Metody kontroli poziomów emisji pola elektromagnetycznego w środowisku

Transkrypt

1 Metody kotroli poziomów emisji pola elektromagetyczego w środowisku Paweł Bieńkowski Pracowia Ochroy Środowiska elektromagetyczego, ITTA, Politechika Wrocławska Pawel.biekowski@pwr.wroc.pl Wstęp Dyamiczy rozwój techik wykorzystujących eergię elektromagetyczą powoduje ciągły wzrost poziomu pola elektromagetyczego (PEM) środowisku. Emisja PEM do środowiska może z wyikać z działalości celowej p. radiokomuikacja i radiolokacja, lub być efektem uboczym i w większości przypadków wręcz iepożądaym są to promieiowae zaburzeia radioelektrycze. W każdym przypadku emisje PEM podlegają odpowiedim uormowaiom i kotroli. Emisje iepożądae są w obszarze zaiteresowaia kompatybilości elektromagetyczej, większość systemów radiokomuikacyjych jest kocesjoowaa i ad sferą techiczą kocesji sprawuje adzór UKE, a arzędzia do kotroli PEM w środowisku zapewia Prawo Ochroy Środowiska. Źródła PEM w środowisku Różorodość źródeł i specyfika ich pracy powoduje, że do środowiska emitowae jest PEM o bardzo szerokim widmie poczyając od kilkuastu Hz a kończąc a wysokich mikrofalach o częstotliwości kilkudziesięciu GHz. Większość emisji iepożądaych ma charakter sygałów ieperiodyczych, szerokopasmowych i ieskorelowaych ze sobą, co pozwala taktować je jako szum. Na tle tego szumu moża zaobserwować PEM związae z emisją celową są to zwykle sygały stabile, powtarzale i o ograiczoym widmie. Istieje rówież grupa sygałów, które są emitowae celowo, ale z pełą świadomością ukryte w szumie albo szum udające. Wszystkie te emisje staowią w pukcie obserwacji tzw. tło lub środowisko elektromagetycze. W Tabeli 1 zebrao typowe źródła PEM mogące wpływać a środowisko elektromagetycze.

2 Tabela 1. Przegląd źródeł PEM w środowisku Dziedzia zastosowań Zakres częstotliwości Typowe moce adajików/geeratorów Elektroeergetyka Liie wysokiego apięcia 50Hz (ELF) Napięcie zamioowe kv Radiokomuikacja Nadajiki radiowe 180 khz 860 MHz 5W 2 MW i telewizyje Stacje bazowe telefoii 450 (900) 2100 MHZ 2 50 W/kaał komórkowej Liie radiowe azieme 1-40 GHZ 10 mw 20 W i satelitare Radiotelefoy i termiale 27 MHz 2,1 GHz 0,1 W 15 W przeośe Radiolokacja (radary) 1-10GHz 1W 3 MW w impulsie Trasmisja daych Pukty dostępowe Wi-Fi 2,4; 5,1-5,8 GHz 0,1 1 W Systemy PMP (puktwielopukt) 3,5 26 GHz 0,1 20 W Karty Wi-Fi 2,4; 5,1-5,8 GHz mw ISM Nagrzewice, suszarki i 27,12 MHz 100W 100kW zgrzewarki dielektrycze Mieralizatory, suszarki 2,45 GHz 300W 10 kw mikrofalowe Aparaty do elektrochirurgii khz, 1-3 MHz W (lacetroy) Diatermie krótko 27,12 MHz 2,45 GHz W (w impulsie) i mikrofalowe MRI (iezależie od pola MHz W magetyczego, występuje pole z zakresu radiofal) EAS 1-20MHz i 2,45GHz brak daych, praca impulsowa ESPU Kucheki mikrofalowe 2,45 GHz W Czujiki ruchu 2,45 GHz < 20mW Podstawowe parametry środowiska elektromagetyczego to wypadkowe atężeie pola (często jest to wskaźikowe lub ważoe atężeie PEM, gdzie wagami są wartości odiesieia w poszczególych zakresach częstotliwości) oraz widmowa gęstość mocy, która pozwala a określeie charakteru źródeł emitujących PEM. Np. w środowisku zurbaizowaym i przemysłowym zaobserwujemy zaczy udział w tle

3 elektromagetyczym PEM związaego z zaburzeiami radioelektryczymi, a p. w pasmach przydzieloych telefoii komórkowej widmo będzie dość dokładie wypełioe, co wyika z dużej ilości wykorzystywaych kaałów. W tereie wiejskim moża się spodziewać zaczie iższego poziomu zakłóceń wielkomiejskich a w przywołaych powyżej pasmach telefoii komórkowej bez problemu określimy pojedycze kaały wykorzystywae przez operatorów. Rówież wypadkowe atężeie PEM będzie zwykle zaczie iższe. Ocea PEM w środowisku Oceę wpływu emisji PEM a szeroko pojęte środowisko realizuje się dwiema podstawowymi metodami: przez aalizy teoretycze rozkładu PEM w otoczeiu struktur promieiujących oraz pomiary. Symulacje rozkładu PEM prowadzi się p. a etapie projektowaia systemów radiokomuikacyjych w celu określeia parametrów użytkowych systemu czy oddziaływaia a środowisko, ale także przy projektowaiu urządzeń dla spełieia wymogów kompatybilości elektromagetyczej. Stosuje się tu ajróżiejsze metody od rozwiązań aalityczych wykorzystujących proste modele propagacyje w swobodej przestrzei aż do aaliz opartych a szczegółowych modelach umeryczych radiatorów i ich otoczeia. Pomiary PEM są ajważiejszym arzędziem wyzaczaia poziomu PEM i weryfikacją w warukach rzeczywistych aaliz teoretyczych. W zależości od celu pomiaru, stosuje się róże metody. Są to w szczególości pomiary selektywe, szerokopasmowe oraz pomiary szerokopasmowe mierikiem selektywym. Pomiary selektywe stosowae są główie w przypadku pomiarów propagacyjych i ocey parametrów PEM od jedego źródła. Typowo pomiar realizuje się z wykorzystaiem atey dołączoej do selektywego odbiorika pomiarowego, co pozwala a uzyskaie bardzo dużej czułości. Pomiary szerokopasmowe z kolei stosowae są powszechie w pomiarach związaych z oceą oddziaływaia PEM a środowisko. Wykorzystuje się do tego mieriki szerokopasmowe umożliwiające wykoywaie pomiarów rówież w bezpośredim otoczeiu źródeł PEM (zarówo pierwotych jak i wtórych), a co zwykle ie pozwalają mieriki selektywe. Wyikiem pomiaru jest wypadkowe atężeie pola z całego pasma pomiarowego sody. Dla zakresu atężeń PEM, w których sody pomiarowe zapewiają detekcję wartości skuteczej (RMS) i dla płaskiej charakterystyki częstotliwościowej sody pomiarowej odpowiedź sody wyraża się zależością (1):

4 2 E. (1) w E gdzie E jest atężeiem pola składowej Wadą tego typu mierików jest stosukowo mała czułość rzędu 0,5-1 V/m, zaletą zwykle wszechkierukowa soda pomiarowa, co zdecydowaie upraszcza pomiary tła elektromagetyczego. Pomiary szerokopasmowe mierikiem selektywym pozwalają połączyć zalety dwu poprzedich metod: dużą czułość pomiarów selektywych i możliwość wyzaczeia wypadkowego atężeia pola charakterystyczego dla pomiarów szerokopasmowych. Wypadkowe atężeie pola wyzacza się a podstawie pojedyczych pomiarów selektywych korzystając z zależości (2): 2 E ( A U ). (2) w gdzie Af - współczyik ateowy dla częstotliwości odpowiadającej -temu przedziałowi pomiarowemu a U apięcie a wejściu odbiorika dla tego zakresu. Przy stosowaiu każdej z wymieioych metod pomiaru, zwłaszcza przy pomiarze bardzo iskich atężeń PEM, jakie typowo występują w środowisku, ależy zwracać uwagę a szumy włase mierika, które mogą w sposób istoty zafałszować pomiary, zawyżając ich wyiki. Drugim kryterium podziału metod pomiarów PEM jest sposób ich wykoywaia. Pierwsza grupa to pomiary puktowe w czasie i przestrzei, p. pomiar atężeia PEM w otoczeiu źródła dla wyzaczeia obszarów występowaia PEM o wartościach wyższych od dopuszczalych w środowisku. Drugą grupę staowią pomiary moitorigowe mające a celu p. określeie zmieości parametrów PEM w czasie albo wyzaczeie tredów długotermiowych. Pomiary takie zwykle wykoywae są w sposób ciągły przez zaday czas. Obecie obserwuje się wyraźy wzrost zaiteresowaia tego typu pomiarami dla celów określeia ekspozycji populacji a PEM. Pomiary takie prowadzi się w dwójasób: albo wybiera się określoe pukty w przestrzei i w ich prowadzi pomiar długotermiowy (ocea PEM w środowisku), albo dokouje się próby ocey ekspozycji a PEM człowieka wyposażając go w dozymetr PEM. W Polsce, realizując wymogi Prawa Ochroy Środowiska, wykouje się pomiary puktowe po uruchomieiu większości istalacji radiokomuikacyjych dla stwierdzeia dotrzymaia dopuszczalych wartości PEM w ich otoczeiu oraz w ramach Państwowego f

5 Moitorigu Środowiska pomiary moitorigowe trwające ieprzerwaie 2 godziy w odpowiedio wybraych reprezetatywych puktach w różych obszarach: cetralych dzielicach miast o liczbie ludości powyżej 50 tys., w pozostałych miastach i a tereach wiejskich. W każdym województwie wybiera się roczie po 15 puktów w każdym obszarze, tak aby w trzyletim, powtarzalym cyklu przeprowadzić pomiary w 135 puktach. Prowadzi się rówież szereg iezależych badań i pomiarów, a przykład jedego z badań zmia PEM związaych ze zmiaą ruchu telekomuikacyjego w otoczeiu stacji bazowej GSM przeprowadzoego przez autora przedstawia poiższy rysuek. Rys. 1. Wyiki moitorigu atężeia PEM od stacji bazowej GSM w Bielaach Wrocławskich w diach r.