Anteny mikrofalowe. Technika i środowisko

Anteny mikrofalowe. Technika i środowisko

rok wydania: 2009, wydanie pierwsze, dodruk
ISBN: 978-83-206-1665-1
ilość stron: 280
format: B5
oprawa: twarda

Opis

Monografia poświęcona podstawom teoretycznym, budowie i działaniu anten mikrofalowych z uwzględnieniem wpływu promieniowania elektromagnetycznego na środowisko. Opisano różne rodzaje anten mikrofalowych (m.in. dipol Hertza, liniowa, tubowa, reflektorowa, mikropaskowa, sektorowa, telefonów komórkowych), charakterystyczne obszary pola promieniowania i syntezę charakterystyki promieniowania, propagację fal elektromagnetycznych oraz prawną ochronę zdrowia ludzi w polach elektromagnetycznych, w tym m.in. krajowe dopuszczalne wartości natężenia pól elektromagnetycznych, ochronę przed elektromagnetycznymi polami impulsowymi oraz ochronę zdrowia ludzi w polach elektromagnetycznych w Unii Europejskiej.
Odbiorcy książki: pracownicy naukowi i studenci wydziałów elektroniki i telekomunikacji wyższych uczelni technicznych, studenci studiów podyplomowych o kierunku telekomunikacyjnym oraz wszyscy zainteresowani antenami mikrofalowymi i ich wpływem na środowisko.

Spis treści

Wstęp / 9
Wykaz oznaczeń / 13

1. Anteny mikrofalowe / 15
1.1. Wprowadzenie / 15
1.2. Elementarny dipol Hertza / 15
1.2.1. Ogólne wyrażenia na pole elementarnego dipola Hertza / 15
1.2.2. Pole bliskie elementarnego dipola Hertza / 17
1.2.3. Strefa daleka elementarnego dipola Hertza / 18
1.3. Anteny liniowe / 20
1.3.1. Informacje podstawowe / 20
1.3.2. Anteny półfalowe / 20
1.3.3. Anteny krótkie / 22
1.4. Anteny tubowe / 23
1.5. Anteny reflektorowe / 25
1.5.1. Specyfika pracy anten reflektorowych / 25
1.5.2. Równanie zasięgu radiolokacyjnego / 30
1.5.3. Charakterystyka promieniowania radaru / 32
1.5.4. Narażenie ludzi na promieniowanie wytwarzane przez radary / 35
1.5.5. Anteny linii radiowych / 38
1.6. Anteny mikropaskowe / 40
1.7. Układy antenowe / 43
1.7.1. Opis działania układów antenowych / 43
1.7.2. Układy antenowe współfazowe / 47
1.7.3. Układy antenowe fazowane / 48
1.7.4. Superkierunkowość w układach antenowych / 51
1.8. Anteny sektorowe telefonii komórkowej / 56
1.8.1. Systemy telefonii komórkowej / 56
1.8.2. Specyfika promieniowania w systemach GSM i DCS / 57
1.8.3. Specyfika promieniowania w systemie UMTS / 61
1.8.4. Bilans mocy w systemie GSM na obszarach wiejskich oraz wzdłuż dróg / 62
1.8.5. Specyfikacja elementów toru doprowadzającego / 65
1.8.6. Bilans mocy w systemie GSM na obszarach miast / 66
1.8.7. Konfiguracja nadawania w systemie DCS / 67
1.8.8. Konfiguracja nadawania w systemie UMTS / 70
1.8.9. Konfiguracja stacji bazowych w pomieszczeniach zamkniętych / 73
1.8.10. Uwarunkowania pomiarów pól elektromagnetycznych anten sektorowych / 75
1.9. Anteny telefonów komórkowych (terminali) / 79
1.9.1. Opis działania / 79
1.9.2. Promieniowanie wytwarzane przez telefony komórkowe / 81

2. Charakterystyczne obszary pola promieniowania / 85
2.1. Uwagi ogólne / 85
2.2. Strefa daleka / 87
2.2.1. Uwagi wprowadzające / 87
2.2.2. Kryterium fazowe strefy dalekiej / 88
2.2.3. Strefa daleka popularnych anten mikrofalowych / 91
2.2.4. Strefa daleka a charakterystyka promieniowania anteny / 92
2.3. Pole bliskie / 95
2.3.1. Omówienie ogólne / 95
2.3.2. Charakterystyka pola bliskiego anteny mikrofalowej / 96
2.4. Uwarunkowania metrologiczne strefy dalekiej / 97
2.5. Obszar przejściowy / 98
2.6. Obszar przybliżenia Fresnela / 100

3. Energia elektromagnetyczna / 102
3.1. Podstawowe parametry pola elektromagnetycznego / 102
3.2. Wektor Poyntinga / 103
3.2.1. Zależności algebraiczne na wektor Poyntinga / 103
3.2.2. Zespolony wektor Poyntinga / 105
3.2.3. Strumień energii elementarnego dipola / 107

4. Potencjały wektorowe i pole promieniowania apertury / 112
4.1. Uwagi ogólne / 112
4.2. Zastosowanie potencjałów elektrodynamicznych do wyznaczania pola anteny / 113
4.3. Określenie postaci potencjału wektorowego / 116
4.4. Wirtualne prądy magnetyczne / 117
4.5. Pole apertury prostokątnej / 118
4.6. Pole apertury w strefie dalekiej / 121
4.7. Określenie wyrażeń na charakterystykę promieniowania / 124
4.8. Wyrażenia na pole promieniowania wybranych anten / 127
4.8.1. Pole promieniowania anteny półfalowej / 127
4.8.2. Pole anteny z pobudzeniem / 128
4.8.3. Impedancja falowa wokół anteny liniowej / 132

5. Synteza charakterystyki promieniowania / 134
5.1. Uwagi ogólne / 134
5.2. Warunki istnienia rozwiązania i jego jednoznaczność w zagadnieniach syntezy / 135
5.3. Rozwiązywanie zagadnień syntezy / 138
5.3.1. Metoda przekształcenia Fouriera / 138
5.3.2. Metoda fal elementarnych / 140
5.4. Przybliżone metody rozwiązywania zagadnień syntezy / 143
5.4.1. Ogólne omówienie problemu / 143
5.4.2. Metoda Woodwarda / 145
5.4.3. Zastosowanie metody Woodwarda do syntezy charakterystyk promieniowania / 148
5.4.3.1. Przypadek charakterystyki sektorowej / 148
5.4.3.2. Przypadek charakterystyki typu kosekans / 149
5.4.4. Praktyczne obliczenia z zastosowaniem metody Woodwarda / 150
5.4.4.1. Synteza charakterystyki promieniowania anteny telefonii komórkowej / 150
5.4.4.2. Synteza charakterystyki promieniowania anteny radaru / 153
5.4.5. Modyfikacje metody Woodwarda / 155
5.4.5.1. Przesunięcie punktów próbkowania / 155
5.4.5.2. Uwzględnienie zależności fazowych charakterystyki promieniowania / 157
5.4.5.3. Uwzględnienie punktów próbkowania w zakresie pozawidzialnym / 159
5.4.6. Synteza charakterystyk promieniowania metodą fal nieortogonalnych / 160
5.4.7. Charakterystyka mocy biernej w obliczeniach syntezy charakterystyki / 166

6. Propagacja fal elektromagnetycznych / 168
6.1. Wprowadzenie / 168
6.2. Propagacja w wolnej przestrzeni ze źródła izotropowego / 170
6.3. Pole anteny z zyskiem kierunkowym / 171
6.4. Odbicie fali od powierzchni ziemi / 174
6.4.1. Uwagi ogólne / 174
6.4.2. Odbicie fali na granicy ośrodków / 174
6.4.3. Pole wypadkowe dla polaryzacji poziomej / 176
6.4.4. Pole wypadkowe dla polaryzacji pionowej / 177
6.4.5. Uproszczony wzór interferencyjny / 178
6.5. Modele propagacyjne / 179
6.5.1. Uwagi ogólne / 179
6.5.2. Specyfika propagacji w terenie zurbanizowanym / 181
6.5.3. Współczynnik tłumienności trasy / 182
6.5.4. Propagacja w wolnej przestrzeni / 182
6.5.5. Wzór Wwiedeńskiego / 184
6.5.6. Model Okumury-Haty / 186
6.5.7. Model Ikegami / 189
6.5.8. Model propagacyjny JTC / 190
6.6. Promieniowanie anten aperturowych / 191
6.6.1. Zasada dualizmu / 191
6.6.2. Rozkład promieniowania na podstawie zadanych pól na aperturze / 193
6.6.3. Rozkład promieniowania na podstawie zadanych prądów / 199
6.6.3.1. Ogólne przedstawienie problemu / 199
6.6.3.2. Zależności matematyczne dla polaryzacji pionowej / 200
6.6.3.3. Warunki stosowalności potencjałów wektorowych / 204
6.6.3.4. Pole elektromagnetyczne anteny radaru AVIA / 206
6.6.3.5. Zasięgi pola elektrycznego radaru trójwspółrzędnego / 208
6.6.3.6. Pole anten sektorowych telefonii komórkowej / 211
6.6.3.7. Zasięgi dopuszczalnych wartości natężenia pola elektrycznego wokół anten telefonii komórkowej / 214
6.6.3.8. Optymalna lokalizacja anten telefonii komórkowej na dachach budynków / 217
6.6.3.9. Obszary ponadnormatywnego oddziaływania anten systemów DCS oraz UMTS / 219
6.7. Uwarunkowania metrologiczne stosowania mierników gęstości mocy w pobliżu anten / 221
6.7.1. Przedstawienie problemu / 221
6.7.2. Impedancja pola elektromagnetycznego / 222
6.7.3. Błędy pomiarów gęstości mocy w obszarze przejściowym / 223

7. Prawna ochrona zdrowia ludzi w polach elektromagnetycznych / 226
7.1. Wprowadzenie / 226
7.2. Oddziaływanie pól elektromagnetycznych z obiektami biologicznymi / 227
7.3. Efekt termiczny / 228
7.4. Efekty nietermiczne / 229
7.5. Krajowe dopuszczalne wartości natężenia pól elektromagnetycznych / 230
7.5.1. Koncepcja ustalania dopuszczalnych norm na pola elektromagnetyczne w Polsce / 230
7.5.2. Ochrona pracowników przed działaniem pól elektromagnetycznych / 231
7.5.3. Ochrona ludzi i środowiska przed działaniem pól elektromagnetycznych / 236
7.6. Ochrona przed elektromagnetycznymi polarni impulsowymi / 237
7.6.1. Charakterystyka pól elektromagnetycznych modulowanych impulsowo / 237
7.6.2. Uwarunkowania biofizyczne oraz limity dopuszczalnych wartości pola w impulsie 239
7.7. Ochrona zdrowia ludzi w polach elektromagnetycznych w Unii Europejskiej / 240
7.7.1. Informacje wprowadzające / 240
7.7.2. Ochrona populacji generalnej w polach elektromagnetycznych / 242
7.7.3. Ochrona pracowników w polach elektromagnetycznych / 244
7.7.4. Ochrona przed polami impulsowymi / 249
7.8. Porównanie przepisów ochrony zdrowia ludzi w polach elektromagnetycznych w Polsce i proponowanych przez Unię Europejską / 251

Dodatek 1. Charakterystyka promieniowania anteny i płaszczyzny charakterystyki / 254
Dodatek 2. Zysk energetyczny anteny / 259
Dodatek 3. Równoważna moc promieniowana izotropowo / 263
Dodatek 4. Powierzchnia skuteczna i długość skuteczna anten / 265
Dodatek 5. Polaryzacja fali elektromagnetycznej / 267
Dodatek 6. Przyrost energii absorbowanej — SAR / 271

Literatura / 274
Skorowidz / 276