Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Подходы к обеспечению электромагнитной совместимости распределительных сетей кабельного телевидения 15
1.1. Вводные замечания 15
1.2. Экспериментальные методы 16
1.3. Расчетное прогнозирование 24...
1.3.1. Принципы построения систем кабельного телевидения, существенные для целей диссертационной работы 24
1.3.2. Выбор расчетных моделей фрагментов распределительной сети 28
1.4. Выводы по главе 30
Глава 2. Обоснование моделей и исследование электромагнитных полей коаксиального кабеля 31
2.1. Вывод соотношений для распределения тока 31
2.1.1. Распределение тока утечки с учетом многократных отражений 34
2.2. Вывод соотношений для компонент векторов электромагнитного поля 38
2.2.1. Преобразования координат для произвольно ориентированного кабеля 41
2.2.2. Частный случай поворота кабеля в горизонтальной плоскости 45
2.2.3. Вычисление определенных интегралов, входящих в полученные выражения 47
2.2.4. Расчет характеристики направленности 50
2.2.5. Учет подстилающей поверхности 53
2.3. Результаты расчета компонент электрического и магнитного полей
коаксиального кабеля 59
2.4. Выводы по главе 68
Глава 3. Разработка методов анализа и исследование электромагнитных полей фрагментов распределительных сетей 69
3.1. Вводные замечания 69
3.2. Исследование электромагнитных полей, создаваемых коаксиальными магистралями 71
3.3. Исследование электромагнитных полей, создаваемых домовыми распределительными сетями 83
3.3.1. Анализ возможных подходов к моделированию стен и перекрытий зданий 103
3.4. Выводы по главе 108
Глава 4. Методика анализа электромагнитных полей, создаваемых распределительными сетями
4.1. Разработка алгоритма анализа электромагнитной обстановки над территорией с распределительными сетями 110
4.2. Расчет электромагнитных полей распределительного сегмента кабельного телевидения города Тольятти 115
4.2.1. Сравнение результатов расчета с использованием разработанной методики с существующими экспериментальными данными 127
4.3. Выводы по главе , 129
Заключение 130
Список используемой литературы 134
- Принципы построения систем кабельного телевидения, существенные для целей диссертационной работы
- Распределение тока утечки с учетом многократных отражений
- Исследование электромагнитных полей, создаваемых коаксиальными магистралями
- Расчет электромагнитных полей распределительного сегмента кабельного телевидения города Тольятти
Введение к работе
В последнем десятилетии прошлого века сети кабельного телевидения— (СКТВ) вошли и прочно укрепились в арсенале технических средств инфоком-муникаций- и в настоящее;время они переживаютвесьма интенсивное развитие. Свобода систем кабельного телевидения от многих недостатков эфирных систем обуславливает тенденцию к практически полному вытеснению последних в ряде районов современных мегаполисов [20^ 41].
Транспортный и частично или полностью магистральный* участки- сетей, кабельного телевидения выполняются: на основе оптического волокна; а распределительный участок— на основе коаксиального кабеля:
Несмотря на то, что коаксиальные; кабели представляют собой закрытую...
структуру, в- силу ряда причин, часть энергии, излучается в* свободное
пространство.. Основнойпричинойтакогошзлучения является! антенный эффект
коаксиального кабеля; вызванный следующими явлениями:;. I"
несовершенство электрогерметичности внешнего проводника кабеля;
присутствие неоднородностей в виде муфт, разъемов; переходов;
наличие дефектов^кабелей: изломов, проколов и т. п.;
неисправности в соединителях; .
затекание тока на: наружную поверхность внешнего проводника коаксиального кабеля за счет асимметрии нагрузок..
Таким образом, коаксиальные участки; сетей кабельного телевидения представляют собой распределенные на значительной площади излучающие системы, непреднамеренное излучение которых создает специфическую проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) с другими техническими средствами, использующими совмещенный частотный ресурс (47-862 МГц), в.частности, с системами аэронавигации. Данная, проблема, по свидетельству многих специалистов, является весьма актуальной как для нашей страны, так и для ряда европейских стран [104, 111].
Частоты аэронавигационных служб (табл. В.1) распределены на международной основе, поскольку для их успешной работы во всех странах требуется использование оборудования с одинаковыми характеристиками, что предполагает необходимость широкомасштабного международного согласования правил его эксплуатации и технических требований.
Таблица В.1. Частоты аэронавигационных служб
В последнее время наметилась.тенденция к замене коаксиального,кабеля . на оптический, в частности, на магистральном уровне [39], однако, озвученная выше специфическая проблема не теряет своей актуальности, ввиду того, что1 домовые распределительные сети по прежнему строятся с использованием коаксиального кабеля, а количество неисправностей в коаксиальной части сети составляет до 80% от общего количества неисправностей, приходящихся на всю сеть кабельного телевидения [41].
Очевидно, что излучение кабельных сетей будет определяться* не только номинальными мощностями сигналов, передаваемых по кабелям, но и топологией, размерами сети, способом прокладки кабелей, обуславливающими наличие различных интерференционных эффектов.
Обеспечение ЭМС с бортовыми радиотехническими системами (БРС) требует решения задачи мониторинга сетей кабельного телевидения по фактору побочного электромагнитного излучения.
В данных условиях электромагнитный мониторинг целесообразно понимать как систему регулярных длительных непрерывных наблюдений, оценки и прогноза состояния техносферы, а так же своевременного выявления.тенденций возникновения ситуаций, связанных с деструктивными последствиями, для обеспечения возможности принятия .технико-управленческих решений, способствующих устранению фатальных и субфатальных рисков.
Анализ электромагнитного поля при проведении, комплекса мероприятий, ., связанных с электромагнитным мониторингом, очевидно, играет решающую роль, ввиду того, что его и только его результаты непосредственно обеспечивают возможность оценки величины риска.
Среди методов решения задач электромагнитного мониторинга традиционно выделяют два направления:
экспериментальные методы;
расчетные методы, расчетное прогнозирование.
Каждое из упомянутых направлений имеет свою* сферу применения и обладает специфическими достоинствами и недостатками'.
Следует отметить, что технические средства, входящие в систему кабельного телевидения имеют довольно сложную, в смысле распределения первичных токов, конфигурацию, а создаваемые ими электромагнитные поля локализованы на значительных по площади территориях. Кроме того, исходные параметры анализируемых технических средств (токи и напряжения) подвержены регулярным и стохастическим изменениям, что приводит к необходимости моделирования адекватных условий при проведении измерений; что достаточно сложно, а,в ряде случаев невозможно. Указанные обстоятельства накладывают известные трудности на корректное проведение эксперимента и воспроизводимость результатов, получаемых., эмпирическим путем, а это, в свою очередь, обуславливает целесообразность предпочтения, отдаваемого методикам расчетного прогнозирования электромагнитной обстановки по отношению к экспериментальным методам [5, 35, 44, 52].
Однако, существующая в мировой инженерной практике тенденция-такова, что большинство авторов, занятых данной проблемой публикуют в основном результаты, полученные экспериментальным путем [104, 108, 111, 112, 118; 120, ПО], на которые, безусловно, распространяются указанные выше--ограничения.
Таким, образом, имеет место весьма актуальная научно-техническая проблема разработки, метода анализа электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых распределительными сетями* кабельного,телевидения, который* обеспечит возможность анализа реальной структуры поля, а также воспроизводимость результатов в.эксперименте.
Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется следующими основными достижениями.
Проблемы, методы, средства численного анализа ЭМП, источниками;--которых являются разнообразные технические средства, в' том числе и те, для. которых данное свойство неспецифично; или* не продиктовано функциональным назначением, достаточно полно освещены в литературе [15, 16, 40, 61, 65, 66, 94', 95; 107]. При этом большинство авторов используют методы математическогоv моделирования; хорошо зарекомендовавшие себя при решении задач вычислительной-электродинамики, и теории антенн [1, 2, 3; 14, 16, 17, 20, 36; 49, 50, 53, 56,71,94].
Фундаментальными-в области расчета ЭМП технических средств традиционно признаются работы Бузова А. Л., КубановаВ. П., МасловаО. Н., Рома--нова В. А., Сподобаева Ю. М., Шередько Е. Ю. и др. [3, 17, 45, 53, 65, 66]. В работах этих авторов развиты методология и принципиальные подходы к решению задач электромагнитного мониторинга технических средств, являющихся источниками ЭМП, систематизированы данные о технических средствах, с точки зрения характеристик излучаемого поля, сформулированы основные требования к методикам расчетного прогнозирования. Эти методологические
подходы, примененные названными авторами для электромагнитного мониторинга как отдельных антенных систем, так и комплексов излучающих технических средств, вполне применимы и для решения задач, поставленных в диссерта- "" ционной работе.
Методам расчета ЭМП и внешних, характеристик антенно-фидерных систем, аналогичных рассматриваемым в настоящем диссертационном исследовании, посвящены работы таких известных ученых как Айзенберга Г. 3., Бело-усова С. П., Брауде JT. F., Князева А. С, Лаврова Г. А., Юдина В. В., Burke G. J., Poggio A. J., KingR. W. и др. [1, 2, 3, 7, 10, 12, 46, 48, 52, 56, 107,109].
Подходы к анализу полей излучения, фидерных линий различного конструктивного исполнения развитые работах Гринберга Г. А., Клигера Г. А., Комиссарова В. И. и др. [9, 10, 18, 25]. Учет подстилающей поверхности в" задачах антенной электродинамики разработан в, публикациях Крылова Г. Н., Лаврова Г. А., Содина Л. Г., Тартаковского Л. С, Черномордика Д. А., Sommerfeld А. [52, 56, 90, 92, 93, 96,- 97, 98, 99, 105, 106]. Применительно к линиям передачи, стоит отметить монографию Sunde Е. D: [121].
Вопросам защиты экранированных кабелей от влияния ЭМП посвящены монографии Венса Э. Ф., Гроднева И. И., Михайлова М. И., Разумова Л. Д., Tsaliovich A, Reinhold V. N., Smith А. А. и др. [19, 35, 36, 37, 123].
Из ряда публикаций за последние годы необходимо выделить работы Мущенко В. И. [70], в которой решена задача расчета ЭМП коаксиальных структур с периодической системой дефектов и Севостьянова С. В. [91], посвященную вопросам обеспечения внутриобъектовой ЭМС телекоммуникационных систем, а также множество публикаций, посвященных подземной радиосвязи и периметровым средствам охранной сигнализации с использованием излучающих кабелей или «линий вытекающей волны».
Разработке методов анализа ЭМП, создаваемых распределительными сетями кабельного1 телевидения в целях обеспечения ЭМС с БРС, посвящен
отчет [111] Европейского комитета по электронным средствам связи (ЕСС), опубликованный в 2003 году. Авторами [111] предложены модели для расчета ЭМП, создаваемых распределительными сетями, основанные на вероятностном подходе, что, очевидно, обусловлено теми обстоятельствами, что методы математической статистики позволяют, с одной стороны, осуществлять систематиче- -ский анализ большого объема экспериментальных данных, полученных в ходе работ по проведению электромагнитного мониторинга распределительных сетей над рядом европейских городов Франции, Германии, Дании и др. [104, 108, 111, 112, 118, 120, ПО], а с другой стороны, использованные в названных работах статистико-вероятностные модели по своей «природе» менее требовательны в вычислительном смысле.
Широкое распространение высокопроизводительных вычислительных платформ, делает доступным «прямое» моделирование с использованием адекватных детерминированных моделей, основанных прежде- всего на численных методах вычислительной электродинамики. Детерминистская идеология, позволяет рассматривать инженерную задачу, с учетом* малейших нюансов, имеющих деструктивное свойство по отношению к объекту обеспечения ЭМС.
Целью настоящей работьг является» разработка метода анализа и алгоритмов расчета ЭМП, создаваемых распределительными сетями кабельного телевидения, с учетом топологических особенностей; создание на основе этих алгоритмов программных модулей, которые составят основу автоматизированной системы расчетного прогнозирования ЭМО над территорией*, мегапо- -лиса, а также исследование ЭМП.реальных распределительных сетей.
Необходимость проведения таких исследований диктуется актуальными! вопросами ЭМС распределительных сетей с БРС [111].
Для достижения поставленной цели в настоящей диссертационной работе выполнена следующая программа исследований:
Систематизация сведений о проектировании и построении распределительных сетей, существенных для диссертационной работы.
Разработка моделей излучения, возникающего за счет антенного эффекта, фрагментов распределительной сети: сетевой магистрали, домовой распределительной сети, коаксиального сегмента микрорайона.
Исследование и анализ ЭМП, создаваемых фрагментами распределительных сетей различной конфигурации, выделение особенностей фрагментов, * существенно влияющих на структуру и уровни ЭМП.
Разработка методики анализа ЭМО над территорией мегаполиса, создаваемой распределительными сетями кабельного телевидения.
Исследование ЭМП, создаваемых реальными распределительными сетями кабельного телевидения мегаполиса, в целях обеспечения ЭМС с БРС.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы содержит 133 страницы, включая 73 рисунка и 7 таблиц. Список литературы содержит 123 наименования.
В главе 1 описаны традиционные подходы к решению задачи электромагнитного мониторинга распределительных сетей кабельного телевидения по фактору побочного электромагнитного излучения.
Описаны процедуры наземного и воздушного ЭММ согласно общеевропейской Директиве ЭМС 2004/108/ЕС.
Отмечено, что использование традиционного экспериментального метода, в отличие от расчетного, при решении задач ЭММ не позволяет, во-первых, получить достаточный объем данных, во-вторых, осуществлять прогнозирование ЭМО для экстремальных режимов работы и случаев развития» сети.
Для разработки электродинамических моделей, составляющей основу расчетного прогнозирования, рассмотрены основные принципы построения
систем кабельного телевидения.
Для распределительных сетей, представляющих собой структуру с ярко выраженной иерархией, предложены модели излучений коаксиального кабеля, домовой распределительной сети (ДОС) и коаксиальной магистральной линии. Первая модель является базовой для остальных, так как распределительная сеть самоподобна при рассмотрении ее геометрической структуры.
Принципы построения систем кабельного телевидения, существенные для целей диссертационной работы
В состав СКТВ входит большое количество технических средств, предназначенных для формирования и передачи телевизионных сигналов в закрытой среде с помощью распределительных кабельных структур, и индивидуальные-абонентские устройства.
В, структуре построения СКТВ, как правило, выделяют транспортный, магистральный и распределительный, уровни (рис. 1.5). Первый, как правило, выполняется на основе оптического волокна, второй — либо с использованием коаксиального кабеля, либо аналогично транспортному уровню; третий — всегда с использованием коаксиального кабеля [20]. Основной задачей первых двух уровней является передача сигналов на большие расстояния с высоким качеством. Функция третьего уровня заключается в доставке сигналов множеству абонентов.
Классическая структура HFC-сети кабельного телевидения Источником сигналов выступает головная станция (ГС), представляющая собой комплекс оборудования, осуществляющего обработку телевизионных сигналов, полученных с эфирных, спутниковых приемных антенн и других источников.
Для передачи сигналов отдельных телевизионных каналов в сеть из них формируется групповой сигнал с использованием методики мультиплексирования. В аналоговых СКТВ, как правило, используется мультиплексирование с частотным разделением каналов (FDM) [22], при котором полоса частот физического канала делится на подканалы с несущими частотами /,.
Несколько каналов формируют канальную группу, для формирования которой используется амплитудная модуляция с подавлением одной боковой полосы и подавлением несущей.
Спектр группового аналогового сигнала При построении сети внутри одного уровня применяются различные физические топологии (рис. 1.8). Транспортный уровень строится по кольцевой и звездообразной (радиальной) конфигурации.
При построение магистральных линий в основном используется подвесная прокладка кабеля. Часто в качестве опор выступают опоры существующих подвесных кабельных линий, например, городской электросети [22], маршрут которых, как правило, следует маршрутам городских улиц и автомагистралей, повторяя изгибы и повороты. Второй способ — прокладка кабеля в" грунте —менее распространен, в связи с необходимостью дополнительных затрат, связанных с земляными работами или арендой имеющихся кабель-каналов.
После рассмотрения основных принципов построения СКТВ, можно сделать вывод о том, что распределительная сеть представляет собой пространственно распределенную структуру с ярко выраженной иерархией, в связи с чем анализ электромагнитного поля оказывается удобно проводить отдельно для каждого фрагмента единой структуры, к примеру, домовой распределительной сети. В каждом фрагменте можно выделить отдельные элементы. Так для домовой распределительной сети, можно выделить домовую субмагистраль и этажные распределительные системы.
Такой структурный подход позволяет выделить группы, для которых окажутся адекватными одни и те же или похожие электродинамические модели.
Очевидно, что увеличение точности прогнозирования влечет за собой усложнение электродинамических моделей — это необходимо- учитывать при выборе методов расчета, которые должны быть реализуемыми, с точки зрения доступного парка вычислительной техники.
В соответствии с вышесказанным, представляется целесообразным выбрать в качестве основных моделей для исследования: — электродинамическую модель излучения коаксиального кабеля; — электродинамическую модель излучения домовой распределительной сети; — электродинамическую модель излучения коаксиальной магистральной линии.
Первая модель является базовой для остальных, так как распределительная сеть самоподобна (термин заимствован из фрактальной геометрии [69]) при рассмотрении ее геометрической структуры.
Использование традиционного экспериментального метода, в отличие от расчетного, при решении задач ЭММ не позволяет, во-первых, получить достаточный объем данных, во-вторых, осуществлять прогнозирование ЭМО для экстремальных режимов работы и случаев развития сети. Однако при использовании расчетных методов такой учет возможен. Результаты расчетного прогноза с ориентацией на экстремальные режимы работы и случаи развития-сети можно использовать для дальнейших исследований с привлечением методов имитационного моделирования, которые позволяют строить модели, описывающие процессы полета, захода на посадку, взлета летательного аппарата над городом, так как они проходили бы в действительности, не прибегая к экспериментам на реальных объектах.
Диссертационная работа посвящена расчетам ЭМП распределительных сетей мегаполиса, ориентированным на экстремальные режимы работы, а имитационное моделирование полетов летательного аппарата в таких условиях над мегаполисом является предметом дальнейших научных исследований— автора.
Распределение тока утечки с учетом многократных отражений
Формулы (2.1) и (2.2) учитывают только однократное отражение от нагрузок. Для учета многократных отражений, распределение тока на внешнем проводнике представим в виде суммы N + 1 падающих и отраженных волн. При записи (2.11), предполагается, что сосредоточенный источник гармонического тока расположен в точке l=L (то есть ток по внешнему проводнику течет справа налево):
Слева направо ш)=і;0 [e-y!+re-y(2L-l\ Справа налево nn=iy e-Y(L-l)+re-YV+V Амплитуда источника возбужденияс учетом многократных отраженийот нагрузок г-"(")_ тл{п) 1у0 1-Г2 y2L Для кабеля с двумя разъемами на концах суммарное распределение тока на внешнем проводнике представляет собой сумму двух распределений токов утечек разной амплитуды из таблицы 2.1.1:
На рис.2.4 показано распределение тока, определяемое (2.30), на внешнем проводнике для кабеля длиной 50 м, при коэффициенте утечки 5% и входном уровне сигнала в кабеле 76 дБмкВ. Распределение тока представляет собой смешанную волну тока по структуре близкой к стоячей.
В предыдущем разделе были получены распределения тока на внешнем проводнике. Для определения напряженности электрического и магнитного полей, создаваемых токами утечки, внешний проводник, рассматриваемый, с точки зрения распределения тока, как длинный провод, можно представить в виде суммы элементарных электрических вибраторов. В этом случае, напряженность поля в любом направлении может быть найдена путем интегрирования по длине внешнего проводника напряженности поля составляющих его вибраторов.
ДРС и магистральные линии строятся по законам строительства, что позволяет рассматривать только вертикальную и горизонтальную ориентации коаксиального кабеля в пространстве.
При решении задачи для произвольно ориентированного кабеля прихо-, дится осуществлять переход от одной системы координат к другой путем поворота осей на определенный угол. При этом возникает необходимость нахождения компонент векторов в одном из базисов по его компонентам в другом базисе. Положение нового базиса относительно старого должно быть задано, а именно, должны быть заданы компоненты новых базисных
Рассмотрим случай ориентации провода как показано на рис.2.5. Ось Y составляет с каждой из осей в системе координат XnYnZn углы fix, /?2, Д3 соот- ветственно. Аналогично можно определить углы для других осей.
Для частного случая поворота кабеля в горизонтальной плоскости относительно положения, рассмотренного выше (см. рис.2.5), расчет компонент электромагнитного поля кабеля удобнее всего проводить в своей прямоугольной системе координат XYZ по формулам (2.47- 2.52), а затем осуществлять переход к базовой системе координат XEYEZE.
Определенные интегралы, входящие в (2.47- 2.52), можно заменить приближенными алгебраическими выражениями, для реализации численных расчетов с использованием ЭВМ. На практике применяют различные методы приближенного (численного) интегрирования, один из них — использование квадратурных формул [56].
Простой прием построения квадратурных формул состоит в том, что подынтегральная функция f(x) заменяется на отрезке [а; Ь] интерполяционным многочленом, например, многочленом Лагранжа Ln(x), и принимается приближенное равенство j f(x )dx j Ln{x )dx. (2.60).
Подобный подход удобен тем, что он приводит к алгоритмам, легко реализуемым на компьютере и позволяющим получить результат с достаточной точностью [56].
При численном интегрировании предполагается, что отрезок [а; Ь] разбит на п частей точками а= XQ, Х\, Х2, ..., хп=Ь, наличие которых подразумевается при построении многочлена Ln{x). В силу фактически единственности интерполяционного полинома и-й степени для данной функции и данной системы узлов не имеет значения, использовать ли в этой процедуре многочлен Лагранжа или многочлены Ньютона.
Исследование электромагнитных полей, создаваемых коаксиальными магистралями
В рамках решаемых в диссертационной работе задач представляет" интерес сравнить различные варианты физических топологий коаксиальных магистральных участков - древовидной (рис.3.1), радиальной (рис.3.2) и смешанной- (рис.3.3) - с точки зрения создаваемых уровней напряженностей поля. Расчет удобнее проводить на одной из частот кабельного канала, к примеру СК1 [22], которая, как правило, используется при электромагнитном мониторинге сети [111].
В качестве основного критерия ЭМС распределительных сетей с БРС примем соответствие нормативно-технической документации, регламентирующей работу технических средств в данном частотном диапазоне. В частности, " принят критерий, что уровень напряженности электрического поля, не должен превышать 10 мкВ/м на высоте 450 м — этот критерий является основным при проведении электромагнитного мониторинга распределительных сетей в зарубежной практике [111].
Рассчитанные распределения компонент ЭМП и диаграммы направленности для трех топологий приведены на рис.3.4 — 3.12. Из представленных результатов видно, что для радиальной топологии поле имеет ярко выраженную аксиальную симметршо, а для древовидной характерно отсутствие симметрии и немного большие уровни, по сравнению с радиальной конфигурацией. Для" участка коаксиальной магистрали со смешанной топологией, где характерна наибольшая густота кабелей, уровни немного меньше, что связано с произвольной фазой компонент поля в точке наблюдения. Смешанная топология создает наиболее сложную интерференционную картину поля за счет неравномерного распределения коаксиальных кабелей. Это объясняет тот факт, что диаграмма направленности участка коаксиальной магистрали имеет множество игольчатых боковых лепестков с практически равномерной концентрацией энергии по всем угловым направлениям. При анализе уровней суммарных компонент магистральных участков, можно сделать вывод о том, что они удовлетворяют выбранному критерию электромагнитной совместимости, что подтверждает предположение [111] о том, что основной вклад в суммарное поле, создаваемое всей распределительной сетью, вносят не магистральные линии, а, скорее всего, домовые распределительные сети.
При проектировании домовой распределительной сети (ДРС) тип и номиналы абонентских ответвителей, тип кабеля, уровни на выходе домового усилителя подбираются таким образом, чтобы на вход абонентского приемника был подан сигнал с параметрами, соответствующими ГОСТ Р52003-2003 [34], то есть 60- 80 дБмкВ (по уровню несущей изображения). Для ДРС характерно равномерное распределение сигнала между абонентами. Как правило, сверху вниз (верхняя разводка) по зданию проходит распределительный кабель, к примеру RG-11, который заканчивается резистором 75 Ом (чтобы в линии не возникало отражений). От распределительного кабеля через разветвители делаются отводы к квартирам абонентским кабелем, который заделывают в телевизионные розетки. В качестве абонентского кабеля обычно выбирается [42] кабель RG-6U, RG-59. Технические описания используемых кабелей приведены в приложении.
В целях ЭМС представляет интерес провести исследование ЭМП ДРС для случаев разной этажности, разного числа подъездов, расположения усилителя сверху или снизу. Один из вариантов конфигураций ДРС, используемый при расчетах, приведен на рис.3.13, остальные приведены в приложении 2.
Рассчитанные распределения суммарных компонент ЭМП и диаграммы направленности для различных конфигураций ДРС при принятом коэффициенте утечки 0,01 (1%) приведены на рис.3.14- 3.31, во всех рассмотренных случаях домовые сети имеют развитие вдоль оси Y.
Расчет электромагнитных полей распределительного сегмента кабельного телевидения города Тольятти
Для тестирования разработанной методики и проведения пилотных, расчетов Федеральным Государственным унитарным предприятием Самарским отраслевым научно-исследовательский институтом радио (ФГУП СОНИИР) предоставлена проектная документация коаксиального распределительного сегмента компании телерадиовещания и печати ОАО АВТОВАЗ «ВАЗ-ТВ» города Тольятти.
Исследуемый сегмент характеризуется следующими параметрами: - занимаемая площадь 1000x1000 м2; - количество подключаемых домов — 30; - количество домовых усилителей и магистралей — 84; - количество коаксиальных магистральных участков — 44; - число абонентов — 5000. . Частотный план, используемый оператором кабельного телевидения, приведен в приложении 4. Коаксиальный кластер для района №4 (нумерация, принятая оператором) показан на рис.4.4, используемые обозначения, представлены в табл.4.2.1.
Результаты расчета распределительного сегмента микрорайона, полученные с помощью разработанной методики, представлены на рис.4.5- 4.12. При расчетах коэффициент утечки был принят равным 0,01 (что соответствует затеканию 1% тока на внешнюю поверхность коаксиальных кабелей).
Для полученных результатов характерно преобладание уровней напряженности электрического поля (рис.4.5 - 4.8) в пределах 40- 60 мкВ/м или в логарифмических единицах 32- 36 дБмкВ/м. В местах расположения домовых магистралей наблюдаются локальные всплески — резкое увеличение уровней напря-_ женности электрического поля до 80 мкВ/м (38 дБмкВ/м). Диапазон изменений уровней напряженности магнитного поля — от 0,1 до 0,15 мкА/м. На рис. 4.13 представлены диаграммы направленности по напряженности поля в ортогональных плоскостях. По различным угловым направлениям (преимущественно в секторе углов 10- 70) наблюдается концентрация излучения. Игольчатые боковые лепестки определяются в основном комплексом домовых магистралей. В ортогональных плоскостях диаграммы направленности практически идентичны. Значительное число игольчатых боковых лепестков практически во всем секторе углов, может послужить причиной затруднения „. работы аэронавигационных служб, к примеру, систем посадки самолетов. Полученные результаты соответствуют физическому представлению решения задачи — наличие большого числа коаксиальных кабелей, обтекаемых токами утечек, создает сложную интерференционную картину поля.
Анализ доступных экспериментальных данных по воздушным измерениям над городами Франции, Германии [104, 108, 111, 112, 118, 120, ПО], показал, что среднестатистические уровни напряженности электрического иоля находятся в пределах 25 — 40 дБмкВ/м на высоте 450 м. Такие результаты свидетельствуют о том, что практически ни одна из распределительных сетей кабельного телевидения, не удовлетворяет критерию ЭМС для БРС — 10 мкВ/м (20 дБмкВ/м) на высоте 450 м над городом.
В [111] представлены экспериментальные данные воздушных измерений над крупным коаксиальным сегментом распределительной сети города Дублин (Ирландия), который по техническим параметрам близок к исследуемому. Кроме того, данные распределительные сегменты сходны по ряду других параметров, в частности, по числу абонентов, по общей длине коаксиальных кабелей, по числу операторов кабельного телевидения (один). Наличие подобных результатов измерений позволяет провести качественное сравнение уровней напряженности электрического поля, полученных расчетными методами, со среднестатистическими уровнями, полученными эмпирическим путем.
