Разработка радиомодема для передачи данных Ethernet по радиоканалу на основе оборудования СКК 2/8/34

Первичным проявлением действия электромагнитной энергии является нагрев, который может привести к изменениям и даже к повреждениям тканей и органов.

Наиболее чувствительными к действию электромагнитных полей являются центральная нервная система (субъективные ощущения при этом - повышенная утомляемость, головные боли) и нейроэндокринная система.

С нарушением нейроэндокринной регуляции связывают эффект со стороны сердечно-сосудистой системы, системы крови, иммунитета, обменных процессов, воспроизводительной функции и др. Возможны также изменение частоты пульса, сосудистых реакций. Описаны изменения кроветворения, нарушения со стороны эндокринной системы, метаболических процессов, заболевания органов зрения.

Поля сверхвысоких частот могут оказывать воздействие на глаза, приводящее к возникновению катаракты (помутнению хрусталика), а умеренных - к изменению сетчатки глаза по типу ангиопатии. В результате длительного пребывания в зоне действия электромагнитных полей наступают преждевременная утомляемость, сонливость или нарушение сна, появляются частые головные боли, наступает расстройство нервной системы и др. Многократные повторные облучения малой интенсивности могут приводить к стойким функциональным расстройствам центральной нервной системы, стойким нервно-психическим заболеваниям, изменению кровяного давления, замедлению пульса, трофическим явлениям (выпадению волос, ломкости ногтей ).

Нормирование электромагнитного излучения радиочастотного диапазона в России проводится в соответствии с [24].

В основу гигиенического нормирования электромагнитного излучения системы радиопередачи положен принцип действующей дозы, учитывающий энергетическую нагрузку. В качестве предельно допустимых уровней (ПДУ) электромагнитного поля (ЭМП) принимаются такие значения, которые при ежедневном облучении в свойственном для данного источника излучения режимах не вызывают у населения (без ограничения поля и возраста) заболеваний. Факты отклонений в состоянии здоровья обнаруживаются современными методами исследования в период облучения или в отдалённые сроки после его прекращения [24]. Основной критерий определения уровня воздействия ЭМП как предельно допустимого - воздействие не должно вызывать у человека даже временного нарушения гомеостаза (включая репродуктивную функцию), а также напряжения защитных и адаптационно-компенсаторных механизмов ни в ближайшем, ни в отдалённом периоде времени. Это означает, что в качестве ПДУ принимается дробная величина от минимального уровня электромагнитного поля, способного вызвать какую-либо реакцию.

К выбору места размещения антенн радиостанций с точки зрения санитарно гигиенического надзора не предъявляется никаких иных требований, кроме соответствия интенсивности электромагнитного излучения значениям предельно допустимых уровней, установленных действующими Санитарными правилами и нормами [25].

Оценка воздействия на людей ЭМИ осуществляется по следующим параметрам:

-по энергетической экспозиции, которая определяется интенсивностью ЭМИ радиочастотного диапазона и временем его воздействия на человека. Оценка по энергетической экспозиции применяется для лиц, работа или обучение которых связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ РЧ (кроме лиц, не достигших 18 лет и беременных женщин), при условии прохождения этими лицами, в установленном порядке, предварительных (при поступлении на работу) и периодических медицинских осмотров по данному фактору и получении положительного заключения по результатам медицинского осмотра. Это так называемое профессиональное облучение [26].

-по значениям интенсивности ЭМИ радиочастотного диапазона. Такая оценка применяется для лиц, работа или обучение которых не связана с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ, для лиц находящихся в жилых, общественных и служебных зданиях, т.е. для всех людей, не вошедших в первую категорию. Это называется непрофессиональное облучение.

Предельно допустимая плотность потока энергии электромагнитных полей в диапазоне частот 300 МГц -300 ГГц и время пребывания на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, связанного профессионально с воздействием полей (кроме случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн), взаимосвязаны следующим образом: пребывание в течение рабочего дня - до 0,1 Вт/м²; пребывание не более 2ч- 0,1-1 Вт/м², в остальное рабочее время плотность потока энергии не должна превышать

0,1 Вт/м²; пребывание не более 20 мин - 1-10 Вт/м² при условии пользования защитными очками.

Если облучение людей превышает указанные предельно допустимые уровни, то необходимо применять защитные средства.

8.2 Инженерное обеспечение безопасных условий труда

Подробно опишем мероприятия для защиты сотрудников от опасных и вредных производственных факторов.

8.2.1 Мероприятия по защите при работах на высоте

При ремонте и монтаже технологического оборудования приходится работать на большой высоте, в неудобных положениях (согнувшись, лежа на спине или стоя на коленях), с большой затратой физических сил как на рабочие операции, так и на сохранение равновесия в опасных и стесненных условиях [21]. Для обеспечения безопасности специалиста при работе на высоте проектом предусмотрено:

-обучение в школе по промышленному альпинизму;

-применением средств индивидуальной защиты работников, а также спецодежды, не стесняющей их движений, и обуви;

-установка надежных креплений на крышах;

-установка ограждений и обозначение в установленном порядке границы опасных зон;

-обязательное отключение антенн перед работой;

-на объект будут допускаться только те работники, которые имеют группу по электробезопасности не ниже III и допущенные к верхолазным работам.

8.2.2 Защита от поражения электрическим током

Основные меры защиты:

-обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, при случайном прикосновении;

- устранение опасности поражения при появлении опасного напряжения на корпусах, что достигается заземлением.

- применение специальных защитных средств;

-применение исправных соединительных шнуров, кабелей;

-применение заземления (зануления) корпуса ПК, т.к. допускается возможность проникновения пользователя к токоведущим частям ПК.

К профилактическим мерам можно отнести:

- своевременный инструктаж по технике безопасности;

- постоянный контроль за соблюдением правил техники безопасности, допускают к работе имеющих соответствующий допуск;

- эксплуатация только исправного оборудования, аттестованного к работе;

- проверка защитного заземления;

- применение средств индивидуальной защиты от поражения электрическим током.

Повышение электробезопасности в установках достигаем путем применения систем защитного заземления, зануления, защитного отключения и других средств и методов защиты, в том числе знаков безопасности и предупредительных знаков и плакатов.

Также проект предусматривает наличие надежной двойной изоляции металлических частей оборудования. Наиболее надежную двойную изоляцию обеспечивают корпусы из изолирующего материала. Обычно они несут на себе всю механическую часть.

Важным фактором обеспечения безопасности является знание устройства и правил эксплуатации электроустановок, поддержание в исправном состоянии электрооборудования, исправность сигнализации и блокировок, наличие средств пожаротушения [22].

8.2.3 Защита от электромагнитного излучения

Защита персонала от воздействия электромагнитных полей радиочастот (ЭМИ РЧ) от радиомодема (частота излучения 2,4 ГГц) осуществляется путем проведения организационных инженерно-технических, лечебно профилактических мероприятий, а также использования средств индивидуальной защиты.

Инженерно-технические мероприятия включают: рациональное размещение оборудования; обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем ЭМИ РЧ.

Лечебно-профилактические мероприятия осуществляются в целях предупреждения, ранней диагностики и лечения нарушений в состоянии здоровья работника, связанные с воздействием ЭМИ РЧ, и включают предварительные при поступлении на работу и периодические медицинские осмотры.

К средствам индивидуальной защиты относятся защитные очки, щитки, шлемы, защитная одежда (комбинезоны, халаты и т.д.).

Для защиты от облучения радиомодемом применяются организационные мероприятия: выбор рациональных режимов работы оборудования; ограничение места и времени нахождения персонала в зоне воздействия ЭМИ РЧ (защита расстоянием и временем).

Защита временем предусматривает ограничение времени пребывания человека в электромагнитном поле и применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения до допустимых значений.

Значения предельно допустимых уровней плотности потока энергии (ППЭ_ПДУ) в зависимости от продолжительности воздействия ЭМИ РЧ приведены в таблице 8.2.

Т а б л и ц а 8.2 - Предельно допустимые уровни плотности потока энергии (ППЭ_ПДУ) в диапазоне частот 300 МГц...300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия

Продолжительность воздействия, t, ч	ППЭПДУ, мкВт/см2
8,0 и более	25
7,0	29
6,0	33
5,0	40
4,0	50
3,0	67
2,0	100
1,0	200
0,20 и менее	1000

При продолжительности воздействия менее 0,2 часа дальнейшее повышение интенсивности воздействия не допускается [23] .

Защита расстоянием применяется в том случае, если невозможно ослабить интенсивность облучения другими мерами, в том числе и защитой временем. В этом случае прибегают к увеличению расстояния между излучателем и обслуживающим персоналом. Защита расстоянием положена в основу нормирования санитарно-защитных зон - необходимого разрыва между источниками поля и жилыми домами, служебными помещениями.

8.3 Расчёт санитарно-защитной зоны для электромагнитных излучений

В диапазоне 300 МГц - 300 ГГц интенсивность ЭМИ радиочастот характеризуется плотностью потока энергии (ППЭ, Вт/мІ, мкВт/смІ), которая для сферических электромагнитных волн зависит от расстояния следующим образом:

(8.1)

где - мощность, подводимая источнику, Вт;

G - коэффициент усиления антенны;

r - расстояние от источника ЭМИ до расчётной точки, м.

По [24] эта величина не должна превышать для населения, проживающего на прилегающей территории, 10 мкВт/смІ, а за рабочий день (рабочую смену) не должно превышать 200 (мкВт/ смІ)ч.

Используя в качестве нормируемого параметра плотность потока энергии, предельно допустимые уровни ЭМП диапазона частот 0,3 - 300ГГц для населения составят 10 мкВт/см² .

Поскольку экранирование данного излучения невозможно, то необходимо проследить, чтобы параметры ЭМИ не выходили за пределы нормы. В противном случае необходимо уменьшить мощность излучения антенн до уровня, при котором плотность потока энергии будет находиться в пределах нормы.

В целях защиты населения от ЭМИ РЧ необходимо произвести расчёт санитарно-защитной зоны (СЗЗ). Данный расчет проводится в соответствии с санитарными правилами и нормами на ЭМИ РЧ [25], а также в соответствии с методическими указаниями [27].

Покажем, что излучение антенн соответствует нормам.

Для используемой в проекте антенны коэффициент усиления G=24 дБи, что в линейном масштабе составляет:

, (8.2)

где G_дБ - коэффициент усиления в дБи, равный 24 дБи.

Отсюда получаем:

раз.

Расчёт будем вести по следующим формулам. Напряжённость электрической составляющей поля станции:

, В/м,(8.3)

где Р - мощность на входе антенно-фидерного тракта, Вт, равна 31,62 мВт;

G - коэффициент усиления антенны относительно изотропного излучателя, определяемый в направлении максимального излучения;

- коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте, равный 0,16;

R - расстояние от геометрического центра антенны до точки наблюдения (наклонная дальность), м;

- нормированная диаграмма направленности (ДН) в вертикальной плоскости;

- угол, образованный направлением на точку наблюдения и плоскостью горизонта, град.;

- нормированная ДН в горизонтальной плоскости;

- азимут, град.;

- множитель ослабления, примем равным 1,16.

Рисунок 8.1 - Диаграмма направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях

Отсюда находится искомое значение R:

, м. (8.4)

Значение напряжённости электрической составляющей поля:

, (8.5)

В качестве ППЭ используется предельно допустимый уровень плотности потока энергии 10 мкВт/смІ.

Таким образом, определили границы санитарно- защитной зоны для вертикальной и горизонтальной плоскостей ДН антенн. Они приведены в таблицах 8.3 и 8.4. Значения СЗЗ рассчитывались с шагом в 1є ДН антенны в горизонтальной и 1,5є в вертикальной плоскостях.

Т а б л и ц а 8.3 Значения СЗЗ для горизонтальной плоскости ДН антенны (ППЭ_ПДУ = 10 мкВт/см² коэффициент усиления антенны G=24 дБ)

a, град	Fг	R, м
-5	0,5	1,82
-4	0,58	2,12
-3	0,71	2,60
-2	0,89	3,25
-1	0,99	3,62
0	1	3,66
1	0,99	3,62
2	0,89	3,25
3	0,71	2,59
4	0,58	2,12
5	0,5	1,83

Т а б л и ц а 8.4 Значения СЗЗ для вертикальной плоскости ДН антенны

a, град	FВ	R, м
-7,5	0,5	1,83
-6	0,58	2,12
-4,5	0,71	2,59
-3	0,89	3,25
-1,5	0,99	3,62
0	1	3,66
1,5	0,99	3,62
3	0,89	3,25
4,5	0,71	2,59
6	0,58	2,12
7,5	0,5	1,83

Границы санитарно-защитной зоны - для вертикальной и горизонтальной плоскостей ДН антенн определяются на расстоянии 3,66м от источника ЭМИ (антенны радиомодема). Таким образом, при проектировании радиопередающей системы необходимо учитывать требуемый разрыв 3,66 м между источником электромагнитного излучения и жилыми домами, служебными помещениями.

Антенны передающих радиотехнических объектов (ПРТО) размещаются на отдельно стоящих опорах и мачтах. Допускается размещение передающих антенн на крышах жилых, общественных и других зданий и в иных местах при соблюдении условий предельно допустимым уровням излучения [23].

В данном разделе дипломного проекта рассмотрено влияние электромагнитного излучения на организм человека, от антенн, используемых совместно с радиомодемом. Дан обзор нормируемых параметров и предельных уровней воздействия ЭМИ РЧ на людей. Рассмотрен круг вопросов, касающихся организационных, инженерно-технических и индивидуальных мероприятий по обеспечению электробезопасности. Рассчитаны уровни ППЭ от антенны. Рассчитанное значение находится в пределах допустимых норм.

Выполнение вышеперечисленных мер по защите от опасных и вредных факторов позволяет сделать эксплуатацию радиомодема безопасной для населения.

Практическая реализация требований изложенных в этой части проекта будет способствовать улучшению условий труда, повышению работоспособности и сохранению здоровья работников эксплуатирующих телекоммуникационную сеть.

Заключение

Данный проект на тему «Разработка радиомодема для передачи данных Ethernet по радиоканалу на основе оборудования СКК 2/8/34» был рассчитан с учетом реально существующей станции военного назначения, с целью усовершенствования ее. Проект предлагает разработку оборудования, позволяющего организовать радиоканал, как резервный путь передачи данных помимо существующей сети, основанной на ВОЛС.

Для реализации проекта было проанализировано исходное оборудование, выбрана структура приемопередающей оборудования и подобраны схемотехнические решения для реализации устройства.

В расчетно-проектной части рассчитаны необходимая рабочая полоса частот, дальность связи и фильтры нижних частот.

В технологической части предложены варианты изготовления устройства, представлена схема расположения элементов, описана технология изготовления многослойной печатной платы.

Приведенные данные в проекте показали, что с производство радиомодемов является экономически эффективным и окупаемость проекта зависит от количества продаж

Как показали расчеты все решения, применяемые в данном проекте, не нарушают условий для безопасности населения при эксплуатации радиомодема.

Список использованных источников

1. В.Муравьев, С.А. Кореневский, В.Н. Мищенко. Сверхвысокочастотные технологии в системах телекоммуникаций. Учебно-методическое пособие.- Минск, 2007.-79с.

2. Л. Белов, А. Голубков. Модуляторы сигналов сверхвысоких частот. Основные классы.- Элементная база электроники.2008,№3

3. А. Филимонов. Алгоритмы модуляции технологий xDSL, http://www.nag.ru/2006/0304/img/xDSL.pdf

4. К.В. Боровков, И. Малыгин. Перспективные способы модуляции в широкополосных системах передачи данных.- Сетевые решения.2008,№10

5. Архитектура тракта приема, http://www.mobicom.narod.ru/SHEM/RX/.htm

6. Павел Катлеров. Технология Ethernet-over-PDH.-Компоненты и технологии.2007.№4

7. В. Голуб. Квадратурные модуляторы и демодуляторы в системах радиосвязи.- Элементная база электроники. 2003, № 3.с.15

8. http://www.micrel.com/_PDF/Ethernet/ks8993m_pb.pdf, -официальный сайт фирмы Micrel Semiconductor Inc.

9. http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/DS33Z41.pdf, -официальный сайт фирмы Maxim Integrated Products

10. http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/DS21Q44.pdf,-официальный сайт фирмы Maxim Integrated Products

11. http://www.actel.com/documents/Core8051_AN.pdf,-официальный сайт фирмы Actel Corporation

12. Многодиапазонные и многомодовые РЧ блоки оборудования ССПО,http://www.rfdesign.ru/multi/multi.htm

13. Ньюман Эрик. Многостандартные/многодиапазонные системы на основе приемников прямого преобразования.- Беспроводные технологии.2009,№2

14. Бирюков С.А. Применение интегральных микросхем серий ТТЛ. - М.: Патриот, Символ-Р, Радио, 1992.

15. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. М.: КУбК-а, 1996. - 640 с.

16. http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX12529.pdf -официальный сайт фирмы Maxim Integrated Products

17. Н. Ракович. Аналого-цифровые преобразователи Maxim для систем сбора данных.- Компоненты и технологии.2004.№5

18. http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX2700-MAX2701.pdf.-официальный сайт фирмы Maxim Integrated Products

19. ГОСТ 53386-200922 «Платы печатные. Термины и определения»,2009..

20. Ильин В.А. Технология изготовления печатных плат. - Л.: Машино строение, Ленинградское отделение, 1984.- 77 с.

21. Гусаков Б.И. Экономическая эффективность инвестиций собственника. - М.: Финансы, учет, аудит, 1998. - 216 с.

22.ПОТ Р. М012-2000 «Межотраслевые правила по охране труда при работе на высоте», 2000. -106 с.

23. ГОСТ 12.1.038-82. «ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов», 2001. - 4 с.

24. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи»,2003.-7 с.

25. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 «Санитарные нормы и правила. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов», 2003. - 22 с.

26. ГОСТ 12.1.006-84 «Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля», 1999. - 5 с.

27. МУК 4.3.1677-03 «Определение уровней электромагнитного поля, создаваемого излучающими техническими средствами телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи », 2003. - 24с.

Размещено на Allbest.ru