Файл: Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека.pdf

вых устройств и удаленности наземных радиолокаторов от аэродромов относительно невелика.

Рассмотрим подробнее пространственную энергетиче­ скую структуру полей, воздействующих на человека во время эксплуатации и настройки готовой аппаратуры. Условия облучения полем СВЧ достаточно подробно рас­ смотрены в работе [75].

1.2.2. Реальные условия облучения СВЧ полем. Даже без учета временных характеристик эти условия чрезвы­ чайно разнообразны.

В помещениях с генераторной аппаратурой и элемен­ тами фидерного тракта (рис. 1.2.2) как результат отсут­ ствия должной радиогерметичности имеют место так на­ зываемые внутренние* излучения аппаратуры (1, 2), создающие угрозу облучения непосредственно на рабо­ чем месте**. Иногда внутренние поля возникают вслед­ ствие проникновения через стены или крышу лучей — прямого (3) или переотраженного металлическими вклю­ чениями (4), имеющимися в материале стен и крыши. Картина поля осложняется отражениями от поверхно­ стей стен и шкафов с аппаратурой (5). На некоторых производственных участках и контрольно-испытательных станциях (КИС) внутри помещений находятся излуча­ ющие антенны, которые, если не закрыты необходимыми поглощающими насадками, и оказываются основным ис­ точником опасности.

* Внутренние поля — поля внутри помещений, ограниченных обычно хорошо отражающими поверхностями. Паразитные излуче­ ния — излучения, проникающие через электромагнитные неплотности устройств экранировки генераторов, фидеров, антенных коммутаторов и т. п. В большинстве случаев внутренние поля образуются только

врезультате паразитных излучений аппаратуры.

**Опасность переоблучения внутренними полями была отмечена еще с появлением диатермических установок, используемых для ВЧ

исключительно в промышленных условиях, но сейчас СВЧ генераторы появляются и в быту. Особую популярность приобретают магнетрон­ ные печи для приготовления пищи. По последним данным, производ­ ство таких печей мощностью 500 Вт только японской фирмой «Мацуста» к настоящему времени превышает 500 тыс. штук в год [109, 129, 155]. У нас такие печи используются в общественных сто­ ловых и кафе, в камбузах морских судов и т. п., т. е. здесь вопрос обеспечения безопасности при эксплуатации подобной аппаратуры является весьма актуальным.

24

Каждый из этих факторов вносит свой вклад в общий эффект, так что в некоторых случаях найти и определить вклад отдельных источников высокой интенсивности по­ ля в помещениях на основании общих измерений не уда­ ется и приходится прибегать к оценке конструкций от­ дельных блоков, шкафов и здания.

Как правило, внутренние поля возникают от строго локализованных источников, дополненных многократны­ ми отражениями от поверхностей стен, пола, потолка и аппаратуры. Такими источниками могут быть различные

Рис. 1.2.2. Общая картина внутренних полей.

электрические утечки через неплотности (щели) в дверцах шкафов генераторов, в фланцах волноводов, в сочленя­ ющих устройствах фазовращателей, ответвителей и т. п. Характерной особенностью таких внутренних (паразит­ ных) излучений является то, что при облучении ими че­ ловек может оказаться на расстояниях от места излуче­ ния, много меньших длины волны, вплоть до непосред­ ственного контакта, т. е. в ближней зоне.

25

Понятие ближней зоны тесно связано с полем антенны и, види­ мо, поэтому среди специалистов бытует разночтение терминов при разделении фактически трех разных понятий. Для дальнейшего клас­ сифицируем их следующим образом.

Зона индукции элементарного вибратора — область поля, в ко­ торой величины энергии, запасенной поочередно возникающими элек­ трическим и магнитным полями, существенно неодинаковы, т. е. здесь имеет смысл говорить не о «перекачке» энергии из магнитной в электрическую, как это имеет место в дальней зоне, а о перекачке энергии между полем и источником. С приближением к источнику в пределах от Л/2зт и ближе интенсивность составляющих возрастает пропорционально 2—3-й степени уменьшения расстояния. Зона индук­ ции является неотъемлемой частью поля любого излучателя, в том числе и апертурных антенн, отдельных активных вибраторов и пас­ сивных переизлучателей. Некоторые сведения о зоне индукции эле­ ментарного вибратора приведены в § 3.1.

Ближняя зона антенн, или зона Френеля, простирается от апер­ туры антенны с расстояния один — три раскрыва и плавно через промежуточную зону (приблизительно 0, 1 ... 1 расстояния до гра­ ницы дальней зоны) переходит в дальнюю (зона Фраунгофера), где

ционных явлений антенны, где внутренняя структура поля суще­ ственно реактивна, т. е. существуют выраженные минимумы и ма­ ксимумы плотности потока мощности на электрической оси антенны. Необходимость выделения этой области антенн в отдельную связа­ но с появлением в пей определенной специфики биологического дей­ ствия; границы ее весьма условны и пока могут быть определены

наличие зоны индукции. Граница же дальней зоны таких источников вследствие малости их размеров находится в непосредственной близости от них, т. е. геометрически поле сформировано па любых расстояниях R ^ 2 L 2/X, где

ся в непосредственной близости от металлических

волны, даже если он не является собственно элементом антенны, будучи облученным, имеет зону индукции, ин-

26

тенсивиость .поля в которой может со много раз превы­ сить интенсивность падающей волны. Для наглядности

терференционная картина, устанавливаемая в закрытых помещениях с излучающей аппаратурой, создает и опре­ деленные трудности при измерении этих полей. Напри­ мер, усложняется выбор параметров поля и единиц из­ мерения этих параметров, наилучшим образом опреде­ ляющих степень биологической вредности; появляются

Рис. 1.2.3. Качественная картина зон апертурной антенны:

трудности технического характера чіри измерении полей (которые здесь отличаются высокой пространственной фазовой и амплитудной неоднородностью) и т. д. Мно­ гие из этих трудностей пока еще не преодолены даже в теоретическом плане. Например, при измерениях обыч­ ными рупорными или вибраторными антеннами полей вблизи аппаратуры относительно низкочастотных уст­ ройств ошибка в сторону занижения может составить несколько десятков раз и более и, следовательно, резуль­ таты таких измерений не могут являться предметом сравнения с установленными нормативами по ППМ.

Естественная локализация внутренних полей в огра­ ниченном пространстве и относительная простота техни­ ческих возможностей снижения интенсивности внутрен­ них полей до необходимого минимума позволяют при

27

28

Рис. i .2.4. Гигиену СВЧ интересуют два класса антенн: измерительные и излучающие:

а — антенна радиолокационной станции AN/FPS-85; б — антенна р а ­ диолокационной станции AN/FPS-49; в — антенна ІІ6-22 [75] прибора ПО-1, предназначенного для измерения интенсивности поля в диа­ пазоне 150 . . . 300 МГц; г — антенна-зонд, применяемая для измере­ ния интенсивности поля вблизи аппаратуры.

определенных затратах внимания, сил и средств дооиться высокой степени защиты персонала по крайней мере на этапе эксплуатации аппаратуры.

Несмотря на то, что антенны СВЧ устройств, как пра­ вило, концентрируют энергию в пределах относительно малых пространственных коридоров, тем не менее значи­ тельная часть излучаемой энергии (доля ее колеблется в очень широких пределах: от единиц до десятков про­ центов) рассеивается в пространстве в виде четко сфор­ мированных боковых лепестков и «фона». Разработка и строительство антенн с малым уровнем паразитных из­ лучений требует больших затрат. Кроме удорожания ан­ тенных систем, работы, связанные с уменьшением пара-

29

зитных антенных излучений, непременно связаны с из­ менением остальных характеристик РТС, и на это обычно не идут.

В диапазоне СВЧ применяются антенны самого раз­ личного назначения и устройства [198]. Нас будут инте­ ресовать в основном антенны, создающие поле, т. е. из­ лучающие антенны, и антенны, .используемые как прием­ ные зонды и позволяющие регистрировать поле. Антен­ ны, конструкция которых не содержит материалов с не­ линейными свойствами или элементами, удовлетворяют принципу взаимности. В соответствии с этим принципом основные параметры антенн не зависят от того, в каком режиме она используется: в режиме приема или в режи­ ме передачи. Однако конструктивно приемные и переда­ ющие антенны часто существенно отличаются друг от друга. Это различие заметно при сравнении СВЧ изме­ рительных антенн и антенн-излучателей мощных радио­ технических систем (табл. 1.2.2, рис. 1.2.4).

Коротко измерительные антенны будут рассмотрены

1.2.3. Излучающие антенные системы наземных РТС.

На основе анализа зарубежных патентных материалов и теоретических работ [78, 144 и др.] можно выделить два основных направления развития антенных систем на­ земных РТС: создание больших антенн зеркального (рефлекторного) типа с механическим перемещением п фазированных решеток с электрическим перемещением луча. Все эти антенны относят к классу апертурных, т. е. к классу антенн с явно выраженной апертурой. Такие антенны, несмотря на конструктивные особенности уст­ ройств отдельных классов, имеют ряд общих характе­ ристик, зависящих от распределения поля по апертуре. В частности, приблизительно одинаковы уровни боко­ вых лепестков зеркал и достаточно гладких решеток (если 2лй/Х<0,3, где d/%— расстояние между элемента­ ми решетки в длинах волн), причем даже при сложном амплитудном и фазовом распределениях ів апертурах. Однако при определении потенциальной опасности при­ ходится учитывать и ряд особенностей поля антенн каж ­ дого класса. В частности, к особенностям зеркальных антенн можно отнести следующее:

30