства взаимная проводимость излучения щелей.

Наличие диэлектрика учитывают введением для отрезка линии шириной а эффективной диэлектрической проницаемости подложки. Данный метод позволяет приближенно оценить резонансную длину полоскового излучателя и рассчитать его ДН как результат излучения двухэлементной антенной решетки магнитных вибраторов.

В рамках аппроксимации ПА щелями, прорезанными в проводящем экране, были предприняты попытки уточнения формулы для расчета проводимости излучения щели [13].

, (7)

где si(x) - интегральный синус.

Выражение (3.2) получено на основе асимптотического разложения в формуле для идеальной проводимости бесконечной щели в экране.

Физические соображения подсказывают наличие зависимости проводимости излучения ПА не только от ширины пластины а, но и от ее длины b. В [13] предложен эмпирический множитель «формы» пластины

,

на который следует множить проводимость излучения в формуле (3.2), чтобы учесть этот фактор.

Входное сопротивление ПА в точке резонанса с учетом взаимодействия щелей во внешней области может быть определено [13]

,

где G - проводимость излучения одиночной щели; J0(x) - функция Бесселя нулевого порядка.

Дальнейшее развитие этого метода привело к созданию математической модели в виде прямоугольного резонатора с магнитными стенками по его периметру.

В 50-е годы был предложен метод для анализа полосковых линий на основе модели, при которой линия передачи заменялась эквивалентным волноводом с магнитными стенками (модель Олинера) [16]. Ширина волновода aэф и диэлектрическая проницаемость материала εэф, заполняющего его внутреннее пространство, выбирались из условия равенства характеристических сопротивлений и постоянных распространения линии и эквивалентного ей волновода. Метод применим и для анализа антенн, выполненных на базе полосковых линий. Полосковая антенна заменяется отрезком волновода и ее излучение определяется как излучение торцов волновода. По принятому распределению тока на торцах определяется векторный потенциал, через который выражаются компоненты поля в дальней зоне.

Другой метод нахождения характеристик излучения ПА заключается в разбиении полупространства, ограниченного проводящим экраном со слоем диэлектрика на несколько областей с постоянными параметрами и определении потенциала для каждой из этих областей с учетом выполнения граничных условий между ними [17]. В свою очередь компоненты возбуждаемого поля определяются через найденный потенциал.

Указанным методам свойственен общий недостаток - косвенный учет слоя диэлектрика и, как следствие, отсутствие какой-либо информации о поверхностных волнах, возбуждаемых в структуре слой диэлектрика - экран. Как будет показано в дальнейшем, наличие поверхностных волн при определенных параметрах подложки может привести к существенному снижению эффективности ПА, когда значительная часть подводимой мощности будет затрачиваться на возбуждение паразитных поверхностных волн.

В последнее время получили развитие несколько новых методов [18,19,20], позволяющих рассчитать характеристики излучения ПА с учетом поверхностных волн. Одним из наиболее эффективных и универсальных является метод, основанный на решении уравнения Поклингтока относительно неизвестного распределения тока по антенне с использованием соответствующей функции Грина, полученной для задачи возбуждения поля горизонтальным диполем Герца на диэлектрической подложке [21]. Представление функции Грина используется для полупространства, ограниченного проводящим экраном со слоем диэлектрика в виде разложения по волнам LE и LM [13]. В этом случае подынтегральные выражения не имеют особенностей и задача может быть легко подготовлена для численного решения на ЭВМ [19,22]. Данное представление позволяет достаточно просто записать выражения сопротивления излучения волн, связанных с диэлектриком (поверхностных) и излучаемых в открытое пространство, а также произвести расчет частотных и геометрических параметров ПА [17]. Кроме того, данный метод не представляет сколь-нибудь заметных трудностей при анализе ПА сложной конфигурации [23,24].

4. Исследование характеристик излучения полосковой антенны - излучателя параболической антенны

Обладая рядом достоинств, ПА имеют пониженный КПД, обусловленный тепловыми потерями в материале проводника и диэлектрика, а также возбуждением паразитных поверхностных волн. Поэтому видится целесообразным проведение исследования характеристик излучения ПА в зависимости от геометрических размеров, диэлектрической проницаемости материала подложки и т.д. и выработка рекомендаций по оптимальному с точки зрения эффективности работы ПА выбору этих параметров.

В настоящей главе излагается метод определения характеристик излучения ПА, основанный на строгом электродинамическом подходе с использованием представлении функции Грина для слоя диэлектрика под проводящим экраном. Предлагаемый подход учитывает конструкторско - технологические параметры устройства, потери в диэлектрике и металле, количественные соотношения между мощностями, переносимыми поверхностными и пространственными волнами, более строгий расчет внешних проводимостей и сопротивлений излучения. Возможность учета многоходового характера полей в ПА и окружающей структуре, содержащей диэлектрик, и строгий учет вклада поверхностных волн позволяет использовать данную методику расчета ПА вплоть до волн миллиметрового диапазона и субмиллиметрового диапазонов. Данный метод представляет модель Мансона и получил в литературе [13] название модифицированный резонансный.

4.1 Модифицированный резонансный метод

ПА антенна возбуждается излучателем в виде прямоугольной линии и предоставлена на рис. 9

Для анализа характеристик такой антенны воспользуемся уточненным резонаторным методом. Его уточнение - модификация - связана как с внутренней, так и с внешней частью соответствующей граничной задачи. Внутренняя - резонаторная задача решается в два этапа. На первом - определяются электромагнитные поля в прямоугольном резонаторе с магнитными (x=0,a;y=0,b) и электрическими (z=0,h) стенками . Для резонаторов, когда h<<λ0, поле внутри резонатора является суперпозицией колебаний Emn0.

В этом случае продольная составляющая электрического поля [13]

,  (8)

где .

Составляющая Ez в (3) получена интегрированием Грина Г11 с характеристической частью, связанной с осью y.

На втором этапе напряженность поля Ez используется для определения эквивалентных магнитных токов на всех или только синфазно излучающих стенках резонатора. В этом случае стенки полагаются электрическими, и эквивалентный магнитный ток равным:

                                                                                 (9)

где n - внешняя нормаль к стенке.

Во внешней области улучшение метода связано с более корректным определением проводимостей излучения в присутствии диэлектрического слоя и с учетом возбуждения как пространственных, так и поверхностных волн.

Используем указанные выше особенности модифицированного резонаторного метода при анализе характеристик прямоугольной ПА.

4.2 Излучение пространственных волн

Для любой ПА мощность излучения пространственных волн является единственно полезной.

Будем рассматривать внутреннюю область ПА как объединенный резонатор, заполненный диэлектриком и функционирующий вблизи первого резонанса (наибольшая рабочая длина волны). На рис. 11 показаны эпюры и направления эквивалентных токов на открытых стенках резонатора. Токи на торцевых стенках (y=0,b) в этом случаем синфазны и формируют основные компоненты поля излучения, в то время как токи на боковых стенках (x=0,a) содержат противофазные участки и слабо участвуют в излучении. Это излучение формирует кроссполяризационную составляющую поля во внешней области, снижающую эффективность ПА. Расход энергии на образование этого излучения будет учтен в дальнейшем при определении добротности, рабочей полосы и КПД антенны.

С учетом этих замечаний активные части проводимости излучения по пространственным волнам для торцевых отверстий резонатора

                                                                                                              (10)

Аналогично для боковых отверстий

,                                                                                                              (11)

где ,                                                                       (12)

, ,                                       (13)

 и YH - нормированные проводимости по электрическим и магнитным волнам.

В формулах (5)-(8) учитывается взаимодействие излучающих отверстий резонатора во внешней области.

При вычислении внешней проводимости отверстий резонатора по пространственным волнам было использовано следующее предположение: мощность, излученная открытым торцом резонатора (рис. 11,а), делится на две части - мощность, излученную плоским магнитным током в правую часть полупространства, содержащего слой диэлектрика (рис. 11,в) и мощность, излученную в левую часть полупространства линейным магнитным током (рис. 11,б), как бы «высвечивающим» край металлической пластины при наблюдении под углами, отсчитываемыми влево от оси z (рис. 1,а).

Коэффициенты M1 и M2 в выражениях определяются распределением магнитного тока на кромках резонатора, то есть зависят от типа колебаний в резонаторе. Для волны E010 (низший тип)

,                                                           (14)

.                               (15)

4.3 Излучение поверхностных волн

При расчете проводимостей излучения отверстий резонатора по поверхностным волнам используются представления функции Грина для области, частично заполненной диэлектриком, в виде разложения по волнам LE, LM [13]. При этом проводимость разделяется на две части, соответствующие волнам упомянутых типов. Однако для тонких слоев диэлектрика, что представляет основной практический интерес, в структуре распространяется лишь поверхностная волна LM1. Для этой волны проводимость любого из четырех отверстий прямоугольного резонатора [17].

,                                               (16)

где для торцевых отверстий (y=0,b)

,                                                 (17)

для боковых отверстий (x=0,a)

.        (18)

где

,                                                                                 (19)

,                                        (20)

 и  находятся из решения системы трансцендентных уравнений [13]

                                                                (21)

Из первого уравнения системы выразим

,

и подставим во второе

.

Полученное трансцендентное уравнение относительно  легко решается численными методами.

4.4 Учет потерь в ПА. Эффективность излучения. Коэффициент полезного действия ПА

Учет всех видов потерь в ПА является существенным моментом их проектирования. Резонансный характер работы, наличие слоя диэлектрика, малые размеры - вот факторы, приводящие к потере части полезной мощности и снижению эффективности антенны.

Для волны типа E010 потери в диэлектрике подложки ПА с тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ определяются как проводимость потерь в диэлектрике

.                                                                         (22)

Проводимость потерь в металле

,                                                                          (23)

где , Ом - сопротивление металлических стенок резонатора, связанное с удельной проводимостью металла полоски δ и длиной волны λ0.

Общая проводимость прямоугольной ПА

.                                               (24)

Эффективность ПА может быть определена по нескольким критериям. Во-первых, по излученной мощности пространственных волн основной поляризации (излучение торцевых отверстий резонатора). КПД по этому параметру

.                                                                                     (25)

Во-вторых, КПД по всей излученной (как пространственными, так и поверхностными волнами) мощности

.                                                                        (26)

Соответствующие потери в децибелах связаны с величинами КПД непосредственно

, .                                                                  (27)

Наконец, проводимость  используют для вычисления КНД антенны по основной поляризации поля:

.                                                                           (28)

Добротность излучения ПА может быть определена по формуле [2]

.                                                                                  (29)

Для прямоугольных ПА характерные значения добротности излучения составляют 30…80.

По известному значению добротности и допустимому значению коэффициента стоячей волны по направлению  можно определить рабочую полосу ПА

.                                                                   (30)

Входное сопротивление ПА определяется как величина обратная общей проводимости

.                                                                                    (31)

Необходимо отметить, что входное сопротивление прямоугольной ПА легко регулируется подбором положения точки питания. Входное сопротивление максимально при питании на краю и изменятся пропорционально множителю  при расположении точки питания на расстоянии a0 от центра антенны. Если точка питания сдвинута к центру, то в пластине антенны делается характерный вырез.

4.5 Диаграмма направленности ПА

При элементарном подходе ДН прямоугольной ПА в плоскости H эквивалентна диаграмме щели длиной a, прорезанной в плоском проводящем экране и имеющей равномерное распределение поля. В плоскости E излучение МПА определяется как излучение двух таких щелей, разнесенных на расстояние b. При таком подходе влияние подстилающего диэлектрического слоя не принимают во внимание. В некоторых работах [13] это влияние учитывается введением дополнительного множителя , учитывающего зеркальное отображение магнитного тока в экране.

Более корректное интегрирование распределения эквивалентных магнитных токов по апертуре излучающих торцов МПА приводит к выражениям для ДН

В плоскости H (φ=0)

,                                   (32)

в плоскости E (φ=π/2)

,                                 (33)

где .

5. Анализ результатов исследования

Была составлена программа расчета характеристик излучения прямоугольной ПА для IBM PC на языке Turbo Pascal 7.0. Данная программа может быть использована для определения характеристик конкретного ИЭ. Алгоритм и текст программы представлены соответственно в приложениях 1 и 2.

С помощью разработанной программы был проведен ряд расчетов с целю выработки рекомендаций по выбору конструктивных параметров ПА по критерию наибольшей эффективности излучения. Для всех значений  характерен рост проводимостей потерь в металле и в диэлектрике (Gm и Gdi) с уменьшением толщины подложки. С другой стороны, с увеличением толщины подложки увеличиваются значения проводимостей торцевых и боковых отверстий по поверхностным волнам (GSтор и Gsбок), что связано с интенсификацией возбуждения поверхностных волн в толстых подложках. Причем для более высоких значений  возбуждение поверхностных волн происходит более интенсивно. Однако, с ростом  снижается вклад в общее излучение ПА кроссполяризационной составляющей, обусловленной проводимостью излучения боковых отверстий по пространственным волнам Gr.бок, что объясняется уменьшением резонансной длины ИЭ в соответствии с (1) при фиксированной ширине ИЭ (в данном случае a=12,5 мм), а следовательно уменьшением излучающей боковой щели.

Рост проводимостей излучения по поверхностным волнам ограничивает сверху диапазон возможных толщин подложки, так как в противном случае резко снижается КПД параболической антенны и соответственно возрастают потери .

Количественное соотношение между проводимостями (мощностями) излучения торцевых и боковых отверстий резонатора подтверждает правильность принятых при формулировке модифицированного резонаторного метода допущений об определяющем влиянии торцевых отверстий на входное сопротивление антенны.

Таким образом, полученные зависимости показывают, что имеется диапазон толщин подложки, оптимальных с точки зрения эффективности (h/λ0=0,0125…0,025). Существенное снижение КПД при уменьшении толщины подложки объясняется ростом тепловых потерь, а падение эффективности для больших h/λ0 - потерями на возбуждение поверхностных волн.

Представлен график зависимости рабочей полосы ПА от толщины подложки для Kстu=2. Следует отметить узкополосность ПА, объясняемую в первую очередь резонансным характером работы антенны. Кроме того, характерным является уменьшение рабочей полосы с увеличением относительной диэлектрической проницаемости подложки. Для оптимального с точки зрения КПД диапазона толщин подложки рабочая полоса ПА не превышает 3%. Представлен график зависимости КНД ПА от толщины подложки. Для заданных конструктивных параметров ПА значения КНД в общем-то невелики, причем снижаются с ростом относительной диэлектрической проницаемости подложки.

Ширина ДН ПА по условию половинной мощности довольно велика и составляет порядка 100° в H-плоскости и 120°…130° в E-плоскости, причем зависимость формы ДН от относительной толщины подложки проявляется слабо.

Что касается входного сопротивления ПА , то оно снижается с ростом относительной диэлектрической проницаемости и имеет максимум при оптимальных с точки зрения КПД значениях толщины подложки. Обеспечение согласования ПА с линией питания может быть затруднено при невысоких значениях входного сопротивления, так как в этом случае потребуется введение дополнительных согласующих отрезков линии, что в результате приведет к снижению массогабаритных показателей. Если входное сопротивление ПА выше чем волновое сопротивление линии передачи, то в данном случае согласование может быть обеспечено подбором точки питания, поскольку входное сопротивление прямоугольной ПА максимально при питании на краю и уменьшается пропорционально множителю  при положении точки питания на расстоянии b0 от края.

Для рассмотренных графиков ширина ПА полагалась равной 0,5λ0. Увеличение ширины антенны, как установлено, не дает существенного роста эффективности , в то же время нарушается равномерность распределения тока на кромках (из-за влияния высших гармоник), снижается входное сопротивление , что затрудняет согласование ПА с линией питания и ухудшает массогабаритные характеристики.

В заключении отметим, что реализованный подход к расчету характеристик параболических антенн позволяет применять его не только для анализа ПА классической прямоугольной формы, но и более сложных конфигураций, интерес к которым значительно вырос в последнее время .

6. Безопасность параболической антенны

Одной из основных характеристик любого устройства, прибора или механизма, является его безопасность для человека. Поэтому важным пунктом дипломной работы стала оценка безопасности анализируемых устройств. В соответствии с системой стандартов безопасности труда (ССБТ) различаются опасные и вредные факторы, но выделения их в отдельные группы не производят. К определяющим признакам опасных и вредных факторов относятся: возможность непосредственного отрицательного воздействия на организм человека; затруднение нормального функционирования органов человека; возможность нарушения нормального состояния элементов производственного процесса, в результате которого могут возникнуть аварии, взрывы, пожары, травмы.

Анализируемые устройства - волноводы сложного сечения- вследствие незначительности протекающих токов, использования негорючих материалов можно выделить вредное воздействие - электромагнитное излучение.

6.1 Воздействие электромагнитных излучений на организм человека

Электромагнитное излучение относится к активной группе опасных и вредных факторов, т.е. может оказать вредное воздействие на человека посредством заключенных в нем энергетических ресурсов.

Длительное воздействие радиоволн на различные системы организма человека по последствиям имеет многообразные проявления.

Наиболее характерными при воздействии радиоволн всех диапазонов являются отклонения от нормального состояния центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы человека. Субъективными ощущениями облучаемого персонала являются: жалобы на частую головную боль, сонливость или бессонницу, утомляемость, вялость, слабость, повышенную потливость, снижение памяти, рассеянность, головокружение, потемнение в глазах, беспричинное чувство тревоги, страха и др.

Воздействие электромагнитных волн радиочастот на сердечно сосудистую систему облучаемый персонал ощущает в виде сильных болей в области сердца, учащенного сердцебиения, сильной одышки, при физических нагрузках, а также удушья. Отклонения от функционирования желудочно-кишечного тракта облучаемого радиоволнами персонала проявляется в виде болей в области желудка и появления изжоги.

К числу перечисленных неблагоприятных воздействий на человека следует добавить мутагенное воздействие, а также временную стерилизацию при облучении интенсивностями выше теплового порога. Для оценки потенциальных неблагоприятных воздействий ЭМ волн приняты допустимые энергетические характеристики ЭМ поля.

Биологическое действие электромагнитной энергии (ЭМЭ) зависит от частоты и интенсивности излучений, длительности и условий облучения. Различают термическое (тепловое) воздействие, морфологические и функциональные изменения. Первичным проявлением действия ЭМЭ на организм человека является нагрев тканей и органов, которые приводят к изменениям и повреждениям. Тепловое воздействие характеризуется общим повышением температуры тела или локализованным нагревом тканей. Нагрев особенно опасен для органов со слабой терморегуляцией (мозг, глаза, органы кишечного и мочеполового тракта). ЭМЭ с длиной волны от 1 до 20 см. оказывает вредное воздействие на глаза, вызывая катаракту (помутнение хрусталика), т.е. потерю зрения.

Морфологические - изменения строения и внешнего вида тканей и органов тела человека (ожоги, омертвление, кровоизлияния, изменения структуры клеток и т. д.). Они наблюдаются в тканях периферической и центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, вызывая нарушения регуляторных функций, нервных связей в организм или изменение структуры самих нервных клеток, понижение кровяного давления (гипотонию), замедление ритма сокращений сердца (брадикардию) и т. д.

Функциональные изменения проявляются в головной боли, нарушении сна, повышенной утомляемости, раздражительности, потливости, выпадении волос, болях в области сердца, понижении половой потенции и т. д.

6.2 Допустимые уровни воздействия электромагнитного поля

Электромагнитные поля в диапазоне 300 МГц-300 ГГц оцениваются по поверхностной плотности потока энергии (ППЭ) и создаваемой им энергетической нагрузки (ЭН). Энергетическая нагрузка вычисляется как произведение ППЭ и Т, то есть является суммарным потоком энергии, приходящимся на единицу облучаемой поверхности за время облучения Т.

Значения допустимой энергетической нагрузки электромагнитного поля на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, связанного профессионально с воздействием электромагнитного поля, установлены в размере от 2 Вт ч/ см при 300 МГц до 20 Вт ч/ см при 300 ГГц (при облучении от вращающихся и сканирующих антенн). Указанные значения не должны превышаться в течение рабочего дня.

Предельно допустимые напряженности электрических и магнитных полей.

Таблица 1

6.3 Средства защиты от воздействия электромагнитных волн

Для обеспечения безопасности работ с источниками ЭМ волн производится систематический контроль фактических значений нормируемых параметров на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала. Контроль осуществляется измерением напряженности электрического и магнитного полей, а также измерением плотности потока энергии.

Защита персонала от воздействия радиоволн применяется при всех видах работ, если условия работы не удовлетворяют требованиям норм; эта защита осуществляется следующими средствами и способами:

Ø  использованием согласованных нагрузок и поглотителей мощности, снижающих напряженность и плотность потока энергии ЭМ волн;

Ø экранированием рабочего места и источника излучения;

Ø  рациональным размещением оборудования в рабочем помещении;

Ø                          подбором рациональных режимов работы оборудования и режима труда персонала;

Ø применением средств предупредительной защиты.

В диапазоне сверхвысоких частот снижение плотности потока энергии на рабочих местах до предельно допустимых величин интенсивности облучения может осуществляться несколькими путями:

. При регулировке, настройке и испытании генераторов СВЧ и передающих устройств рекомендуется уменьшение излучения непосредственно у источника. Для этого необходимо, чтобы основная мощность поглощалась в специальных поглотителях мощности и эквивалентах антенн. Поглощение энергии происходит в результате ее рассеяния в заполняющем поглотитель веществе - графите и его смесях с разными наполнителями (песок, цемент, резина, пластмассы), порошковом железе с бакелитом или керамикой, дереве, воде и др.

. Уменьшение излучений в производственном помещении может быть осуществлено экранированием источников излучений. Для этих целей применяются металлические сплошные или сетчатые экраны, а также экраны с поглощающими покрытиями.

По форме экранирующие устройства могут быть различные: при наличии ненаправленных излучений (излучения через щели, неплотности в сочленениях) экранирование следует выполнять в виде камеры; при направленном излучении (антенные устройства) возможно применение незамкнутых экранов, желательно с поглощающим покрытием , для того чтобы работающие не подвергались облучению отраженными лучами.

3. Если по условиям производственного процесса уменьшение излучений непосредственно в излучающем устройстве или его экранировка невозможны, следует применять экранировку рабочего места. В некоторых случаях такая экранировка не представляет особых затруднений. Так, например, часто в процессе испытаний излучающего устройства работник должен находиться внутри кабины с металлической обшивкой. Очевидно, что излучения могут проникать внутрь кабины только через открытые двери и частично через окна. В этих случаях необходимо прежде всего попытаться расположить кабину так, чтобы излучения не проникали внутрь кабины. Если это невозможно, окна следует закрыть металлическими сетками, а двери кабины держать закрытыми в течение периода излучения.

В производственном помещении, где имеет место излучение волн, могут находиться и работники, не связанные непосредственно с проведением регулировки и испытаний излучающих устройств. Их рабочие места следует оградить путем устройства заземленных экранирующих камер или незамкнутых щитовых ограждений из металлических листов или сетки. Экранирующее устройство, расположенное близко к испытываемому излучающему устройству и обращенное в сторону последнего, будет отражать волны и нарушать процесс испытания. Поэтому стенки камеры необходимо покрывать материалом, поглощающим энергию волн.

При выполнении ряда работ по настройке и отработке СВЧ - аппаратуры лица, осуществляющие эти работы, могут кратковременно находиться в электромагнитных полях с интенсивным облучением. Для предотвращения облучения работников следует обеспечивать индивидуальными средствами защиты: халатами или комбинезонами из тканей, отражающих электромагнитные волны, специальными защитными очками (с латунной сеткой вместо стекол или со стеклами, покрытыми тончайшей пленкой из металла), а также касками и шлемами, не пропускающими электромагнитных волн.

.4 Устройство помещений и размещение оборудования в них

Электромагнитная энергия, неизбежно излучаемая в пространство отдельными элементами высокочастотных установок, при отсутствии экранировки их, распространяясь в помещениях, достигает стен и перекрытий этих помещений. При этом она частично отражается, частично проходит сквозь них и в небольшой мере рассеивается внутри них. Отраженная энергия увеличивает плотность электромагнитных полей в помещениях. Чем дальше от источника излучения отражающая поверхность, тем менее плотное поле ее достигнет и, значит, тем меньше энергии отразится в помещении. Исходя из этого, "Временные санитарные правила для работы с промышленными ламповыми установками высокочастотного нагрева" требуют, чтобы на каждую действующую установку, располагаемую в отдельном помещении, приходилось не менее 25 м2 площади при мощности установки до 30 кВт и не менее 40 м2 при большей мощности. Для вновь монтируемых установок необходимо выделить площадь соответственно 40 и 70 м2. При этом в помещении не должны находиться посторонние металлические предметы, так как металлы практически полностью отражают электромагнитные волны, а предметы из них могут явиться источниками вторичных электромагнитных колебаний.

При расположении электротермических высокочастотных установок в поточной линии в общем производственном помещении расстояния между ними и другим оборудованием должны быть не менее 2 м. Что же касается помещений, предназначаемых для настройки, отработки и испытаний СВЧ - аппаратуры, то они должны отвечать ряду особых требований. Прежде всего, такие помещения должны быть изолированными от других помещений данного здания и иметь непосредственные выходы в коридор или наружу. Эти помещения следует устраивать так, чтобы при включении СВЧ - установок с направленными излучателями на максимальную мощность излучения это излучение не проникало через стены, перекрытия, проёмы и двери в смежные помещения, расположенные с боков, сверху или снизу. Плотность потока электромагнитной энергии в смежных помещениях не должна превышать 0,1 мкВт/см2.

Толщина стен и перекрытий таких помещений должна определяться в каждом случае исходя из мощностей установок СВЧ и свойств строительных материалов поглощать электромагнитную энергию. Хорошей поглощающей способностью обладают шлакобетон и кирпич.

Для уменьшения отражения электромагнитных волн в помещение его стены и потолок покрывают меловой краской или специальными
поглощающими материалами (резиновыми ковриками, магнитодиэлектрическими пластинами и т.п.). Экранирующую способность стен и перекрытий можно также улучшить обшивкой их металлическими листами или сетками.

6.5 Защита от электрических и магнитных полей и электромагнитных излучений

В настоящее время в промышленности и научных исследованиях находят применение различные детали и электро - радиотехнические устройства, установки, а также электрические сети, которые являются источниками постоянных и переменных электрических и магнитных полей частотой 50 Гц. Подобные электромагнитные поля могут излучать блоки питания аппаратуры, в которой используются волноводы сложного сечения.

Воздействие вышеуказанных полей оказывает влияние на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы, которые приводят к снижению частоты сердечных сокращений (брахикардии); нарушению состава периферической крови; изменению артериального давления и пульса; возникновению болей в области сердца; сердцебиению; аритмии; к различным морфологическим изменениям; изменениям в печени, легких, почках и поджелудочной железе, вплоть до омертвления.

Кроме этого, электрические поля обусловливают наведение потенциалов на металлических предметах и людях, изолированных от земли. Разность потенциалов между предметом и землей достигает до 15 кВ.

Предельно допустимая напряженность постоянного электрического (электростатического) поля, (ЕДОП), кВ/м, определяется в зависимости от длительности облучения t, ч, согласно "Санитарно-гигиеническим нормам допустимой напряженности электростатического поля", которая рассчитывается по формуле (29):

,                                                                                    (34)

а для промышленной частоты принята напряженность электрического поля 5 кВ/м в течение каждого рабочего дня или с учетом длительности облучения, рассчитывается по формуле (30):

,                                                                                  (35)

Согласно "Предельно допустимым уровням воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами" напряженность постоянного поля на рабочем месте не должна превышать 8 кА/м, а магнитных полей промышленной частоты (А/м) можно определить по формуле (31):

,                                                           (36)

где f- частота поля, Гц.

В зависимости от характера и местонахождения источников полей, условий облучения людей применяют различные методы защиты от электрических и магнитных полей: защиту временем, расстоянием, выбор оптимальных геометрических параметров установок, воздушных линий (ВЛ) и открытых распределительных устройств (ОРУ), стационарные и переносные экранирующие устройства (экраны), специальную экранирующую одежду.

Защита временем предусматривает ограничения времени пребывания человека в зоне действия полей. Допустимое время облучения человека tДОП;

для постоянного электрического поля рассчитывается по формуле (32),

,                                                                                 (37)

.                                                                                 (37-1)

для магнитного поля промышленной частоты, мин

,                                                                         (37-2)

где Нр - реальная напряженность магнитного поля в рабочей зоне, кА/м.

Защита расстоянием предусматривает размещение рабочих зон (пультов управления) от источников полей на расстояния, напряженность которых не превышает допустимых значений. Эти расстояния определяются расчетом и проверяются на каждом рабочем месте. Для ВЛ они устанавливаются санитарными нормами и правилами от оси проектируемых ВЛ в зависимости от напряжения.

Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок в отдельных случаях предусматривают комбинирование защиты временем и расстоянием одновременно.

Величины потенциалов и напряженности поля зависят от конструктивных параметров установок, проводов ВЛ и шин ОРУ. Путем оптимального выбора этих параметров можно значительно снизить потенциалы и напряженность электрического и магнитного полей.

Для защиты от электрических полей применяют экраны из металлических сеток, располагаемых между экранируемым пространством и источником электрического поля. Для защиты от магнитных полей применяют экраны из электротехнической (трансформаторной) стали или пермаллоя. Толщина стенки цилиндрического экрана для защиты от магнитных полей (м), определяется по формуле (34):

,                                                                 (38)

шарообразного экрана рассчитывается по формуле (35):

,                                                               (39)

параболический антенна излучение волна

где r - внутренний радиус экрана, м.; μ - начальная магнитная проницаемость экрана; КЭ=Н/НДОП - требуемый коэффициент экранирования; Н - фактическая напряженность магнитного поля, А/м.

Экранирующая одежда является СИЗ и применяется в случаях, когда другие методы и средства защиты от полей невозможны. В комплект СИЗ от электрических полей входят костюм, головной убор, рукавицы и специальная обувь. Костюм изготавливают из специальной металлизированной токопроводящей ткани в виде комбинезона, куртки с брюками или плаща. Головной убор - металлическая или пластмассовая металлизированная каска, капюшон из токопроводящей ткани. Обувь - кожаные ботинки с подошвой из электропроводящей резины или ботинки, сапоги, галоши, выполненные из резины. Все предметы экранирующей одежды должны иметь между собой надежную электрическую связь. В качестве СИЗ от магнитных полей используют шапочку и короткую юбку из пермаллоя марок 79НМ, 79HM-V, 80 НХС, 76 НХД.

Принцип нормирования ЭМИ радиочастотного диапазона зависит от частоты. Согласно ГОСТ 12.1.006-84 в диапазоне частот 60 кГц...300 МГц нормируются напряженность электрической и магнитной составляющих ЭМИ, а в диапазоне частот 300 МГц...300 ГГц - плотность потока энергии (ППЭ). Допустимые значения плотности потока энергии ППЭПДУ рассчитываются исходя из нормированных значений энергетической нагрузки за рабочий день по формуле (36):

,                                                                          (40)

где ЭНПДУ - нормативная величина энергетической нагрузки за рабочий день; t - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч. Для случаев облучения, исключая облучение от вращающегося и сканирующих антенн, она равна 2 Вт ч/м; для случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 50 Гц - 20 Вт ч/м. Независимо от времени воздействия ППЭПДУ не должна превышать 10 Вт/м2 (или 1000 мкВт/м2).

При воздействии на персонал ЭМИ с различной частотой от нескольких источников суммарную интенсивность воздействия определяют по формуле (37)

,                                               (41)

при этом должно обеспечиваться следующее условие (38):

.                                              (42)

Контроль ЭМИ на рабочих местах проводится не реже одного раза в год, а также при вводе в действие новых установок, внесении изменений в конструкцию, размещение и режим работы установок, после проведения ремонта, при организации новых рабочих мест. Измерения проводятся при наибольшей мощности излучения и в каждом режиме.

Методика расчета интенсивности облучения зависит от типа излучателя. При изотропном излучении определяют границы зон. Ближняя зона простирается на расстояние, которая рассчитывается по формуле (39):

,                                                                                       (43)

где λ - длина волны, м. Дальняя зона начинается с расстояния rД>λ. Затем определяют, в какой зоне находится рабочее место и для данной зоны рассчитывают напряженность электрического (В/м) и магнитного (А/м) полей по формулам (34),(35):

для ближней зоны

, ;                                                              (44)

где I - ток в проводнике (антенне), А; 1 - длина проводника, м; е - диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м; со - круговая частота поля; Р - мощность излучения, Вт; а - коэффициент усиления антенны; г - расстояние от рабочего до излучающей системы, м.

Основными мерами защиты от ЭМИ могут быть: защита временем, защита расстоянием, экранирование источников излучения, уменьшение излучения в самом источнике излучения, экранирование рабочих мест, СИЗ.

Защита временем предусматривает ограничение времени пребывания человека в рабочей зоне. Она применяется тогда, когда нет возможности снизить интенсивность излучения до допустимых значений. В диапазоне частот 60 кГц…300 МГц допустимое время пребывания определяют по формуле (42)

;                                                             (45)

где ЕДОП и НДОП - предельно допустимая напряженность электрического и магнитного полей; Т- продолжительность рабочего дня, Т=8ч; Еф, и Нф - фактическая напряженность электрического и магнитного полей на рабочих местах, но Еф и Нф не должны быть больше двух значений ЕДОП и НДОП.

В диапазоне частот 300 МГц…300 ГГц tДОП определяют по формуле (43):

                                                                              (46)

Защита расстоянием применяется в том случае, когда невозможно ослабить ЭМИ другими мерами, в том числе защитой временем. Тогда прибегают к увеличению расстояния между излучателем и персоналом. Расстояние, соответствующее предельно допустимой интенсивности облучения, определяется расчетом и проверяется инструментально.

Уменьшение мощности излучения в самом источнике излучения достигается применением специальных устройств: поглотителей мощности, эквивалентов антенн, аттенюаторов, направленных ответвителей, делителей мощности, волноводных ослабителей, бронзовых прокладок между фланцами, дроссельных фланцев и др.

Экранирование источников излучения используют для снижения

интенсивности ЭМЭ на рабочем месте или ограждения опасных зон излучений. Экраны изготавливают из металлических листов или сеток в виде замкнутых камер, шкафов или кожухов. Толщину экрана, изготовленного из сплошного материала (м) определяют по формуле (44):

,                                                                               (47)

где Э - заданное ослабление интенсивности ЭМИ, определяемое как частное от деления фактической интенсивности ЭМИ на предельно допустимое; f- частота ЭМИ, Гц; μ- магнитная проницаемость материала, экрана, Гн/м; ρ - удельная проводимость материала экрана, См/м.

Эффективность экрана, изготовленного из одного слоя сетки из цветного материала, расположенного в зоне индукции, определяется по формуле (45):

,                                                                                 (48)

где η - проницаемость экрана,

,                                                                                     (49)

где γ - параметр экранирования,

,                                                                      (50)

где d - шаг сетки (ячейки); r0 - радиус проволоки сетки, R - радиус эквивалентного экрана.

,                                                                                      (51)

где V - объем экранирующей камеры.

Ослабление интенсивности ЭМИ сетчатыми экранами, расположенными в дальней зоне при нормальном падении волны и векторе Е, параллельном проволокам сетки одного из направлений, определяют по формуле (49):

,                                                                (52)

где λ - длина волны.

При выборе конструкции экрана или кожуха необходимо учитывать их герметичность (наличие отверстий). Размеры отверстий определяются минимальной длиной волны, λмин

,                                                                                       (53)

где а - размер стороны квадрата, широкой стороны прямоугольника или диаметр круглого волновода; к - выбирается в зависимости от диапазона частот и формы отверстий. Глубина отверстий должна быть не менее

где Этреб - требуемое ослабление ЭМИ, дБ; Эпог - ослабление излучения отверстием, дБ/см.

Экранирование рабочего места применяется в случае, когда невозможно осуществить экранирование аппаратуры. Оно достигается с помощью сооружения кабин либо ширм с покрытием из поглощающих материалов. В качестве экранирующего материала для окон, приборных панелей применяется стекло, покрытое полупроводниковым двуоксидом олова.

СИЗ следует пользоваться в тех случаях, когда применение других способов предотвращения воздействия ЭМИ невозможно. В качестве СИЗ применяются халат, комбинезон, капюшон, защитные очки. В качестве материала для халата, комбинезона и капюшона используется специальная радиотехническая ткань, в структуре которой тонкие металлические нити образуют сетку. В качестве защиты органов зрения применяют сетчатые очки, имеющие конструкцию полумасок из медной или латунной сетки; очки ОРЗ-5 со специальным стеклом с токопроводящим слоем двуоксида олова.

Таким образом, в данной главе дипломной работы были проработаны следующие вопросы:

1)  потенциальная опасность для жизнедеятельности человека, которую могут нести нагревательные установки на базе СВЧ волноведущих линий; указаны допустимые уровни воздействия электромагнитного поля;

3) приведены рекомендации по мерам защиты, принимаемых для максимального снижения влияния на персонал вредных факторов электромагнитных излучений СВЧ диапазона.

7. Экологическая экспертиза

.1 Влияние радиоволн на окружающую среду

Радиоволновая гигиена, или радио гигиена, -наука, решающая задачи по учету вредного действия энергии электромагнитных полей (ЭМП) во всем диапазоне радиоволн от десятков тысяч герц до тысяч гигагерц. Специфические свойства электромагнитных излучений СВЧ, особенно на участках сантиметровых и дециметровых волн, ставят этот диапазон в отношении биологической эффективности в особое положение. Поэтому основное внимание в этой работе уделено методам и измерительной аппаратуре, пригодным для использования именно в этом участке диапазона.

Техника радио гигиены включает в себя три основных аспекта: нормирование, т.е. определение на основе клинико-физиологических и биологических данных необходимого перечня биологически эффективных параметров воздействующего фактора (электромагнитного поля), предельно допустимых значений каждого из этих параметров и форму их представления. Обнаружения биологически значимых параметров и защиту-систему мероприятий инженерного плана, направленную на предотвращение или снижение до минимума вредных последствий воздействия.

Превышение уровня или дозы предельно допустимых значений является основанием для проведения защитных мероприятий, которые оказываются наиболее трудоемкой и практически важной частью общей программы биологической защиты. Кроме организации и пропаганды определенных мер предосторожности, во многих случаях приходится применять сложные технические сооружения, снижающие уровень до необходимого минимума в границах защищаемого объекта. Применение подобных сооружений связанно с затратой более или менее значительных средств, и поэтому следует тщательно рассчитывать.

Правильное нормирование, своевременное обнаружение и реализация защитных мероприятий позволяет устранить вредное воздействие радио излучений на окружающую среду.

В процессе изготовления регенеративного усилителя СВЧ диапазона используются вещества, опасные для организма человека. В частности, при изготовлении печатной платы усилителя комбинированным позитивным методом применяются следующие вредные для организма человека вещества: аммиак, натрий едкий, поливиниловый спирт, хлорное железо (удельный вес 1,36-1,40 г/л), ацетон.

При пайке элементов конструкции используется паяльная паста типа ПОСК, (оловянно-свинцовые припои) что может вызвать свинцовые отравления организма.

Вредные вещества по действию на организм человека подразделяют на две группы: неядовитые и ядовитые (токсичные). Неядовитые вещества производят только раздражающее действие на слизистые оболочки дыхательных путей, кожу, глаза, практически не попадая в кровь человека. Ядовитые вещества хорошо растворяются в биологических средах, попадают в кровь и вызывают нарушение нормальной жизнедеятельности организма человека.

По физиологическому действию ядовитые вещества подразделяют на четыре основные группы:

·  Раздражающе, действующие на поверхностные ткани дыхательного
тракта и слизистой оболочки. К ним относятся: сернистый газ, хлор, аммиак, фтористый водород, окислы азота, пары серной, соляной, азотной кислот, ацетон, озон и другие.

·  Удушающие, нарушающие процесс усвоения кислорода тканями. К
ним относятся: окись углерода, сероводород, цианистый водород и другие.

Наркотические, действующие как наркотики. К ним относятся: азот
под давлением, трихлорэтилен, дихлорэтан, четыреххлористый углерод, ацетилен, бензин и другие.

-     Соматические яды, вызывающие нарушение деятельности всего организма или его отдельных органов или систем. К этим ядам относятся: свинец, ртуть, бензол, мышьяк и его соединения, олово, марганец, фосфор и другие. Учитывая выше приведенную классификацию, вредные вещества, применяемые в процессе изготовления переключателя сантиметрового диапазона можно разделить по группам:

-     Раздражающие: аммиак, натрий едкий, хлорное железо, ацетон, поливиниловый спирт.

- Соматические яды: свинец.

Наиболее опасными из вышеперечисленных вредных веществ является свинец (соматический яд). Общий вес припоя ПОСК 50-18, применяемого при пайке элементов переключателя, составляет приблизительно 2 грамма, среди них чистого свинца - 0,5 грамма. Свинец относится к первому классу опасности вредных веществ. Его предельная концентрация (в почве) составляет менее 0,2 мг/кг.

Рабочая частота данного переключателя составляет 7,5-8,5 ГГц, что позволяет говорить о наличии СВЧ излучения, при работе устройства, обусловленного неидеальным согласованием входа и выходов переключателя с передающими линиями, наличием неоднородностей линии передачи и т.д. Также в процессе настройки переключателя используются СВЧ измерительные генераторы и устройства на их основе, которые тоже являются источниками СВЧ излучения.

7.2 Биофизика воздействия электромагнитного поля СВЧ излучения на организм

Воздействие мощных электромагнитных полей на человека приводит к определенным сдвигам в нервно-психической и физиологической деятельности, однако, как предполагают, «многоступенчатая» система защиты организма от вредных сигналов, осуществляемая на всех уровнях от молекулярного до системного, в значительной степени снижает вредность действия «случайных» для организма потоков информации. Поэтому, видимо, если и наблюдается определенная реакция на эти поля, то здесь нужно говорить скорее о физиологическом в общем смысле, чем о патологическом аспекте воздействия электромагнитной энергии. Несмотря на то, что нетепловые, или специфические эффекты воздействия радиоволн открыты относительно давно, определяющим для нормирования опасности работы в условиях воздействия ЭМП во многих странах пока принята степень их теплового воздействия.

Для выяснения биофизики теплового действия СВЧ на живые организмы рассмотрим кратко факторы, определяющие нагрев тканей при облучении их ЭМП.

Существование потерь на токи проводимости и смещения в тканях организма приводит к образованию тепла при облучении. Количество тепла выделяемое в единицу времени веществом со среднем удельным сопротивлением ( Ом.см ) при воздействии на него раздельно электрической и магнитной составляющих на частоте f (Гц) определяются следующими зависимостями:

 (Дж/мин)

Доля потерь в общей величине поглощенной теплом энергии возрастает с частотой. Наличие отражения на границе «воздух-ткань» приводит к уменьшению теплового эффекта на всех частотах приблизительно одинаково.

Коэффициент отражения  от границ между тканями при различных частотах.

Таблица 2а

С учетом  плотность мощности, поглощаемая телом, будет равна:

,

где  - плотность потока мощности.

Глубина проникновения энергии СВЧ вглубь тканей зависит от резисторных и диэлектрических свойств ткани и от частоты.

Глубина проникновения энергии СВЧ в различные ткани при изменении поля в е раз в долях длины волн.

Таблица 2б

Соизмеримость размеров тела с длинной волны приводит к появлению существенной частотной зависимости взаимодействия поля с телом. Эффект облучения тела человека сильно зависит от поляризации и ракурса освещения его радиоволн СВЧ.

Существование между различными слоями тела слоев с малой диэлектрической проницаемостью приводит к возникновению резонансов - стоячих волн большой амплитуды, которые приводят к так называемым микронагревам.

Перераспределение тепловой энергии между соседними тканями через кровь наряду с конвенционной отдачей энергии теплоиспусканием в окружающее пространство во многом определяет температуру нагреваемых участков тела. Именно из-за ухудшенной системы отвода тепла от некоторых сред ( глаза и ткани семенников - в них очень мало кровеносных сосудов). Эти органы тела наиболее уязвимы для облучения. Критическим для глаз считается повышение температуры на 10 град. С. Высокая чувствительность семенников к облучению связана с известным фактом, что при нагревании их всего на 1 град. С. Возникает частичная или полная временная стерилизация.

Кроме теплового действия радиоволн СВЧ на живой организм, на организм влияет и специфическое их действие.

Наиболее общим эффектом действия радиоволн на организм человека электромагнитных излучений малых уровней является дезадонтация - нарушение функций механизма, регулирующих приспособительные реакции организма к изменениям условий внешней среды ( к теплу, холоду, шуму, психологических травм т. п. ) т. е. СВЧ поле является типичным стрессом.

К специфическим эффектом воздействия поля также относятся:

Кумуляция - приводит к тому, что при воздействии прерывистого облучения суммарных эффект накапливается и зависит от величины эффекта с самого начала воздействия.

Сенсибилизация - заключается в повышении чувствительности организма после слабого радиооблучения к последующим воздействиям.

Стимуляция - улучшение под влиянием поля общего состояния организма или чувствительности его органов.

В РОССИИ проводятся широкие исследования, направленные на выяснения профессиональной вредности СВЧ радиоволн. Исследования позволили выявить у лиц, подвергающихся хроническому СВЧ воздействию, определенные изменения со стороны нервной и сердечно-сосудистой систем, индокринных желез, крови и лимфы, хотя в подавляющем большинстве случаев эти изменения носят обратимый характер. При хроническом действии СВЧ поля были обнаружены также случаи помутнения хрусталика и снижения обонятельной чувствительности человека.

При плотности мощности СВЧ поглощаемой телом ( П ) больше 5-10 мВт/cм. И хроническом действии полей меньшей интенсивности наблюдается, как правило, отрицательное влияние облучения, появляется повышенная утомляемость, слабость, вялость, разбитость, раздражительность, головокружение. Иногда наблюдается приливы к голове, чувство жара, половая слабость, приступы тошноты, потемнения в глазах. Изучаются генетические последствия воздействия радиоволн.

Систематическое воздействие СВЧ излучения, превышающего допустимые величины, может вызвать неблагоприятные последствия в организме человека, выражающиеся в нарушении функционального состояния нервной и сердечнососудистой системы. Симптомами при этом являются: повышенная утомляемость, сонливость или нарушение сна, гипертония или гипотония, боли в области сердца .

7.3 Допустимые нормы облучения СВЧ излучением

Предельно допустимые значения плотности потока энергии электромагнитного поля в диапазоне частот 300 МГц...300 ГГц на рабочих местах персонала на должна превышать 10 Вт/м , а при высокой температуре воздуха (свыше 28 С) 1 Вт/м .

Разрабатываемый усилитель и аппаратура для его настройки в процессе работы не должны быть источниками излучения по техническим нормам. Поэтому приходится говорить о паразитном СВЧ излучении, обусловленным вышеуказанными причинами. Так как усилитель является достаточно маломощным, то и его паразитные излучения на окружающую среду в процессе работы не оказывают вредного влияния.

В готовом изделии из вышеперечисленных вредных химических веществ присутствует свинец, и при хорошей герметизации корпуса изделия его вредное действие на организм человека можно свести к минимуму.

Проектируемый усилитель СВЧ диапазона является экологически безопасным устройством. В заложенной конструкции усилителя были сведены к минимуму действия вредных химических веществ, путем хорошей герметизации корпуса. Рабочие режимы в процессе работы переключателя удовлетворяют требованиям ГОСТ 12.1.006-84. Изменение электрических характеристик и параметров не влияет на изменение СВЧ излучения. Таким образом с тонки зрения вредного воздействия СВЧ излучения усилитель также является устройством, удовлетворяющим экологическим требованиям.

7.4 Методы защиты от электромагнитных полей

В разрабатываем мною устройстве защита от электромагнитных полей сводится к экранированию самого устройства. Но если это работало бы на гораздо больших мощностях, то это представляло бы опасность для окружающих, поэтому нужно было бы предпринять ряд мер. Ослабление мощности электромагнитного поля на рабочем месте можно достигнуть путём увеличения расстояния между источником и рабочим местом; уменьшении мощности излучения, а так же установка отражающего или поглощающего экранов между источником и рабочим местом.

Наиболее эффективным и часто применяемым из названных методов чаши ты от электромагнитных излучений является установка экранов. Экранируют либо источник излучения, либо рабочее место, Экраны бывают отражающие или поглощающие. Отражающие экраны делают из хорошо проводящих металлов - меди, латуни, алюминия, стали. Защитное действие обусловлено тем, что экранируемое поле создает в экране токи Фуко, наводящие в нём вторичное поле, по амплитуде почти равное, а по фазе противоположное экранирующему полю. Результирующее поле возникающее при этих двух полей, очень быстро убывает в экране, проникая в него на незначительную величину.

Для защиты работающих от электромагнитных излучений применяют заземлённые экраны в виде камер или шкафов, в которые помещают передающую аппаратуру; кожухи, ширмы, защитные козырьки, устанавливаемые на пути излучения.

Помещения, в которых проводят работы по настройке регулированию и испытаниям, необходимо устраивать так, чтобы при включении установок на полную мощность их излучение практически не проникало через стены оконные перекрытия, оконные проёмы и двери в смежное помещения.

Одним из способов снижения излучаемой мощности является правильный выбор генератора. В тех случаях, когда необходимо уменьшить мощности излучения генератора, применяют поглотители мощности, которые полностью поглощают или ослабляют в необходимой степени передаваемую энергию на пути от генератора к излучающему устройству.

Поглотители мощности бывают коаксиальные и волноводные. Поглотителем энергии служит графитовый или специальный углеродистый состав, а так же специальные диэлектрики. Для охлаждения поглотителей мощности применяют охлаждающие рёбра или проточную воду. Для коаксиальных линий и волноводов применяют поглотители мощности различных конструкций.

Аттенюаторы с постоянным затуханием применяют для понижения мощности излучения до необходимого значения в коаксиальных линиях и волноводах. Они работают на принципе поглощения электромагнитных колебаний материалами с большим коэффициентом поглощения. К таким материалам относится резина, полистирол и др. Волноводные аттенюаторы с переменным затуханием ножевого и пластинчатого типа изготовляют из диэлектрика, покрытого тонкой металлической плёнкой, и помещают параллельно электрическим силовым линиям электромагнитного поля. Регулировка аттенюатора происходит за счёт перемещения «ножа» или пластин в волноводе, вследствие чего изменяется поглощение энергии диэлектриком аттенюатора.

7.5 Измерение напряженности и плотности потока энергии электромагнитных полей

Для измерения плотности потока энергии в диапазоне СВЧ применяются приборы ПЗ-13, ПЗ-9, которые позволяют производить измерения в пределах 0,02-316 мВт/см". Плотность потока энергии можно также измерять с помощью приборов МЗ-1, МЗ-2, радар тестеров ГК4-14, ГК4-ЗА.

Для контроля превышения уровня излучения СВЧ может быть использован индикатор (сигнализатор) СВЧ колебаний П2-2. Для измерения постоянных магнитных полей применяют баллистические гальванометры М-197/1 и М-197/2 с измерительными катушками, флюксиметры марки М-1 15, М-119Т, а также магнетометры.

Поскольку разрабатываемый регенеративный усилитель СВЧ не работает на больших мощностях, и хорошо экранирован, то с экологической точки зрения он безопасен в применении.

8. Технико - экономическое обоснование исследования эффективности излучения ПА

Важнейшей задачей технико - экономического обоснования является выбор наилучшего варианта проведения исследований. Для оценки эффективности принятого варианта проведения научно - исследовательских работ (НИР) проводится ряд расчетов. В обязательном порядке должны быть определены: трудоемкость, длительность, плановая себестоимость и договорная цена выполнения НИР. Кроме того необходимо привести оценку эффективности проведения и использования результатов НИР [27].

8.1 Расчет капитальных затрат

Расчет капитальных затрат для данного изделия сводится к расчету расходов на проектирование и конструирование:

(5.1)

где К - капитальные затраты;

ЗПК - расходы на проектирование и конструирование нового изделия;

ТК - трудоемкость ПКР, чел×ч;

Трудоемкость ПКР можно определить по формуле:

 (5.2)

где tK - трудоемкость ПКР на определенный формат чертежа, чел×ч;

l - число чертежей (листов) соответствующего формата;

Трудоемкость ПКР равна:

ТК=35×5=175 чел×ч.

Величина ЧС определяется по формуле:

 (5.3)

где ЗППР - заработная плата одного проектировщика, руб;

tр - количество рабочих часов в месяц, ч.

ЧС=18000/(22×8)=102,3 руб/чел∙ч.

Находим величину затрат на ПКР:

ЗПК=175×102,3=17 902,5 руб.

8.2 Расчет основных показателей по производству и реализации продукции

8.2.1 Расчет трудоемкости годового выпуска

Расчет трудоемкости годового выпуска i - ой операции производится по формуле:

 (5.4)

где T - трудоемкость годового выпуска i - ой операции, н.ч.;

ti - время i-ой технологической операции, мин.;

N - годовой объем выпуска, шт.

Т1=40·500/60=333,33 н.ч.

Т2=20·500/60=166,7 н.ч.

Т3=40·500/60=333,33 н.ч.

Т4=80·500/60=666,7 н.ч.

Т5=120·500/60=1000 н.ч.

Общая трудоемкость годового выпуска равна:

 н.ч.

Полученные данные сведены в таблицу 3

Таблица 3

5.2.2 Расчет фонда времени оборудования и рабочих

Номинальный фонд времени оборудования рассчитывается по формуле:

 (5.5)

где Фном - номинальный фонд времени оборудования, ч.;

Д - число рабочих дней в году;

f - число рабочих смен в сутки;

tc - продолжительность смены, ч.

Фном=265·1·8=2120 ч

Действительный фонд времени оборудования рассчитывается по формуле:

 (5.6)

где Фд.об - действительный фонд времени оборудования, ч.;

К - коэффициент, учитывающий время пребывания оборудования в ремонте.

Фд.об= 2120·0,95= 2014 ч

Действительный фонд времени рабочего рассчитывается по формуле:

 (5.7)

где Дк - дни календарные;

Дпв - дни праздничные и выходные.

Фд.р=(265-30)·8=1880 ч

5.2.3 Расчет номинального времени производства

Определение количества основных рабочих определяется по следующей формуле:

 (5.8)

где Р - количество рабочих.

Р= 2500/1880=1,3

Результаты расчета сведены в таблицу 4

Таблица 4

5.3 Определение потребного количества управленцев, инженерно-технических рабочих, служащих, обслуживающего персонала

Необходимый перечень должностей на малом приборостроительном предприятии приведены в таблице 4

Таблица 5

5.4 Расчет прямых затрат

5.4.1 Определение основных материалов и комплектующих изделий

Количество основных материалов и комплектующих и их стоимость приведены в таблице 5

Таблица 6

Транспортные расходы составляют 3% от общей стоимости комплектующих и материалов и равны Странсп= 720 руб.

Общая стоимость комплектующих и материалов с учетом транспортных расходов равна:

См.общ= См + Странсп=24000+720=24720 руб (5.9)

5.4.2 Расчет заработной платы производственных рабочих

Средний тарифный коэффициент рассчитывается по формуле:

 (5.10)

где Кср - средний тарифный коэффициент;

Р1, Р2, Р3, Р4 - рабочие соответственно 1, 2, 3, 4 разрядов;

К1, К2, К3, К4 - соответствующие разрядам тарифные коэффициенты;

Р - общее количество производственных рабочих.

Значение тарифных коэффициентов указано в таблице 6.

Таблица 7

Размер основной заработной платы рассчитывается по формуле:

 (5.11)

где Ст - часовая тарифная ставка первого разряда, руб/час;

Зосн - основная заработная плата производственных рабочих в год, руб.

Зосн =102,3·1,66·2500 =424 545 руб.

Расчет дополнительной заработной платы производственных рабочих производится по формуле:

Здоп =Зосн∙А1=42 454,5 руб.(5.12)

Где, A1- коэффициент начисления дополнительной заработной платы, установленной на предприятии;

Отчисления на социальное страхование определяется по формуле:

Зсс = (Зосн + Здоп)∙А2=(424 545+42 454,5)∙0,34=158 779,8 руб. (5.13)

Где, А2 - коэффициент учитывающий отчисления на социальные нужды равен 34%.

Итак, заработная плата производственных рабочих вместе с отчислениями будет равна:

Зп=Зосн+Здоп+Зсс=424 545+42 454,4+158 779,8=625 779,3 руб (5.14).

5.4.3 Расчет накладных (косвенных) расходов

Расчет накладных (косвенных) расходов проводится по следующей формуле:

 (5.15)

где Ккосв - сумма косвенных расходов, руб.;

Н - процент накладных расходов, %.

Ккосв= 625 779,3 ·170/100=1 063 824,8 руб.

5.4.4 Составление сметы производства и определение стоимости единицы продукции

Смета затрат за год на производство представлена в таблице 7. Амортизационные отчисления были получены как 10% от суммы стоимости компьютера PentiumIV 2.8 ГГц, операционной системы Windows XP SP2 и программы Matlab 7.11.

Таблица 8

5.5 Расчет себестоимости одной единицы выпускаемого изделия

Расчет себестоимости одной единицы выпускаемого изделия производится по формуле:

 (5.16)

где Собщ - общие затраты на производство, руб.;

Сизд - себестоимость изделия, руб.

Сизд=2 417 044,1/500 =4 834,1 руб.

5.6 Расчет цены одной единицы выпускаемого изделия

Расчет цены одной единицы выпускаемого изделия производится по формуле:

 (8.17)

где Ц - цена одной единицы выпускаемого изделия, руб.;

ρ - уровень рентабельности.

Ц= (1+0,4)·4 834,1=6 767,7руб.

5.7 Экономическая эффективность разрабатываемого устройства

Российско - молдавское предприятие «Элкон» выпускает параболическую антенну для спутниковой связи что подобно нашему разрабатываемому устройству. Цена такого изделия на данном предприятии 8 000 руб. Российско - германское партнерство «Шторм - LORCH» с 2010 года выпускает антенны Handy-190, Handy-200, X-350 Шторм на резонансной системе работы, но полные характеристики и цены устройств не разглашаются.

Таким образом, из всего выше сказанного можно сделать вывод, что точную и полную оценку экономической эффективности произвести не можем. Можем сказать только что в сравнении с компанией «Элкон», наше устройство получилось дешевле, что говорит о ее экономической целесообразности.

Таким образом, комплексный подход к управлению маркетингом заключается во всестороннем рассмотрении трех проблем: производства, потребности и сбыта. При оценке решений, принятых на этой основе, возможные варианты сопоставляются между собой по максимальному критерию "эффективность/стоимость" или "прибыль /затраты". При этом подвергают анализу 4 показателя:

· вклад маркетинговой службы в общий подъем прибыли фирмы;

· полученная прибыль на капитальные вложения в сферу управления фирмой;

· отношение расходов на сбыт к полученной прибыли;

· доля рынка, принадлежащая фирме.

Заключение

Проведенные исследования показали необходимость использования при проектировании и расчете характеристик излучения параболических антенн методов, учитывающих возможность возбуждения в диэлектрической подложке поверхностных волн и вклад кросс-поляризационной составляющей в излучение антенны, так как перечисленные факторы приводят к снижению эффективности работы ПА.

Список использованных источников

1. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации -Эко-Трэндз, 2000 (с.268)

. Кочержевский Г.Н. и др. Антенно-фидерные устройства. - М.: Радио и связь, 1989 (с. 266).

. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. - М.: Связь, 1972 (с.347).

. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. - М.: Советское радио, 1974 (с. 390).

. Айзенберг Г.З. Ямпольский В.Г. Терешин О.Н. Антенны УКВ. Часть 1. - М.: Связь, 1977 (с. 356).

. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. - М.: Связь, 1977 (с.303).

. Ерохин Г.А., Чернышев О.В. и др. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. - М.: Радио и связь 1996 (с.255).

. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988 (с.394).

. ru-patent.info/20/90-94/2092941.html

.www.moy-sat-apparat.ru/ustanovka/teoria_sputnik_…

. Цуриков Г. и др. Прием СТВ. Антенна для частот 11 ...12 ГГц. - Радио, 1990, N4, С.48-53, 88.

. Бедак Н. Приставка к ТВ для приема спутниковой программы. - Радио, 1998, N 1, С.12...15. I

. Родионов В.М. Линии передачи и антенны УКВ. - М.: Энергия, 1977.

14.Антенны и устройства СВЧ (Проектирование фазированных антенных решеток)/ Под Ред. Д.И. Воскресенского.- М.: Радио и связь, 1981.

.Справочник по волноводам: Пер. с англ./ Под ред. Р.Н. Фельда.- М: Сов. Радио, 1952.

.Нефедов Е.И., Фиалковский А.Т. Полосковые линии передачи: Электродинамические основы автоматизированного проектирования интегральных схем СВЧ.- М.: Наука, 1980.

.Антенны/ Сб. ст. под ред. Д.И. Воскресенского. Вып. 32.- М.: Радио и связь, 1985.

.Коняшенко Е.А. Спектральный подход к анализу диапазонных свойств плоских излучателей.- Радиотехника и электроника, 1987, №12. с.56-58.

.Панченко Б.А., Баранов С.А., Ошивалов В.Д., Излучение кромок металлодиэлектрических структур.- Радиотехника, 1986, №10.

.Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ./ Д.И. Воскресенский, С.Д. Кременецкий, А.Ю. Гринев, Ю.В. Котов.- М.: Радио и связь, 1988.

.Автоматизированное проектирование устройств СВЧ/ Под ред. В.В. Никольского.- М.: Радио и связь, 1982.

.Чебышев В.В. Численный анализ излучающей полосковой спирали.- Радиотехника, 1994, №2.

.Чебышев В.В. Расчет криволинейного печатного излучателя произвольной кривизны.- Изв. ВУЗов. Радиоэлектроника, 1993, №6.

.Справочная книга по охране труда в машиностроении/ Под общ. Ред. О.Н. Русака - Ленинград: Машиностроение, Ленингр. Отд., 1989.

.Минин Б.А. СВЧ безопасность человека.- М.: Сов. Радио, 1974.

.Технико-экономическое обоснование дипломных проектов/ Под ред. Беклешова.- М.: Высш. шк., 1991.

.Дихтль Е., Хершген Х. Практический маркетинг.- М.: Высш. шк., 1995.

.Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ.- М.: Высшая школа, 1988.

.А.с. 1753521 РФ, МКИ 5H01Q1/38. Печатная резонаторная антенна/ Голинский В.Д., Яшинин Е.М. (РФ).- №4775901/09; Заявлено 02.01.90; Опубл. 07.08.92; Бюл. №29.

Приложение 1

Алгоритм программы расчета характеристик ПА

Приложение 2

Текст программы расчета характеристик ПА

Uses crt,graph;C=2e+08;=120*PI;GraphDriver,GraphMode,error,i,j,k,N,number:integer;,L0,K0,A,B,Er,Er1,H,TGD,Sigma,KSW:real;,Tol1,Tol_min,Tol_max,G_min,G_max:real;,SizeY,X1,X2,X3,X4,X5,X6:real;,K1,GR,GRB,GS,GSB,Gdi,Gm,Rs,AlfaE1:real;_max,DNE_max,R,X,YA:real;:Char;:string[10];tan(X:real):real;:=sin(X)/cos(x);;log(X:real):real;:=ln(X)/ln(10);;ctan(X:real):real;:=cos(x)/sin(x);;sgn(X:real):real;:=0;X<0 Then sgn:=-1;X>0 Then sgn:=1;;trans(X:real):real;:=X*X+sqr(X*tan(X)/Er)-sqr(K0*H)*(Er-1);;IntegrGR(TE,FI:real):real;M1,YE,YH,KSI,ARG,SLAG1,SLAG2,SLAG3:real;:=sqrt(Er-sqr(sin(TE)));TE=PI/2 Then TE:=PI/2-0.00001;:=KSI*ctan(KSI*K0*H)/cos(TE);:=cos(TE)*Er*ctan(KSI*K0*H)/KSI;:=0.5*A*K0*sin(TE)*cos(FI);ARG=0 Then M1:=A/H Else M1:=(A/H)*sin(ARG)/ARG;:=sqr(cos(FI))/(1+YE*YE);:=sqr(cos(TE)*sin(FI)*Er)/(sqr(KSI*KSI)*(1+YH*YH));:=sqr(K0*H)*(sqr(cos(TE)*cos(FI))+sqr(sin(FI)));:=M1*M1*(1+cos(B*K0*sin(TE)*sin(FI)))*(SLAG1+SLAG2+SLAG3)*sin(TE);;IntegrGRB(TE,FI:real):real;ARG,M2,YE,YH,KSI,SLAG1,SLAG2,SLAG3:real;:=sqrt(Er-sqr(sin(TE)));TE=PI/2 Then TE:=PI/2-0.000001;:=KSI*ctan(KSI*K0*H)/cos(TE);:=cos(TE)*Er*ctan(KSI*K0*H)/KSI;:=0.5*B*K0*sin(TE)*sin(FI);:=(4*B/(PI*PI*H))*ARG*cos(ARG)/(1-sqr(2*ARG/PI));:=sqr(sin(FI))/(1+YE*YE);:=sqr(cos(TE)*cos(FI)*Er)/(sqr(KSI*KSI)*(1+YH*YH));:=sqr(K0*H)*(sqr(cos(TE)*sin(FI))+sqr(cos(FI)));:=M2*M2*(1-cos(A*K0*sin(TE)*cos(FI)))*(SLAG1+SLAG2+SLAG3)*sin(TE);;IntegrGS(FI:real):real;M1S,ARG:real;:=0.5*A*K0*sqrt(Er-ALFAE1*ALFAE1)*sin(FI);ARG=0 Then M1S:=A/H Else M1S:=(A/H)*sin(ARG)/ARG;:=M1S*M1S*sqr(cos(FI));;IntegrGSB(FI:real):real;M3S,ARG:real;:=0.5*B*K0*sqrt(Er-ALFAE1*ALFAE1)*sin(FI);S:=(4*B/(PI*PI*H))*ARG*cos(ARG)/(1-sqr(2*ARG/PI));:=M3S*M3S*sqr(cos(FI));;DNH(TE:real):real;Ksi,MN1,MN2,ARG:real;:=sqrt(Er-sqr(sin(TE)));:=2*cos(TE)/sqrt(sqr(cos(TE))+sqr(Ksi*ctan(Ksi*K0*H)));:=0.5*K0*A*sin(TE);ARG=0 Then MN2:=1 else MN2:=sin(ARG)/ARG;:=MN1*MN2;;DNE(TE:real):real;Ksi,MN1,MN2:real;:=sqrt(Er-sqr(sin(TE)));:=2*cos(TE)*cos(0.5*K0*B*sin(TE))*Er/Ksi;:=sqrt(Ksi*Ksi+sqr(Er*cos(TE)*ctan(Ksi*K0*H)));:=MN1/MN2;;PROW_ISL;Shag,XE,XB,XS,rel,tel,Ael,EPS:real;,j,N:integer;:=20;GR:=0;GRB:=0;:=PI/(2*N);i:=0 to N-1 doj:=0 to N-1 do:=GR+(IntegrGR(i*Shag,j*Shag)+IntegrGR((i+1)*Shag,(j+1)*Shag))/2;:=GRB+(IntegrGRB(i*Shag,j*Shag)+IntegrGRB((i+1)*Shag,(j+1)*Shag))/2;;:=GR*Shag*Shag/(PI*PI*Zoo);:=GRB*Shag*Shag/(PI*PI*Zoo);:=0;XE:=1.5;EPS:=0.0001;SGN(TRANS(XB))=SGN(TRANS(XE)) Then

begin('Интервал задан некорректно');

otwet:=readkey;abs(XB-XE)>EPS do:=(XB+XE)/2;SGN(TRANS(XB))=SGN(TRANS(XS)) Then XB:=XSXE:=XS;;:=XB;:=rel*tan(rel)/Er;:=(H/2)*((1+sqr(tel/rel))/tel+(1+sqr(tel*Er/rel))/Er);:=rel/(K0*H);:=0;GSB:=0;i:=0 to N-1 do:=GS+(IntegrGS(i*Shag)+IntegrGS((i+1)*Shag))/2;:=GSB+(IntegrGSB(i*Shag)+IntegrGSB((i+1)*Shag))/2;;:=GS*Shag*sqr(tan(rel)/ALFAE1)/(PI*Zoo*K0*Ael);:=GSB*Shag*sqr(tan(rel)/ALFAE1)/(PI*Zoo*K0*Ael);:=K1*K1*A*B*TGD/(K0*H*Zoo);:=10.88e-03*sqrt(1e+07/(SIGMA*L0));:=K1*K1*A*B*Rs/sqr(K0*H*Zoo);;Input;;

WriteLn(' Программа расчета характеристик излучения прямоугольной ПА. ');;('Введите рабочую частоту, ГГц:');readln(Freq0);Freq0:=Freq0*1e+09;(' (Длина волны, мм: ',C/Freq0*1000:7:3,')');('Введите отн. диэлектрическую проницаемость подложки:');ReadLn(Er);('Введите тангенс угла пoтерь подложки: ');readln(TGD);('Введите удельную проводимость металла полоски: ');readln(SIGMA);

Write('Введите ширину ПА, мм: ');readln(A);A:=A*1e-03;(' (длина ПА, мм: ',0.48*C/(Freq0*sqrt(Er))*1000:7:3,')');

Write('Введите допустимый КСВ на входе ПА: ');ReadLn(KSW);

end;Output;;

WriteLn(' Программа расчета характеристик излучения прямоугольной ПА. ');;('Рабочая частота, ГГц: ');WriteLn(Freq0/1e+09:7:3);('Рабочая длина волны, мм: ');WriteLn(C/Freq0*1000:7:3);('Отн. диэлектрическая проницаемость подложки: ');WriteLn(Er:7:3);('Тангенс угла потерь подложки: ');WriteLn(TGD:7:4);('Удельная проводимость металла полоски: ');WriteLn(SIGMA:7:3);

Write('Ширина ПА, мм: ');WriteLn(A*1000:7:3);('Длина ПА, мм: ');WriteLn(B*1000:7:3);

Write('Допустимый КСВ на входе ПА: ');WriteLn(KSW:7:4);;(' Нажмите любую клавишу для продолжения');

otwet:=readkey;;PARAMETR(R:Byte);;(White);(' Программа расчета характеристик излучения прямоугольной ПА');

WriteLn;(' Выберите параметр для расчета');

For i:=1 to 10 doi=R Then TextAttr:=32 else TextAttr:=15;

case i of

: WriteLn('Проводимости излучения и потерь');

2: WriteLn('КПД');

: WriteLn('Потери (дБ)');

: WriteLn('КНД');

: WriteLn('Рабочая полоса');

6: WriteLn('Диаграмма направленности');

: WriteLn('Входное сопротивление');

: WriteLn('Просмотр исходных данных');

: WriteLn('Изменить исходные данные');

10: WriteLn('Выход');;;:=15;;SET_OUT_WINDOW;;(Black);(SolidFill,Black);(0,0,600,400);(White);(DottedLn,65535,NormWidth);i:=0 to 10 do Line(0,i*40,600,i*40);i:=0 to 8 do Line(i*75,0,i*75,400);(140,405,'0.025');(290,405,'0.05');(440,405,'0.075');(590,405,'0.1');(Freq0/1e+09:5:2,txt);OutTextXY(0,450,'Freq0='+txt+' ГГц,');(A*1000:5:2,txt);OutTextXY(130,450,'a='+txt+' мм,');(B*1000:5:2,txt);OutTextXY(220,450,'b='+txt+' мм,');(TGD:6:4,txt);OutTextXY(300,450,'TGD='+txt+',');(SIGMA:10,txt);OutTextXY(390,450,'SIGMA='+txt);;:=12e+09;:=3.0;:=0.0001;:=2e+07;:=12.5e-03;:=2;:=1;:=C/Freq0;:=2*PI/L0;:=L0/sqrt(Er);:=K0*sqrt(Er);:=0.48*L0/sqrt(Er);(k);:=readkey;otwet of

#80: begin:=k+1;k>10 Then k:=1;(k);;

#72: begin:=k-1;k<1 then k:=10;(k);;

#27: HALT;;:=k;otwet=#13;:=VGA;:=VGAHI;(GraphDriver,GraphMode,'');:=graphresult;error<>0 then('Ошибка, Проверьте параметры инициализации графики',GraphErrorMsg(error));readkey;

end;number of

: begin

{Построение графика проводимостей излучения ПА}_OUT_WINDOW;(10,420,'Зависимость проводимостей ПА,(См) от относительной толщины подложки h/L0: ');

OutTextXY(70,430,' Gr.тор ');(70,440,' Gr.бок*100 ');(230,430,' Gs.тор ');(230,440,' Gs.бок*100 ');(400,430,' Gdi ');(400,400,' Gm ');(1,2,'G*100,См');(Er:3:1,txt);(520,450,',Er='+txt);(Red);SetLineStyle(SolidLn,35,ThickWidth);(10,435,60,435);(CenterLn,35,ThickWidth);(10,435,60,435);(Blue);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(170,435,220,435);(CenterLn,65535,ThickWidth);(10,445,220,445);(Green);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(340,435,390,435);(CenterLn,65535,ThickWidth);(340,445,390,445);_min:=0.005;_max:=0.1;_min:=0;(White);A<=10e-03 Then_max:=1.0;(1,70,'0.8');(1,150,'0.6');(1,230,'0.4');(1,310,'0.2');_max:=1.5;(1,70,'1.2');(1,150,'0.9');(1,230,'0.6');(1,310,'0.3');;:=600/Tol_max;:=400/(G_max-G_min);i:=0 to 9 do:=i*(Tol_max-Tol_min)/10+Tol_min; H:=Tol*L0;_ISL;:=Gr;X2:=GRB;X3:=GS;X4:=GSB;X5:=Gdi;X6:=Gm;Tol1:=Tol;:=(i+1)*(Tol_max-Tol_min)/10+Tol_min; H:=Tol*L0;_ISL;(Red);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(round(Tol1*SizeX),400-round(X1*100*SizeY),round(Tol*SizeX),400-round(Gr*100*SizeY));(CenterLn,65535,ThickWidth);(round(Tol1*SizeX),400-round(X2*10000*SizeY),round(Tol*SizeX),400-round(GRB*10000*SizeY));(Blue);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(round(Tol1*SizeX),400-round(X3*100*SizeY),round(Tol*SizeX),400-round(GS*100*SizeY));(CenterLn,65535,ThickWidth);(round(Tol1*SizeX),400-round(X4*10000*SizeY),round(Tol*SizeX),400-round(GSB*10000*SizeY));

{График поетрь в диэлектрике и в металле}

SetColor(Green);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(round(Tol1*SizeX),400-round(X5*100*SizeY),round(Tol*SizeX),400-round(Gdi*100*SizeY));(CenterLn,65535,ThickWidth);(round(Tol1*SizeX),400-round(X6*100*SizeY),round(Tol*SizeX),400-round(Gm*100*SizeY));;(White);(200,20,'Нажмите любую клавишу для продолжения...');:=readkey;;

: begin

{}_OUT_WINDOW;

OutTextXY(10,420,'Завсисимость КПД МПА (%) от относительной тощины подложки: ');

OutTextXY(1,70,'80');(1,150,'60');(1,230,'40');(1,310,'20');_min:=0.005; G_min:=0;_max:=0.1; G_max:=1;:=600/(Tol_max);:=400/(G_max-G_min);:=Er;Er:=2.0;Er<=5 do:=Tol_min; H:=Tol*L0;_ISL;:=GR/(GR+GRB+GS+GSB+Gdi+Gm);i:=1 to 25 do:=i*(Tol_max-Tol_min)/25+Tol_min; H:=Tol1*L0;_ISL;:=GR/(GR+GRB+GS+GSB+Gdi+Gm);(Red);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(round(Tol*SizeX),400-round(X1*SizeY),round(Tol1*SizeX),400-round(X2*SizeY));:=X2; Tol:=Tol1;;(Er:3:1,txt);(White);(round(Tol1*SizeX-13),390-round(X2*SizeY),'Er='+txt);:=Er+1;;:=Er1;

OutTextXY(200,20,'Нажмите любую клавишу для продолжения...');

otwet:=readkey;;

:begin

{}_OUT_WINDOW;

OutTextXY(10,420,'Зависимость потерь в ПА (дБ) от относительной толщины подложки:');

OutTextXY(1,70,'4');(1,150,'3');(1,230,'2');(1,310,'1');_min:=0.005; G_min:=0;_max:=0.1; G_max:=5;:=600/(Tol_max);:=400/(G_max-G_min);:=Er;Er:=2.0;Er<=5 do:=Tol_min; H:=Tol*L0;_ISL;:=10*LOG((GR+GRB+GS+GSB+Gdi+Gm)/GR);i:=1 to 20 do:=i*(Tol_max-Tol_min)/20+Tol_min; H:=Tol1*L0;_ISL;:=10*LOG((GR+GRB+GS+GSB+Gdi+Gm)/GR);(Red);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(round(Tol*SizeX),400-round(X1*SizeY),Round(Tol1*SizeX),400-round(X2*SizeY));:=X2; Tol:=Tol1;;(Er:3:1,txt);(White);(round(Tol1*SizeX-13),390-round(X2*SizeY),'Er='+txt);:=Er+1;;:=Er1;

OutTextXY(200,20,'Нажмите любую клавишу для продолжения');

otwet:=readkey;;

:begin

{}_OUT_WINDOW;

OutTextXY(10,420,'Зависимость КНД ПА от относительной толщины подложки:');

OutTextXY(1,70,'8');(1,150,'6');(1,230,'4');(1,310,'2');_min:=0.005; G_min:=0;_max:=0.1; G_max:=10;:=600/(Tol_max);:=400/(G_max-G_min);:=Er;Er:=2.0;Er<=5 do:=Tol_min; H:=Tol*L0;_ISL;:=4*sqr(K0*A)/(Zoo*PI*GR);i:=1 to 10 do:=i*(Tol_max-Tol_min)/10+Tol_min; H:=Tol1*L0;_ISL;:=4*sqr(K0*A)/(Zoo*PI*GR);(Red);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(round(Tol*SizeX),400-Round(X1*SizeY),round(Tol1*SizeX),400-round(X2*SizeY));:=X2; Tol:=Tol1;;(Er:3:1,txt);(White);(round(Tol1*SizeX-13),390-round(X2*SizeY),'Er='+txt);:=Er+1;;:=Er1;

OutTextXY(200,20,'Нажмите любую клавишу для продолжения...');

otwet:=readkey;;

:begin_OUT_WINDOW;

OutTextXY(10,420,'Рабочая полоса ПА (%) для заданного КСВ');(10,430,'в зависимости от относительной толщины подложки:');

OutTextXY(1,70,'16');(1,150,'12');(1,230,'8');(1,310,'4');_min:=0.005; G_min:=0;_max:=0.1; G_max:=20;:=600/(Tol_max);:=400/(G_max-G_min);:=Er;Er:=2.0;Er<=5 do:=Tol_min; H:=Tol*L0;_ISL;X1:=4*sqr(K0*A)/(120*PI*PI*GR);:=Er*X1*L0/(16*H);:=(KSW-1)/(X1*sqrt(KSW))*100;i:=1 to 10 do:=i*(Tol_max-Tol_min)/10+Tol_min; H:=Tol1*L0;_ISL;:=4*sqr(K0*A)/(120*PI*PI*GR);:=Er*X2*L0/(16*H);:=(KSW-1)/(X2*sqrt(KSW))*100;(Red);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(round(Tol*SizeX),400-round(X1*SizeY),round(Tol1*SizeX),400-round(X2*SizeY));:=X2; Tol:=Tol1;;(Er:3:1,txt);(White);(round(Tol1*SizeX-13),390-round(X2*SizeY),'Er='+txt);:=Er+1;;:=Er1;

OutTextXY(200,20,'Нажмите любую клавишу для продолжения...');

otwet:=readkey;;

:begin

{}:=0.05*L0;;(Black);(SolidFill,Black);(0,0,600,400);(White);(DottedLn,65535,NormWidth);i:=0 to 10 do Line(0,i*40,600,i*40);i:=0 to 6 do Line(i*100,0,i*100,400);(90,405,'15');(190,405,'30');(290,405,'45');(390,405,'60');(490,405,'75');(590,405,'90');

OutTextXY(10,420,'Диаграмма направленности ПА для h=0.05*L0: ');

OutTextXY(100,430,' v H-ploskosti');(100,440,' v E-ploskosti');(Red);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(10,435,70,435);(CenterLn,65535,ThickWidth);(10,445,70,445);_min:=0; G_min:=0;_max:=PI/2; G_max:=1.0;:=600/(Tol_max-Tol_min);:=400/(G_max-G_min);_max:=DNH(0); DNE_max:=DNE(0);i:=0 to 49 do:=i*(Tol_max-Tol_min)/50+Tol_min;:=(i+1)*(Tol_max-Tol_min)/50+Tol_min;

{}(Red);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(round(Tol*SizeX),400-round(DNH(Tol)/DNH_max*SizeY),round(Tol1*SizeX),400-round(DNH(Tol1)/DNH_max*SizeY));(CenterLn,65535,ThickWidth);(round(Tol*SizeX),400-round(DNE(Tol)/DNE_max*SizeY),round(Tol1*SizeX),400-round(DNE(Tol1)/DNE_max*SizeY));;(White);(200,20,'Нажмите любую клавишу для продолжения...');:=readkey;;

:begin

{}_OUT_WINDOW;

OutTextXY(10,420,'Входное сопротивление ПА (Ом)');(10,430,'в зависимости от относительной толщины подложки:');

Tol_min:=0.005;_max:=0.1;_min:=0;A<=10e-03 Then_max:=800;(1,70,'640');(1,150,'480');(1,230,'320');(1,310,'160');_max:=200;(1,70,'160');(1,150,'120');(1,230,'80');(1,310,'40');;:=600/Tol_max;:=400/G_max;:=Er; Er:=2.0;Er<=5 do:=Tol_min; H:=Tol*L0;_ISL;:=1/(GR+GRB+GS+GSB+Gdi+Gm);i:=1 to 20 do:=i*(Tol_max-Tol_min)/20+Tol_min; H:=Tol1*L0;_ISL;:=1/((GR+GRB+GS+GSB+Gdi+Gm));(Red);SetLineStyle(SolidLn,65535,ThickWidth);(round(Tol*SizeX),400-round(X1*SizeY),round(Tol1*SizeX),400-round(X2*SizeY));:=X2; Tol:=Tol1;;(Er:3:1,txt);(White);(round(Tol1*SizeX-13),390-round(X2*SizeY),'Er='+txt);:=Er+1;;:=Er1;

OutTextXY(200,20,'Нажмите любую клавишу для продолжения...');

otwet:=readkey;;

:begin;;;

:begin;;;

: Halt(1);;2<1;

END.