Модели оценки экранирования ближних полей источников электромагнитных излучений при проектировании зданий

— снижение потерь, влияющих на уменьшение балансовой прибыли предприятия (штрафы, пени, неустойки, выплачиваемые за нарушение договорных условий).

Именно эти направления повышения эффективности ЛИУС следует положить в основу современной методики количественных оценок эффективности создания функциональной и обеспечивающей частей подобных систем.

Литература: 1. Гаджинский А.М. Учебник для высших и средних специальных учебных заведений. М: Информационно-внедренческий центр “Маркетинг”, 1999. 228 с. 2. Левыкин В.М. Концепция создания распределенных информационных управляющих систем // АСУ и приборы автоматики, 1998. Вып. 108. С. 32-41. 3. Автоматизированные системы управления предприятиями и объединениями (разработка, внедрение, развитие) // Под ред. Н.А. Саламатина. М: Экономика, 1985. 248 с. 4. Бакис К.Я. Эффективность автоматизации производства (Методические вопросы планирования, оценки, анализа).

М: Экономика, 1982. 104 с. 5. Hammer M, Champy J. Reengineering the Corporation. A Manifesto for Business Revolutions. HarperBusiness, 1993.

Поступила в редколегию 10.12.99

Рецензент: д-р техн. наук Путятин В.П.

Евланов Максим Викторович, канд. техн. наук, ассистент кафедры ИУС ХТУРЭ. Научные интересы: теория и принципы проектирования сложных ИУС с элементами самоорганизации. Хобби: интеллектуальные игры. Адрес: Украина, 61005, Харьков, пл. Восстания, 1, кв. 122, тел.40-94-51,21-71-56.

Пушкарев Андрей Николаевич, ассистент кафедры ИУС. ХТУРЭ. Научные интересы: проектирование сложных ИУС. Хобби: спорт. Адрес: Украина, 61137, Харьков, ул. Жуковского, 4, тел. 40-94-51.

Аль-Салаймех Сафван Али, аспирант кафедры ИУС ХТУРЭ. Научные интересы: проектирование логистических ИУС. Хобби: бокс. Адрес: Украина, Харьков, пр-т Победы, 61, кв. 462, тел. 40-94-51.

УДК 621.371:53.082.74

МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ЭКРАНИРОВАНИЯ БЛИЖНИХ ПОЛЕЙ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗДАНИЙ

НЕФЕДОВ Л.И., САХАЦКИЙ В.Д.,

АЛЬ-ХЕЯРИАЛИ, НЕФЕДОВА АЛ.______________

Рассматриваются модели расчета коэффициента экранирования электромагнитных полей магнитного и электрического диполя в зависимости от расстояния до стены и длины волны.

В реальных условиях ряд источников электромагнитных полей (ЭМП) находится внутри помещений. В этом случае они создают определенные уровни ЭМП как внутри помещения, так и в окружающей среде вследствие проникновения ЭМП сквозь стены. Кроме того, стены помещений могут находиться в ближней зоне излучения источника ЭМП, что отражается на КЭ [1].

Известно, что типичными моделями источников низкочастотных ЭМП могут служить электрический и магнитный диполи. Рассмотрим экранирующие свойства однородной стены, вблизи которой расположены данные источники ЭМП.

Предположим, что вблизи однородной диэлектрической стены в общем случае с комплексной диэлектрической проницаемостью на расстоянии d0 от нее расположен горизонтальный магнитный диполь, момент которого ориентирован вдоль оси ОХ (рис. 1). Магнитный диполь реализуется рамкой с током, плоскость которой расположена в плоскости YOZ.

Коэффициент экранирования, дБ:

КГ - 20 lg

0,1 1 ю dJX

Рис. 1. Зависимость коэффициента экранирования вертикального магнитного диполя от расстояния до стены

где НхпР и НХпад — соответственно горизонтальные (вдоль оси ОХ) магнитные составляющие напряженности прошедшего и падающего на слой ЭМП.

Согласно [2] эти составляющие

& —По do 3 з

2 2 с е 0 0 nxm dm

НХПР =_2XoXi J—2~rd------^~Т~Л7 ~

0 N2e {d - (N )2e nd

- 2(Xi -X2) x

e-n°d° |(n )enid - (N -x2M')e~nid \0nYrn3dm

N2enid - (N )2е~ща\м2enid -(M')2e~nid\

- 4XoV J

e~n0d0

n1mdm

0 N2enid - (N )2e nid ’ e-X0r /

НХПАД =----“l1 + X0r +X0r

2).

РИ, 1999, № 4

123

Здесь у] = стіщ, f=0,1; Si -комплексная проводимость

j-й среды а] = О; + jroe;; st -проводимость i-й среды;

w - круговая частота поля; єг- — диэлектрическая проницаемость среды; ц — комплексная магнитная

проницаемость i-й среды, ц] = jn^;; щ — магнитная проницаемость i-й среды; щ = ^m2 + у° ; m — параметр интегрирования; N = y2n0 + хЩ N = у^щ-у0т;

Рассмотрим теперь пример оценки экранирующих способностей стен помещения, когда источник ЭМП расположен внутри помещения. Предположим, что в помещении на расстоянии d0 от стены находится источник ЭМП, модель которого может быть представлена горизонтальным магнитным диполем, т.е. рамкой с током, расположенной в плоскости, перпендикулярной к плоскости стены.

Стены помещения толщиной d = 0,25 м выполнены из композиционного материала, относительная диэлектрическая проницаемость которого є = 2,5.

M = n0 + ni; M' = п0 -щ; r = d0 + d.

Если вблизи слоя расположен вертикальный магнитный диполь, что соответствует случаю расположения плоскости рамки с током параллельно плоскости стены, то КЭ, дБ:

КВ = 20^АН2ПП 1H 2ППА }

где Hznn -

<» e~n0d0

4J---------^

0(no + щ)2 end-

з

щт dm - (n0 - щ)2

2

HznnA =—-----D + Х0 (d0 + d )1

d + d)

Предположим теперь, что на расстоянии d от стены расположен электрический диполь, момент которого направлен вдоль оси ОХ (см. рис. 1). Данный диполь реализуется коротким (по сравнению с длиной волны) прямолинейным отрезком тока.

В этом случае

К - 2°lg

ЕХпр и Ешад — электрические составляющие напряженности соответственно прошедшего и падающего ЭМП [3];

X 1

ехпр = -2x2xi24cti J—е~щ d nm3dm -

0 N0

- 2(Х12 -х0)ст0ст1 J

0

e~n0d0 M0 N0

(00N -стіx0>M)e~nid -

- (ct0N - СтіXqM )e nd j^nm3dm -

4 2 ' ' 7e~n0d0 - 4XoXl ^0^i j—----nimdm

0 N0

В этом случае экранирующие свойства стены, рассчитанные по формулам (1)-(3), в зависимости от ее проводимости, длины волны и расстояния до источника ЭМП показаны на рис. 1 и 2.

Кривые на рис. 1 описывают поведение КЭ в зависимости от расстояния для длины волны Х= 10м при различных значениях удельной проводимости стены. Кривая 1 соответствует удельной проводимости s = 0,1, кривая 2—s = 0,2, кривая 3—s = 0,3 См/м.

Кривые на рис.2 показывают зависимости КЭ от расстояния для стены с удельной проводимостью s=0,3 См/м при различных длинах волн. При этом кривая 1 соответствует длине волны Х=1 м, кривая 2 — X = 10 м и кривая 3 — X = 100м.

0,01 0,1 1 10 d,A.

Рис.2. Зависимость коэффициента экранирования горизонтального магнитного диполя от расстояния от стены

Анализ полученных результатов показывает, что при расположении источника ЭМП на расстояниях от стены, соответствующих дальней зоне излучения (do/ Х>5), КЭ во всех случаях стремится к КЭ плоской волны. Это вполне закономерно, поскольку на больших расстояниях сферический фронт волны источ -ника ЭМП можно приближенно рассматривать как плоский.

где M0 = M2enid - (m')2e~nid;

N0 = N 2enid - (N)2 e ~nd;

e-X0r 2 2

ЕКПАД =----^(1 + X0r +Xor ).

r

Таким образом, воспользовавшись приведенными формулами, можно оценить уровни ЭМП в окружающем помещение пространстве.

При расстояниях до стены, соответствующих ближней зоне излучения, поведение КЭ имеет свои особенности. На расстояниях dy/k < 0,2стены теряют свои экранирующие свойства и КЭ значительно меньше, чем для плоской волны. При расположении источника на расстояниях dy/k ~ 0,25 экранирующие свойства стены максимальны и намного превышают таковые для плоской волны. Для длины волны меньшей толщины стены максимум КЭ сглаживается.

124

РИ, 1999, № 4

Если вблизи стены расположен вертикальный магнитный диполь, КЭ характеризует те источники ЭМП, модель которых может быть представлена рамкой с током, плоскость которой перпендикулярна к плоскости стены.

Типичный характер поведения КЭ для таких источников ЭМП в зависимости от расстояний до стены показан на рис.1. Данному типу источника ЭМП соответствует кривая, обозначенная штрихом и приведенная для случая, когда длина волны Х=10м, проводимость стены s =0,2 См/м. Сравнивая приведенные на рис.1 и 2 кривые, можно заметить, что поле горизонтального и вертикального диполей экранируется по-разному. В частности, для последнего отсутствует характерный максимум КЭ, и экранирующие свойства стены при увеличении расстояния монотонно стремятся к своему предельному значению в дальней зоне, оставаясь меньше его.

На рис.3 показаны экранирующие свойства стены в зависимости от положения источника ЭМП при длине волны Х=10 м. Когда он представляет собой электрический диполь, моделирующий такие источники с прямолинейным отрезком тока. Кривая 1 описывает поведение КЭ для проводимости стены s=0,3, кривая 2 — для s = 0,2 и кривая 3 — для s = 0,1 См/м.

0,01 о,1 1 dJX

Рис.3. Зависимость экранирования электрического диполя от расстояния до стены

Из рис.1 видно, что КЭ электрического диполя в дальней зоне, как и магнитного диполя, асимптотически приближается к КЭ плоской волны. В ближней зоне наблюдается характерный минимум КЭ, положение которого определяется расстоянием порядка 0,25 X. При этом, как показывают расчеты, по мере уменьшения длины волны глубина минимума уменьшается и если длина волны становится меньше или соизмерима с толщиной экрана, то минимум не наблюдается вообще.

Как показывает анализ полученных результатов, для максимальной экранировки источников ЭМП, соответствующих горизонтальному магнитному диполю, его необходимо располагать на расстоянии от стены d0 и 0,2 5Х, соответствующих вертикальному магнитному диполю — на расстоянии d0 > 1 и соответствующих электрическому диполю — на расстояниях d0<0,1X и d(j>X.

Литература: 1. Нефедов Л.И., Тордица Д.Д., Сахацкий В.Д. Системный анализ и оценка окружающей среды по электромагнитным излучениям при проектировании архитектурных объектов. К.: УМК ВО, 1989. 160 с. 2. Артеменко В.А., Дзюндзюк Б.В., Сахацкий В.Д. Об экранировании поля дипольного источника слоем полупроводящего материала // Радиотехника. 1986. Вып. 79. С.65-73. 3. Артеменко В.А., Дзюндзюк Б.В., Сахацкий В.Д. Экранирование дипольного источника полупроводящим слоем // Радиотехника. 1988. № 10. С.28-29.

Поступила в редколлегию 13.12.99

Рецензент: д-р техн. наук Алипов Н.В.

Нефедов Леонид Иванович, д-р техн. наук, профессор кафедры информатики ХГТУСА. Научные интересы: эргономика, информатика. Адрес: Украина, 61002, Харьков, ул. Сумская, 40, тел. 40-93-54.

Сахацкий Виталий Дмитриевич, канд. техн. наук, доцент кафедры радиоэлектроники УИПА. Научные интересы: радиоэлектроника. Адрес: Украина, 61003, Харьков, ул. Университетская, 18, тел. 20-63-89.

Аль-Хеяри Али, аспирант кафедры информатики ХГТУСА. Научные интересы: охрана труда. Адрес: Украина, 61002, Харьков, ул. Сумская, 40.

Нефедова Анжелика Леонидовна, аспирант кафедры БЖД ХГАГХ. Научные интересы: эргономика. Адрес: Украина, 61002, Харьков, ул. Революции, 12, тел. 4590-28.

РИ, 1999, № 4

125