Екрануючі та поглинаючі огороджуючі конструкції для підвищення безпеки праці при високочастотних та надвисокочастотних випромінюваннях - Автореферат

У діапазоні НВЧ обєкти захисту звичайно знаходяться від впливом полів дальньої зони, а на високих частотах - під впливом полів ближньої зони. Переважно домінуючим обєктом досліджень є плоскі електромагнітні хвилі (поля у дальній зоні), а як захисний матеріал досліджуються або метали, або широко відомі конструкції поглиначів електромагнітних хвиль. В області захисту виробничого середовища від електромагнітного випромінювання можна виділити перспективний напрямок досліджень: захист біологічних та технічних обєктів від високочастотних полів у ближній зоні та надвисокочастотних полів у дальній зоні антен за допомогою надпровідникових матеріалів. Робота виконувалась у Харківському технічному університеті будівництва та архітектури з 1997 р. по 2000 р. за темою “Розробка теорії та моделей системного аналізу складних соціально-економічних та екологічних міських систем на основі впровадження інформаційних технологій” (№ДР 0194U38225) у відповідності з підрозділом 6.2.2 “Перспективні інформаційні технології” Плану держбюджетних робіт Міністерства освіти та науки України. В роботі використано методи системного аналізу (для аналізу електромагнітної обстановки виробничого середовища, методів та засобів захисту від ЕМВ та постановки задачі дослідження), електродинаміки та математичного моделювання (для дослідження екрануючих та поглинаючих властивостей огороджуючих конструкцій).У галузі захисту виробничого середовища від електромагнітних випромінювань можна виділити перспективний напрямок досліджень: біо-та технозахист від випромінювання у ближній зоні у низькочастотному діапазоні та випромінювання антен у дальній зоні у високочастотному діапазоні за допомогою напівпровідникових матеріалів. В розділі 2 проводилися дослідження екрануючих властивостей матеріалів за умов впливу ЕМВ, а саме розглядалися: коефіцієнти екранування поля магнітного диполя та електричного диполів у ближній зоні; особливості екранування амплітудно-модульованих ЕМВ; ефективність екранування несинусоїдальних випромінювань. Таким чином встановлено, що коефіцієнт екранування випромінювання у ближній зоні горизонтального магнітного диполя, розташованого від екрану на відстані d0<0,2l буде меншим, а на відстані d0 - 0,2l більше свого значення для плоскої хвилі. На відстанях від екрана d0< 0,1 l коефіцієнти екранування стосовно ближньої зони вертикального та горизонтального магнітного диполів, у порівнянні з дальньою зоною випромінювання, зменшуються на 10…20 ДБ. Мінімум коефіцієнта екранування не спостерігається, якщо довжина хвилі у матеріалі екрану менше чи сумірна з товщиною екрану.Встановлено, що ефективне поглинання Е-поляризованого випромінювання у широкому секторі його кутів падіння можна отримати за допомогою конструкції ПЕХ у вигляді “ножової” решітки. Виявлено, що для Н-поляризованого випромінювання збільшення поглинаючих властивостей ПЕХ при похилому падінні досягається за допомогою його конструкції у вигляді решітки типу “жалюзі”. При цьому максимальне поглинання енергії падаючого випромінювання спостерігається при кутах падіння, рівних куту нахилу пластин. Встановлено, що відстань між пластинами решітки типу “жалюзі”, при якому спостерігається максимальне поглинання енергії ЕМВ, залишається постійною та рівною тому періоду решітки, при якому також досягається максимальне поглинання.З метою створення нових та підвищення ефективності існуючих засобів захисту у високочастотній ділянці радіодіапазону проведено дослідження екрануючих матеріалів. При цьому виявлено такі його особливості: при розташуванні екрана у ближній зоні електричного диполя на відстані d0/l=0,25 коефіцієнт екранування є меншим, а при d0/l<0,1 є більшим, ніж при розташуванні екрану у дальній зоні випромінювання; Коефіцієнт екранування вертикального магнітного диполя при збільшенні відстані до екрана монотонно збільшується та прагне свого максимального значення у дальній зоні випромінювання. Коефіцієнт екранування поля ближньої зони горизонтального магнітного диполя має максимум при відстанях до екрана d0/l=0,25. при розташуванні вертикального або горизонтального магнітних диполів на відстанях від екрану d0/l <0,1, коефіцієнт екранування у порівнянні з дальньою зоною випромінювання зменшується на 10…20 ДБ.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Ці експериментальні дослідження дозволяють зробити такі висновки: 1. Встановлено, що ефективне поглинання Е-поляризованого випромінювання у широкому секторі його кутів падіння можна отримати за допомогою конструкції ПЕХ у вигляді “ножової” решітки. При цьому площина поляризації повинна бути колінеарною площинам пластин решітки.

2. Виявлено, що для Н-поляризованого випромінювання збільшення поглинаючих властивостей ПЕХ при похилому падінні досягається за допомогою його конструкції у вигляді решітки типу “жалюзі”. При цьому максимальне поглинання енергії падаючого випромінювання спостерігається при кутах падіння, рівних куту нахилу пластин.

3. Встановлено, що відстань між пластинами решітки типу “жалюзі”, при якому спостерігається максимальне поглинання енергії ЕМВ, залишається постійною та рівною тому періоду решітки, при якому також досягається максимальне поглинання.

4. Показано, що поліпшити технічні характеристики ПЕХ та зменшити його товщину можна за допомогою запропонованих конструкцій ПЕХ. Зокрема, введення у базовий ПЕХ “ножової” поглинаючої решітки призводить (завдяки підвищенню його поглинаючих властивостей) до зниження коефіцієнта відбиття на 4…8 ДБ у широкому діапазоні довжин хвиль.

5. Визначено, що в заданому діапазоні довжин хвиль та товщині комбінованого ПЕХ існують оптимальні значення діелектричної проникності пластин та періоду їх розташування, при яких спостерігається максимальне поглинення падаючої хвилі.

6. Виявлено, що введення у базовий ПЕХ решітки типу “жалюзі” спричиняє (завдяки зростанню його поглинаючих властивостей) зниження коефіцієнта відбиття в середньому на 7 ДБ в широких діапазонах довжин хвиль та кутів падіння НВЧ випромінювання.

7. Показано, що ПЕХ комбінованої конструкції дозволяє зменшити товщину базового поглинача (за результатами експерименту в 1,5 рази) без погіршення його поглинаючих характеристик.

8. Розглянуті конструкції комбінованих ПЕХ можуть бути застосовані до широкого класу базових поглиначів, оскільки закладені в них фізичні принципи роботи не залежать від конкретного різновиду базового поглинача.1. На основі аналізу електромагнітної обстановки виробничого середовища, існуючих методів та засобів захисту від ЕМВ обґрунтовано необхідність вирішення задачі оцінки екрануючих та поглинаючих властивостей матеріалів.

2. З метою створення нових та підвищення ефективності існуючих засобів захисту у високочастотній ділянці радіодіапазону проведено дослідження екрануючих матеріалів. З санітарно-гігієнічної точки зору, напівпровідникові екрануючі матеріали є більш придатними для створення екранованих споруд, бо, екрануючи штучні ЕМВ, вони практично не перешкоджають проникненню природнього поля Землі. Проведено детальне дослідження екранного поглинення таких матеріалів. При цьому виявлено такі його особливості: при розташуванні екрана у ближній зоні електричного диполя на відстані d0/l=0,25 коефіцієнт екранування є меншим, а при d0/l<0,1 є більшим, ніж при розташуванні екрану у дальній зоні випромінювання;

поле ближньої зони горизонтального та вертикального магнітних диполів екранується по різному. Коефіцієнт екранування вертикального магнітного диполя при збільшенні відстані до екрана монотонно збільшується та прагне свого максимального значення у дальній зоні випромінювання. Коефіцієнт екранування поля ближньої зони горизонтального магнітного диполя має максимум при відстанях до екрана d0/l=0,25. На цих відстанях його значення може бути на 7 ДБ більшим, ніж для поля у дальній зоні;

при розташуванні вертикального або горизонтального магнітних диполів на відстанях від екрану d0/l < 0,1, коефіцієнт екранування у порівнянні з дальньою зоною випромінювання зменшується на 10…20 ДБ.

3. Екранне загасання радіоімпульсного випромінювання є меншим ніж для гармонічного. При цьому у спектрі радіоімпульса, що пройшов скрізь екран, виникають вищі гармоніки, з яких найбільшу амплітуду має друга. Чим вище значення екранного загасання, тим більше його амплітуда.

4. При екрануванні несинусоїдальних ЕМВ однорідними екранами, екранне загасання є приблизно таким же, як для гармонічних полів. Однак, неоднорідні екрани (що мають отвори, щілини) екранують ці ЕМВ на 10 ДБ гірше, ніж гармонічні.

5. Досліджено конструкцію поглинаючої решітки типу “жалюзі”. Показано, що такі ПЕХ мають більшу ефективність при похилому падінні електромагнітної хвилі, ніж існуючі на практиці “ножові” решітки, які можуть бути використані при виготовленні ПЕХ типу “жалюзі”.

6. Експериментально підтверджено, що введення у базовий ПЕХ “ножової” решітки (при нормальному та близькому до нього падінні НВЧ-випромінювання), а також решітки типу “жалюзі” (у широкому діапазоні кутів падіння) призводить до підвищення його поглинаючих властивостей.

7. Розглянуті конструкції комбінованих ПЕХ можуть застосовуватися до широкого класу базових поглиначів, бо фізичні принципи роботи, закладені в цих конструкціях не залежать від конкретного різновиду базового поглинача. Досліджені конструкції ПЕХ є вигідними у економічному відношенні, бо дозволяють значно підвищити ефективність роботи поглинувачів без істотного зміни діючої технології їх виготовлення.

8. Досліджені у роботі ПЕХ, разом з підвищенням ефективності відомих радіопоглинаючих засобів захисту відкривають можливість створення низки нових видів захистних пристроїв: радіопоглинаючих покриттів у НВЧ-печах конвеєрного типу та аналогічних до них сушильних установках. Запропоновані конструкції ПЕХ можуть знайти своє застосування та розвиток при вирішенні питань зниження фону випромінювання не тільки дзеркальних антен, але й антенних решіток, а також антен інших типів.

1. Нефедова А.Л., Сахацкий В.Д., Аль-Хеяри Али, Нефедов Л.И. Анализ методов и средств защиты от электромагнитных полей // Науковий вісник будівництва. - Харків, 1999. - Вип. 8. - С. 193-202.

2. Нефедова А.Л., Сахацкий В.Д., Аль-Таххан Б., Аль-Хеяри А.. Исследование распределения электромагнитного поля в помещении при размещении в нем источника излучения // Радиотехника. - 2000. - №113. С. 142-147.

3. Нефедова А.Л., Сахацкий В.Д., Аль-Таххан Б., Аль-Хеяри А.. Анализ распределения ЭМП по фасаду и в помещении здания от внешнего источника излучения // Радиоэлектроника и информатика. - 2000. - №1. С. 147-150.

4. Нефедов Л.И., Сахацкий В.Д., Аль-Хеяри Али, Нефедова А.Л. Модели оценки экранирования ближних полей источников электромагнитных излучений. // Радиоэлектроника и информатика. - 1999. - №4. С.110-112.

5. Нефедов Л.И., Сахацкий В.Д., Аль-Хеяри Али, Нефедова А.Л. Исследование радиопоглощающих свойств “ножевой” решетки. // Вестник ХГПУ. - Харьков, 2000. - Вып. 92. - С. 123-133.

6. Нефедова А.Л., Сахацкий В.Д., Аль-Хеяри Али. экспериментальное исследование радиопоглощающих свойств решетки типа “жалюзи” // Вестник ХГПУ. - Харьков, 2000. - Вып. 93. - С. 89-94.

7. Кобрин В.Н., Аль-Хеяри А. Технологические проблемы изготовления зеркальных антенн аэрокосмического назначения из полимерных композиционных материалов // Сб. Науч. тр. Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. - Харьков, 1998. - Вып. 12. - С. 81-85.

8. Нефедов Л.И., Аль-Хеяри Али, Нефедова А.Л. Задачи синтеза средств защиты от электромагнитных полей. // Сб. науч. тр. Междунар. эколог. конг. “Новое в экологии и БЖД”. - С.-Пб., 2000. - Т. 2. - С. 107.

9. Нефедова А.Л., Сахацкий В.Д., Аль-Хеяри Али. Синтез средств защиты от электромагнитных излучений. // Сп. науч. тр. поматер. 6-й Междунар. конф. “Теория и техника передачи, приема и обработки информации (Новые информационные технологии)” - Харьков, 2000. - С. 74-76.

10. Нефедов Л.И., Сахацкий В.Д., Аль-Хеяри Али. Проектирование средств защиты от электромагнитных полей. // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 2000. - №4. - С. 112-113.