Придніпровська державна академія

будівництва та архітектури

Аль-Хеярі Алі

УДК 624.371:53.082.74

ЕКРАНУЮЧІ ТА ПОГЛИНАЮЧІ ОГОРОДЖУЮЧІ КОНСТРУКЦІЇ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ БЕЗПЕКИ ПРАЦІ

ПРИ ВИСОКОЧАСТОТНИХ

ТА НАДВИСОКОЧАСТОТНИХ ВИПРОМІНЮВАННЯХ

Спеціальність 05.26.01 – охорона праці

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор,

Нефьодов Леонід Іванович,

Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, професор кафедри економічної кібернетики та інформатики.

Офіційні опоненти:

·

·

Провідна установа – Національна гірнича академія України Міністерства освіти та науки України, кафедра аерології та охорони праці

Захист відбудеться “20” грудня 2000 року о 15.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 08.085.03 Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а, к. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а

Автореферат розісланий “17”листопада 2000 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Шаленний В.Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Усі методи біологічного захисту від електромагнітного випромінювання (ЕМВ) поділяються на організаційні та технічні, а засоби захисту на колективні, локальні та індивідуальні.

В основу більшості технічних методів захисту покладено принцип відбиття (метод екранування) та поглинання радіохвиль. При цьому на ділянці надвисоких частот (НВЧ) переважно використовують поглинаючі матеріали, а на високих частотах (ВЧ) – відбиваючі (екрануючі) матеріали.

У діапазоні НВЧ об'екти захисту звичайно знаходяться від впливом полів дальньої зони, а на високих чаcтотах – під впливом полів ближньої зони. Переважно домінуючим об'єктом досліджень є плоскі електромагнітні хвилі (поля у дальній зоні), а як захисний матеріал досліджуються або метали, або широко відомі конструкції поглиначів електромагнітних хвиль. Комплексне дослідження проблеми, у якому б розглядались технічні методи і засоби захисту, стосовно ВЧ- та НВЧ-електромагнітного випромінювання для дальньої та ближньої зон залишається маловивченим.

У високочастотному діапазоні найбільшу небезпеку для виробничого середовища становлять антенні поля радіолокаційних станцій (РЛС). У більшості випадків, їх ЕМВ складають амплітудно-модульовані коливання. Зараз у практику впроваджуються нові види РЛС та системи зв'язку, що випромінюють у простір нетрадиційний тип електромагнітних хвиль – несинусоїдальні хвилі, але питання захисту від таких ЕМВ також не розглядалися.

В області захисту виробничого середовища від електромагнітного випромінювання можна виділити перспективний напрямок досліджень: захист біологічних та технічних об'єктів від високочастотних полів у ближній зоні та надвисокочастотних полів у дальній зоні антен за допомогою надпровідникових матеріалів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. 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. Автор був виконавцем.

Метою роботи є підвищення безпеки праці за умов впливу високочастотних та надвисокочастотних випромінювань за рахунок екрануючих та поглинаючих огороджуючих конструкцій.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі дослідження:

1. Дослідження екрануючих властивостей напівпровідникових матеріалів.

2. Умов впливу ЕМВ магнітного та електричного диполів.

3. Дослідження особливостей екранування амплітудно-модульованих та несинусоїдальних ЕМВ.

4. Теоретичне дослідження поглинаючих властивостей комбінованих поглиначів електромагнітних хвиль (ПЕХ).

5. Експериментальні дослідження поглинаючих властивостей комбінованих ПЕХ з метою створення нових огороджуючих конструкцій при проектуванні приміщень.

Об'єктом дослідження в роботі є ближні, амплітудно-модульовані та несинусоїдальні високо- та надвисокочастотні випромінювання.

Предметом досліджень є екрануючі та поглинаючі огороджуючі конструкції у високо- та надвисокочастотному діапазонах випромінювання.

Методи дослідження. 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).

Наукова новизна полягає в наступному:

1. Вперше досліджено екрануючі властивості огороджуючих конструкцій стосовно полів ближньої зони, амплітудно-модульованих та несинусоїдальних ЕМВ, що дозволило розробити рекомендації щодо вибору місця розташування та параметрів екрану у залежності від характеристики ЕМВ.

2. Вдосконалено моделі оцінки поглинаючих властивостей комбінованих ПЕХ, що дозволяють отримати, на відміну від існуючих приблизних методів для нормального падіння хвилі, більш точне рішення при похилому падінні хвилі.

3. На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень розроблено рекомендації стосовно вибору параметрів екрануючих та поглинаючих огороджуючих конструкцій в залежності від характеристик ВЧ та НВЧ випромінювань.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані у дисертації результати дозволяють підвищити безпеку праці за рахунок вибору більш ефективних екрануючих та поглинаючих огороджуючих конструкцій при впливі ВЧ та НВЧ ЕМВ. Наукові результати впроваджено у технічному бюро механічної обробки Харківського державного авіаційного виробничого підприємства при створенні засобів захисту від електромагнітних полів при атестації робочих місць. Результати роботи використовуються при проведенні лекцій, виконанні лабораторних та курсових робіт з дисциплін “Охорона праці” та “Комп'ютерні технології в урбоекології” у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури, у лекційному курсі “Охорона праці” Національного аерокосмічного університету “ХАІ”, м. Харків.

Особистий внесок здобувача. Основні результати отримані особисто

автором. Здобувач розробив: в роботі [1] аналіз методів та засобів захисту від впливу ЕМВ; роботах [2-4] - моделі досліджень екрануючих властивостей матеріалів за умов впливу ЕМВ; в роботі [5] - моделі дослідження радіопоглинаючих властивостей “ножової” решітки; в роботі [6] – провів експериментальні дослідження радіопоглинаючих властивостей решітки типу “жалюзі”, в роботі [7] – дослідив проблеми використання полімерних композиційних матеріалів для дзеркальних антен; в роботах [8-10] – задачі синтезу засобів захисту від ЕМВ.

Апробація результатів роботи. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на 6-й Міжнародній конференції “Теория и техника передачи, приема и обработки информации” (Туапсе, 2000); Міжнародному екологічному конгресі “Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности” (Санкт-Петербург, 2000); 13-й Міжнародній школі-семінарі “Перспективные системы управления на железнодорожном, промышленном и городском транспорте” (Алушта, 2000); республіканських семінарах Наукової Ради НАН України з напрямку “Кібернетика” (Харків, 1999-2000); 54-55-й науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (Харків, 1999-2000); семінарах кафедри безпеки життєдіяльності державного аерокосмічного університету “ХАІ” (Харків, 1997-1999).

Публікації. Основні наукові положення дисертації опубліковані у 7 статтях, 3 матеріалах і тезах доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел, додатків. Загальний обсяг сягає 214 сторінок. Крім основного тексту, викладеного на 176 сторінках, дисертація містить 80 рисунків, 3 таблиці, список літературних джерел із 118 найменувань на 14 сторінках та додатків на 24 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, показана важливість виконаних досліджень з розробки екрануючих та поглинаючих огороджуючих конструкцій для підвищення безпеки праці при впливі високочастотного та надвисокочастотного випромінювання, сформульована мета роботи, поставлені основні завдання дослідження, показана новизна роботи, визначена практична цінність результатів.

Розділ 1 присвячено вивченню сучасного стану проблеми захисту виробничого середовища від ЕМВ. В ньому розглянуто питання електромагнітної обстановки виробничого середовища, її нормування та контролю; проаналізовано методи та засоби захисту від електромагнітних випромінювань; поставлені завдання синтезу засобів захисту від електромагнітного випромінювання; сформульовано завдання дослідження.

Основним джерелом ЕМВ високих рівнів є антени радіотехнічних систем різного призначення. Потужні радіостанції створюють небезпечні зони, що простягаються на десятки кілометрів. Свій внесок докладає й передавальна телевізійна аппаратура, потужність якої складає десятки кіловат. Окрім антенних систем, високі рівні ЕМВ створюють ненавмисні випромінювачі, що генерують електромагну енергію локально і не призначені для радіозв'язку. Таке випромінювання відносять до розряду промислових перешкод зв'язку. До них належать установки індукційного типу, що застосовуються у промисловості для обробки металів, електрозварювальні апарати, системи запалення автомобілів, перешкоди, що викликані електротранспортом.

Основні характеристики ЕМВ – електрична Е та магнітна Н складові напруженості поля, а також щільність потоку енергії (ЩПЕ) визначаються його джерелом, навколишнім середовищем та відстанню від джерела до точки спостереження. Виробниче середовище характеризується електрофізичними характеристиками його об'єктів.

Складовою частиною захисних заходів від опромінювання ЕМВ є контроль його рівнів, що не повинні перевищувати встановлених гігієнічних нормативів. Вибір регіструючих параметрів ЕМВ визначається з урахуванням особливостей формування ЕМВ випромінювачів (ближня та дальня зони випромінювання). У ближній зоні, де ЕМВ ще не сформувалося, інтенсивність ЕМВ оцінюється за електричною та магнітною складовими. Для дальньої зони характерна наявність сформованого ЕМВ, що розповсюджується у вигляді бігучої хвилі.

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. Цей напрямок має важливе народно-господарське та соціальне значення.

Метою роботи була розробка методів оцінки екрануючих та поглинаючих властивостей матеріалів для створення нових засобів захисту від ЕМВ.

Сформульовано загальну постановку задачі дослідження. Вона виходить з того, що відомими є:

1. Результати оцінки виробничого середовища стосовно ЕМВ;

2. Множина можливих різновидів засобів захисту від ЕМВ;

3. Множина параметрів, що характеризують кожен засіб захисту;

Тому необхідними для розвитку виділено такі напрямки роботи:

1. Вибір підмножини видів засобів захисту;

2. Визначення параметрів обраних видів засобів захисту, що забезпечують безпеку та комфортні умови праці стосовно ЕМВ.

Для вирішення поставленої задачі у роботі проведено:

1. Дослідження екрануючих властивостей напівпровідникових матеріалів за умов впливу ЕМВ магнітного та електричного диполів у ближній зоні;

2. Дослідження особливостей екранування амплітудно-модульованих та несинусоїдальних ЕМВ;

3. Теоретичні дослідження поглинаючих властивостей комбінованих поглиначів електромагнітних хвиль;

4. Експериментальне дослідження поглинаючих властивостей комбінованих поглинувачів електромагнітних хвиль.

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.

Розглянуто модель горизонтального диполя над плоскою стіною ( Рис 1).

Рис.1 Модель горизонтального диполя над плоскою стіною (d0 – відстань диполя до екрана, d1 – товщина екрана, e - діелектрична проникність, m- магнитна проникність, s - провідність), M – магнітний момент диполя.

Падаюче на екран поле горизонтального магнітного диполя характеризується формулою:

(1)

Відбите поле можна описати згідно формули:

(2)

де ci2 = si mi; - комплексна провідність середовища; , m - магнитна проникність, , d1 – товщина плоскої стіни, d0 – відстань від диполя до екрана, m – параметр інтегрування, .

Наведені теоретичні формули характеризують електромагнітне випроміннювання, що падає на плоску стіну (H0x), відбивається від неї (H1x), та проходить (H2x). При цьому коефіцієнт екранування визначається таким чином:

дБ (3)

Результати проведених згідно теорії розрахунків приведені на Рис 2.

Рис. 2 Залежність коефіцієнта екранування горизонтального та вертикального магнітних диполів від відстані до екрануючого шару (1- горизонтальний диполь, 2- вертикальний диполь)

Аналіз результатів досліджень випромінювання магнітного диполя показує, що коефіцієнт екранування дипольного джерела у дальній зоні (d0/l > 5) в усіх випадках наближається до коефіцієнта екранування плоскої хвилі (показано пунктиром). На відстанях, що відповідають d0/l <0,2 , спостерігається зменшення коефіцієнту екранування. Якщо коефіцієнт екранування поля вертикального диполя при збільшенні відстані монотонно наближається до свого граничного значення у дальній зоні, то для горизонтального диполя він має “сплеск” при d0/l - 0,25. При зменшенні довжини хвилі, коли довжина хвилі у матеріалі екрану стає порівнюваною або меншою товщини екрануючого шару d1 , характерний "сплеск" зглажується.

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. Для вертикального магнітного диполя ефективність екранування поля у його ближній зоні завжди є меншою ніж для дальньої зони.

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.

Вплив діелектричної проникності на екрануючі властивості зменшується зі зростанням довжини хвилі. На високих частотах коефіцієнт екранування обернено пропорційний значенню діелектричної проникності шару екрану.

Дослідження коефіцієнта екранування ближнього поля електричного диполя вирішується аналогічно як і для магнітного диполя. Проведено рохрахунки для коефіцієнта екранування поля електричного диполя :

, дБ (4)

де E0x – падаюче і E2x – відбите поле, що обчислюються аналогічно (1) та (2)

Розрахунки показують, що коефіцієнт екранування електричного поля в дальній зоні наближається до свого значення для плоскої хвилі. В ближній зоні при відстані між екраном та випромінювачем ~0,25l він має характерний мінімум. Мінімум коефіцієнта екранування не спостерігається, якщо довжина хвилі у матеріалі екрану менше чи сумірна з товщиною екрану. При розташуванні електричного диполя на відстані меншій за 0,1l поле ближньої зони екранується в більшій мірі, ніж у дальній зоні. Результати розрахунків показано на Рис.3.

Визначено, что ступінь впливу діелектричної проникності екрана на коефіцієнт екранування зменшується зі зростанням довжини хвилі. На високих частотах при екрануванні полів у ближній зоні його значення є обернено пропорційним значенню діелектричної проникності.

Рис.3. Залежність коефіцієнта екранування горизонтального електричного диполя від відстані до екрануючого шару

Також у розділі розглянуто особливості екранування амплітудно модульованих електромагнітних випромінювань. Розглядається, зокрема, задача про проходження електромагнітних сигналів через середовище кінцевої товщини, що є плоским однорідним екраном з питомою провідністю s та відносною діелектричною проникністю er. Коефіцієнт проходження гармоніки поля знаходится за формулою

(5)

де ,

де z0 - опір вільного простору, l - довжина хвилі відповідної гармоніки, q - кут падіння хвилі на екран, er – відносна діелектрична проникність, h - відстань випромінювача до екрана.

Встановлено, що визначальною рисою екранування амплітудно-модульованих ЕМВ є те, що ефективність екранування радіоімпульсного та безперервного гармонічного випромінювання однієї і тої ж частоти є різною. Пікове значення амплітуди радіоімпульсу, що пройшов, є вищим за амплітуду безперервного випромінювання.

Форма огинаючої радіоімпульса, що пройшов крізь екран спотворюється. Внаслідок цього, вихідний сигнал містить гармоніки несучої частоти, з яких найбільшу амплітуду має друга гармоніка. Чим більше ослаблення амплітуди несучої частоти, тим вище амплітуда випромінювання, що пройшло крізь екран (друга гармоніка). Форма імпульсів наведена на Рис.4.

Рис. 4. Форма огинаючої радіоімпульса, що пройшов крізь екран.

Через особливу актуальність для сучасних умов розвитку радіотехнічних засобів досліджено екранування гармонічних та несинусоїдальних полів для різних типів екранів. Зокрема, якщо замкнений екран перфоровано круглими отворами, то його коефіцієнт екранування (тотожний коефіцієнту проходження) для гармонічного випромінювання визначається формулою

, (6)

де D – діаметр отворів, d – відстань між центрами отворів, RЕ- еквівалентний радіус екрана, t – товщина матеріалу, d- глибина скін-шару, dWE(H) – хвильовий опір електричного (магнітного) поля; r - питомий опір матеріалу екрана .

Результати розрахунків приведено на Рис. 5.

При цьому отримано нові результати. Вони показують, що:

·

· для неоднорідних екранів (що мають отвори, щілі) загасання несинусоїдальних ЕМВ більш, ніж на 10 дБ, меньша ніж для гармонічних.

Рис. 5. Залежність коефіцієнта екранування гармонічного та негармонічного випромінювання від довжини хвилі (1а та 1б відповідають гармонічному та негармонічному випромінюванню при його екрануванні перфорованим мідним екраном, 2а та 2б – відповідають екрануванню стрічковим екраном).

Проведені теоретичні дослідження дозволили розробити ряд рекомендацій:

·

· щодо екранування амплітудно-модульованих ЕМВ – стосовно вибору товщини екрану в залежності від тривалості та періоду проходження імпульсів;

· щодо екранування несинусоїдальних ЕМВ - стосовно вибору діаметра отворів перфорованих екранів й ширини щілини стрічкових екранів.

Розділ 3 містить теоретичні дослідження поглинаючих властивостей комбінованих поглиначів електромагнітних хвиль (ПЕХ).

В розділі дана оцінка поглинаючим властивостям комбінованих ПЕХ, досліджені поглинаючі властивості “ножової” решітки, досліджені поглинаючі властивості комбінованих ПЕХ з ножовою решіткою.

Існуючі поглиначі надвисоких частот у вигляді “ножової” решітки є ефективними радіопоглинаючими структурами. Введення такої решітки у інший (базовий) ПЕХ дозволить підвищити його поглинаючі властивості за рахунок додаткового поглинання падаючого випромінювання “ножової решітки”. Для підтвердження цього положення розглянуто задачу про дифракцію плоскої хвилі на поглинаючій структурі, складеній з низки поглинаючих прямокутних брусів, розташованих паралельно вектору Е ( Рис.6).

Рис. 6. Комбінований ПЕХ з “ножовою” решіткою (2l – товщина екрана,

а – ширина бруса, d – відстань між брусами, q - кут падіння ЕМВ)

Проведено дослідження поглинаючих властивостей “ножової” решітки в залежності від її періоду та товщини, а також довжини хвилі.

Коефіцієнти відбиття та прохождення визначаються за формулами

, (7)

, (8)

де a01, a011 та b01, b011 – вирази формул визначення хвильових чисел, що залежать від характеристичних коефіцієнтів.

Коефіцієнт поглинання В падаючогого на решітку випромінювання при відомих коефіцієнтах відбиття R та проходження П визначається з виразу:

,дБ. (9)

Отримані результати показано на Рис.7.

Збільшення товщини решітки викликає за собою й ріст коефіцієнта поглинання, в той час, як коефіцієнт відбиття прямує до певного постійного значення. Його хвилеподібний характер пояснюється інтерференцією хвиль, що відбиваються від верхньої границі решітки та її основи.

Дослідження діапазонних властивостей “ножової” решітки вказують, що зі збільшенням довжини хвилі виникає зменшення коєфіцієнта поглинання, яке посилюється зі зростанням різниці періоду розташування пластин від свого оптимального значення ( d = 0,01 м).

Рис.7. Залежності коефіцієнтів відбиття (1), проходження (2) та поглинання (3) від товщини “ножової” решітки

Проведені розрахунки вказують, що “ножова” решітка з паралельних провідних пластин є ефективним поглиначем електромагнітних хвиль. Якщо таку решітку помістити у який-небудь базовий поглинач, то слід очікувати збільшення його поглинаючих властивостей за рахунок додаткового поглинання падаючої хвилі “ножової решітки”. Вивчення характеристик такого комбінованого ПЕХ проведено на структурі, що є однорідним провідним шаром з встановленими на ньому тонкими паралельними провідними пластинами. Вибір однорідного поглинаючого шару обумовлено перш за все тим, що ефект збільшення коефіцієнта поглинання можна було оцінити у найбільш несприятливому випадку, оскільки однорідний шар у широкому діапазоні хвиль має найгірші характеристики. Дослідження поглинаючих характеристик комбінованого ПЕХ проведено для нормального падіння НВЧ випромінювання. Як і у випадку “ножової” решітки, для заданої довжини хвилі, комбінований ПЕХ при певному періоді розташування у ньому пластин має максимум коефіцієнта поглинання. При цьому його значення є набагато більшим значення коефіцієнта поглинання базового ПЕХ тої ж товщини. Однак, при однаковому значенні діелектричної проникності цей максимум спостерігається при більшому, у порівнянні з “ножовою” решіткою, періоді розташування пластин. При збільшенні уявної частини діелектричної проникності також спостерігається зниження коефіцієнта поглинання, але вже при менших значеннях реальної частини. Зі зменшенням реальної частини діелектричної проникності та збільшенням періоду d коефіцієнт

відбиття, а з ним і коефіцієнт поглинання комбінованого ПЕХ наближаються до аналогічних значень базового поглинача.

З приведених у роботі рохрахунків слід зробити такий висновок: збільшення коефіцієнта поглинання базового ПЕХ при введенні до нього “ножової” решітки відбувається найбільш ефективно при малих товщинах поглинача; в більш широкому діапазоні довжин хвиль більш прийнятним є комбінований ПЕХ з меншим значенням уявної частини діелектричного проникнення.

Розроблено моделі оцінок поглинаючих властимостей комбінованих ПЕХ, що дозволяють отримати більш точне рішення за умов похилого падінні хвилі. У порівнянні з базовим ПЕХ значення коефіцієнта поглинення комбінованого поглинача залишається більш високим у широкому діапазоні довжин хвиль.

Проведені дослідження дозволили розробити рекомендації стосовно вибору параметрів комбінованих ПЕХ з “ножовою” решіткою з залежності від характеристик ЕМВ.

У Розділі 4 розглянуто експериментальні дослідження поглинаючих властивостей комбінованих ПЕХ. Для цього виористовувались експериментальні установки, розроблені на кафедрі охорони праці ХТУРЕ під керівництвом проф. Дзюндзюка Б.В.

В роботі проведено: експериментальні дослідження комбінованого поглинача електромагнітних хвиль, що містить “ножову” решітку; експериментальні дослідження комбінованого поглинача електромагнітних хвиль, що містить решітки типу “жалюзі”.

На Рис.8 та Рис.9 наведено результати експериментів.

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.

Рис. 8 Залежність коефіцієнта відбиття від кута падіння для решітки типу “жалюзі” Рис. 9 Залежність коефіцієнтів відбиття (1) та проходження (2) від товщини екрану для решітки типу “жалюзі”

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 експеримента в 1,5 рази) без погіршення його поглинаючих характеристик.

8. Розглянуті конструкції комбінованих ПЕХ можутьбути застосовані до широкого класу базових поглиначів, оскільки закладені в них фізичні принципи роботи не залежать від конкретного різновиду базового поглинача.

ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу електромагнітної обстановки виробничого середовища, існуючих методів та засобів захисту від ЕМВ обгрунтовано 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:

·

· 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 конвей'єрного 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.

Список опублікованих праць за темою дисертації:

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. по матер. 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.

АНОТАЦІЇ

Аль-Хеярі Алі. Екрануючі та поглинаючі огороджуючі конструкції для підвищення безпеки праці при високочастотних та надвисокочастотних випромінюваннях. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01. – охорона праці. – Придніпровська державна академія будівництва та архітектури. Дніпропетровськ, 2000.

В роботі досліджуються методи та засоби забезпечення безпеки праці при впливі високочастотного та надвисокочастотного випромінювання за допомогою екрануючих та поглинаючих огороджуючих конструкцій.

Досліджено екрануючі властивості огороджуючих конструкцій стосовно полів ближньої зони, амплітудно-модульованного та несинусоїдального електромагнітного випромінювання. Досліджено також властивості спектру радіовипромінення, що пройшло крізь екран (для гармонічних та негармонічних полів).

Вдосконалено моделі оцінки поглинаючих властивостей комбінованих поглиначів електромагнітних хвиль, що дозволяють отримати більш точне рішення при наклонному падінні хвилі. Досліджено конструкцію поглинаючої решітки типу “жалюзі”. Експериментально підтверджено, що введення у базовий поглинач електромагнітних хвиль “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.

Розроблено рекомендації стосовно вибору параметрів екрануючих та поглинаючих огороджуючих конструкцій в залежності від характеристик ВЧ та НВЧ випромінювань.

Ключові слова: електромагнітне випромінювання, поглинаючий екран, поглинаюча решітка, огороджуючі конструкції, ближня зона, дальня зона, рівень опромінення.

Аль-Хеяри Али. Экранирующие и поглощающие ограждающие конструкции для повышения безопасности труда при высокочастотных и сверхвысокочастотных излучениях. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01. – охрана труда. – Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. Днепропетровск, 2000.

В работе исследуются методы и средства обеспечения охраны труда при воздействии высокочастотного и сверхвысокочастотного излучения при помощи екранирующих и поглощающих ограждающих конструкций.

Исследованы экранирующие свойства ограждающих конструкций полей в ближней зоне, амплитудно-модулированных и несинусоидальных электромагнитных волн.

Исследовано, что экранное затухание радиоимпульсного излучения является меньшим, чем у гармонического. В спектре радиоимпульса, прошедшего через экран, возникают высшие гармоники, среди которых наибольшую амплитуду имеет вторая.

Выявлено, что при экранировании несинусоидального электромагнитного излучения однородными экранами, экранное затухание является приблизительно таким же, как для гармонических полей. Неоднородные экраны (которые имеют отверстия или щели), однако, экранируют излучение более хуже.

Усовершенствовано модели оценки поглощающих свойств комбинированных поглотителей электромагнитных волн, которые позволяют получить более точные, в отличие от имеющихся приблизительных методов результаты для нормального падения волны.

Проведено исследование полупроводниковых экранирующих материалов. Исследовано конструкцию поглощающей решетки типа “жалюзи”. Показано ее большую эффективность при наклонном падении электромагнитных волн, в сравнении с “ножевыми” решетками. Экспериментально подтверждено, что введение у базовый поглотитель электромагнитных волн “ножевой” решетки (при нормальном и близком нормальному падении СВЧ-излучения), а также решетки типа “жалюзи” (в широком диапазоне углов падения) приведет к повышению его поглощающих свойств.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по выбору параметров экранирующих и поглощающих ограждающих конструкций в зависимости от характеристик ВЧ и СВЧ излучений.

Ключевые слова: электромагнитное излучение, поглощающий экран, поглощающая решетка, ограждающие конструкции, ближняя зона, дальняя зона, уровень облучения.

El-Нuari Ali. Labor safety improvement by shielding and absorbing protective constructions under the construction of high-frequency and super- high-frequency electromagnetic radiation effects. – Manuscript.

The thesis applying for a Ph.D. degree in the speciality - 05.26.01. – Labour safety. – Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dnipropetrovsk, 2000.

In this work there are discussed the methods and resources for labour safety supply in high-frequency and super- high-frequency electromagnetic radiation influence by shielding and absorbing protecting constructions.

There are researched the shielding properties of protecting constructions in near area, for amplitude-modulated and unsinusoid electromagnetic waves.

The evaluating models for absorbtive properties of combinative absorbers are improved, it gives more exact decision in comparison to existing approximative methods.

It's found, that shield attenuation of radiopulsed radiation is less then harmonic. In spectrum of radiopulse, passed through shield the high harmonics appear, and the second is with the highest amplitude. Also found, that in unsinusoid electromagnetic radiation shielding by homogeneous shield, a shield attenuation is similar to the one as for harmonic fields. Unhomogeneous shields (with holes and slots) has worse properties.

The research of semiconductor shielding materials is provided. There was researching of absorbing bar of “louvres” type. There was shown it's effectivity in comparison with bars of “knife” type. It's experimentally suggested, that adding of “knife” type bar (at normal or near-normal SHF-wave fall), and also “louvres” type bar (at wide range of fall angle) provides absorbtive properties increase.

Basing on theoretical and experimental researches, there was developed the set of recommendation on shielding and absorbtive parameters of protective constructions choice, depending of HF- and SHF-radiation characteristics.

Key words: electromagnetic radiation, absorbtive shield, absorbtive bar, protacting constructions, near area, far area.