автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Разработка метода анализа и исследование электромагнитных полей, создаваемых распределительными сетями кабельного телевидения, в целях обеспечения электромагнитной совместимости с бортовыми радиотехническими системами

На правах рукописи

Ружников Вадим Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА АНАЛИЗА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, СОЗДАВАЕМЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМИ СЕТЯМИ КАБЕЛЬНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ, В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ С БОРТОВЫМИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИМИ

СИСТЕМАМИ

Специальность 05 12 07 Антенны, СВЧ устройства и их технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара-2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики» (ГОУВПО ПГАТИ)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Сподобаев Ю М

Официальные оппоненты

- доктор физико-математических наук, профессор

Надеев А Ф

кандидат технических наук, доцент

Соболев В А

Ведущая организация-

Федеральное государственное унитарное предприятие Самарский отраслевой научно-исследовательский институт радио (ФГУП СОНИИР).

Защита диссертации состоится 29 февраля 2008 г в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 219.003 02 при Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики по адресу 443010, г Самара, ул Л Толстого, 23

С диссертацией соискателя можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУВПО ПГАТИ

Автореферат разослан 28 января 2008 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 219 003.02 доктор технических наук, доцент

Мишин Д В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и состояние вопроса В последнем десятилетии прошлого века сети кабельного телевидения вошли и прочно укрепились в арсенале технических средств инфокоммуникаций, и в настоящее время они переживают весьма интенсивное развитие Свобода систем кабельного телевидения от многих недостатков эфирных систем обуславливает тенденцию к практически полному вытеснению последних в ряде районов современных мегаполисов 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 Основной причиной такого излучения является антенный эффект коаксиального кабеля, вызванный следующими явлениями.

- 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

Традиционно подобные проблемы, возникающие в иных областях антенной техники, решаются с привлечением аппарата электромагнитного мониторинга (ЭММ) В данных условиях ЭММ целесообразно понимать как систему регулярных длительных непрерывных наблюдений, оценки и прогноза состояния техносферы, а так же своевременного выявления тенденций возникновения ситуаций, связанных с деструктивным«* последствиями, для обеспечения возможности принятия технико-упраш£еяческих решений, способствующих устранению фатальных и субфатальных рисков

Анализ электромагнитного поля (ЭМП) при проведении комплекса мероприятий, связанных с ЭММ, очевидно, играет решающую роль, ввиду того, что его и только его результаты непосредственно обеспечивают возможность оценки величины риска.

Таким образом, имеет место весьма актуальная научно-техническая проблема разработки метода анализа ЭМП, создаваемых распределительными сетями кабельного телевидения, которые обеспечат возможность анализа реальной структуры поля для целей обеспечения ЭМС с бортовыми радиотехническими системами (БРС).

Среди методов решения задач ЭММ традиционно выделяют два направления

- экспериментальные методы,

- расчетные методы, расчетное прогнозирование

Каждое из упомянутых направлений имеет свою сферу применения и обладает^ специфическими достоинствами и недостатками \

V

Следует отметить, что технические средства, входящие в систему кабельного телевидения, имеют довольно сложную, в смысле распределения первичных токов, конфигурацию, а создаваемые ими ЭМП 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 (ЭМО) по отношению к экспериментальным методам

Однако, существующая в мировой инженерной практике тенденция такова, что большинство авторов, занятых данной проблемой, публикуют в основном результаты, полученные экспериментальным путем, на которые, безусловно, распространяются указанные выше ограничения. Так, например, в отчете Европейского комитета по электронным средствам связи (ЕСС) за 2003 год содержится большой объем обобщенных данных, полученных в ходе работ по проведению ЭММ распределительных сетей кабельного телевидения над рядом европейских городов Франции, Германии, Дании и др.

Задаче расчетного прогнозирования ЭМП распределительных сетей кабельного телевидения в настоящее время уделено недостаточно внимания В вышеупомянутом отчете, разрабатывались 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 систематический анализ большого объема экспериментальных данных, а с другой стороны, использованные в названных работах стати-стико-вероятностные модели по своей «природе» менее требовательны в вычислительном смысле Однако, автору диссертационной работы, в связи с широким распространением высокопроизводительных вычислительных платформ, представляется целесообразным использование детерминированных моделей, что позволит рассматривать инженерную задачу с учетом нюансов, имеющих деструктивное свойство по отношению к объекту обеспечения ЭМС

Следует отметить, что 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 При этом большинство авторов используют методы математического моделирования, хорошо зарекомендовавшие себя при решении задач вычислительной электродинамики и теории антенн

Фундаментальными в области расчета ЭМП технических средств традиционно признаются работы Бузова А Л, КубановаВ П, МасловаО Н, Романова В А, Сподобаева Ю М, Шередько ЕЮ и др В работах этих авторов развиты методология и принципиальные подходы к решению задач ЭММ 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 ЭММ как отдельных антенных систем, так и комплексов излучающих технических средств, вполне применимы и для решения задач, поставленных в диссертационной 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, Белоусова С П, Брауде Л Г., Князева А С , Лаврова Г А, Юдина В В , Burke G J, Poggio A J, King R. W и др

Подходы к анализу полей излучения фидерных линий различного конструктивного исполнения развиты в работах Гринберга Г А, Клигера Г А, Комиссарова В И и др Учет подстилающей поверхности в задачах антенной электродинамики разработан в публикациях Крылова Г Н, Лаврова Г А , Содина Л Г, Тарта-ковского Л С, Черномордика Д А, Sommerfeld А Применительно к линиям передачи стоит отметить монографию Sunde Е D

Вопросам защиты экранированных кабелей от влияния ЭМП посвящены монографии Андреева В А, Венса Э Ф, Гроднева И И, Михайлова М И, Разумова Л Д, Tsaliovich А, Reinhold V N, Smith А А. и др

Из ряда публикаций в последние годы можно выделить работы Мущенко В И, в которых решена задача расчета ЭМП коаксиальных структур с периодической системой дефектов, и Севостьянова С В., посвященные 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»

Целью настоящей работы 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 мегаполиса, а также исследование ЭМП реальных распределительных сетей

Необходимость проведения таких исследований диктуется актуальными вопросами ЭМС распределительных сетей с БРС

В работе решаются следующие задачи:

1 Систематизация сведений о проектировании и построении распределительных сетей, существенных для диссертационной работы

2 Разработка моделей излучения, возникающего за счет антенного эффекта, фрагментов распределительной сети сетевой магистрали, домовой распределительной сети, коаксиального сегмента микрорайона

3 Исследование и анализ ЭМП, создаваемых фрагментами распределительных сетей различной конфигурации, выделение особенностей фрагментов, существенно влияющих на структуру и уровни ЭМП

4 Разработка методики анализа ЭМО над территорией мегаполиса, создаваемой распределительными сетями кабельного телевидения

5 Исследование ЭМП, создаваемых реальными распределительными сетями кабельного телевидения мегаполиса, в целях обеспечения ЭМС с БРС

Методы исследования

В работе использованы методы математического моделирования излучающих систем, численные методы Все результаты получены с использованием вычисли-

тельных алгоритмов, реализованных на ЭВМ с помощью языка программирования Си Результаты расчетов программ представляются в виде диаграмм, графиков, построенных с использованием свободного графического пакета Опир1о1

На защиту выносятся

1 Метод анализа ЭМП, создаваемых распределительными сетями кабельного телевидения, с учетом топологических особенностей их построения

2 Алгоритм анализа ЭМО над территорией с распределительными сетями кабельного телевидения и электродинамические модели фрагментов распределительных сетей кабельного телевидения

3 Результаты расчета ЭМП реального распределительного кластера кабельного телевидения (на примере города Тольятти).

Научная новизна исследований заключается в том, что

1 Разработаны электродинамические модели фрагментов распределительных сетей кабельного телевидения с учетом их топологии

2. Разработан метод анализа и алгоритм расчетного прогнозирования ЭМО над территорией с распределительными сетями кабельного телевидения

3. Впервые с использованием методов расчетного прогнозирования в целях обеспечения ЭМС с БРС исследованы ЭМП, создаваемые распределительным сегментом кабельного телевидения, с учетом его топологических особенностей, и получены соответствующие численные результаты

Достоверность и обоснованность научных результатов подтверждается использованием классических методов анализа ЭМП, корректным использованием аппарата аналитической геометрии, а также сравнением полученных численных результатов с опубликованными экспериментальными данными

Практическая ценность результатов работы заключается в следующем

1 Разработанные в рамках диссертационной работы электродинамические модели фрагментов распределительных сетей и алгоритм анализа ЭМО над территорией мегаполиса являются базой для создания перспективной автоматизированной системы

2 Полученные в диссертации результаты анализа ЭМО и разработанный метод расчета ЭМП распределительных сетей обеспечивают основу для создания комплекса мер и рекомендаций по нормализации ЭМО над территорией с развитой инфраструктурой кабельного телевидения

3. Обобщенные результаты диссертационного исследования, в целом, могут оказать существенное влияние на принятие ответственных административных, организационно-управленческих решений по обеспечению безопасности полетов над современными мегаполисами.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы использованы при проведении научно-практических работ по исследованию ЭМП распределительного сегмента системы кабельного телевидения города Тольятти

Разработанная автором методика расчетного прогнозирования использована в работах по инвентаризации и паспортизации источников электромагнитного излучения города Самары, проводимых по договору с департаментом городского хозяйства и экологии г Самары, совместно с муниципальным предприятием Самараин-формресурс (тема 24/04/38-Ш-Э/2004, договор от 21 декабря 2004 г)

Разработанный автором метод моделирования, а так же результаты исследования

ЭМП реальных объектов внедрены в учебный процесс ПГАТИ и практику дипломного проектирования на кафедре «Электродинамики и антенн»

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами

Апробация результатов работы

По тематике диссертационных исследований автором (лично и в соавторстве) было опубликовано 12 печатных работ

Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 4 статьях (из них одна в журнале из перечня, рекомендованного ВАК РФ для публикации результатов диссертационных работ, и одна в международном журнале), в периодических научных изданиях и в 8 публикациях в форме материалов конференций на российских и международных конференциях и симпозиумах

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений Основная часть работы содержит 133 страницы, включая 73 рисунка и 7 таблиц Список литературы содержит 123 наименования

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, приведен обзор работ по теме диссертации, сформулированы цель и основные задачи исследования, описан состав и структура работы, определены ее новизна и практическая ценность

В первой главе «Подходы к обеспечению электромагнитной совместимости распределительных сетей кабельного телевидения» рассмотрены два традиционных направления решения задачи ЭММ применительно к диссертационной работе-экспериментальный и расчетный

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 распределительной сети, представляющей собой структуру с ярко выраженной иерархией, предложены модели излучений коаксиального кабеля, домовой распределительной сети (ДРС) и коаксиальной магистральной линии Первая модель является базовой для остальных, так как распределительная сеть самоподобна при рассмотрении ее геометрической структуры

Вторая глава «Обоснование моделей и исследование электромагнитного поля коаксиального кабеля» посвящена анализу ЭМП, создаваемого коаксиальным кабелем, обтекаемого токами утечек

Определено распределение тока утечки на внешнем проводнике отрезка коаксиального кабеля при рассмотрении наружной стороны внешнего проводника как однопро-водной линии, покрытой слоем диэлектрика и, возбуждаемой сосредоточенным источником гармонического тока С точки зрения анализа распределения тока, было принято допущение, что внешний проводник коаксиального кабеля представляет собой регулярную линию передачи с произвольными нагрузками на концах

Для отрезка коаксиального кабеля конечной длины суммарное распределение тока на наружной поверхности внешнего проводника представляет собой сумму двух распределений токов утечек разной амплитуды с учетом многократных отражений от концов кабеля

Г1 .^(/¿[е^ (I)

1—Г е

где X - длина анализируемого участка коаксиального кабеля, у=<х+ /3 - комплексный коэффициент распространения, а и /? - соответственно коэффициенты затухания и фазы волн тока на внешнем проводнике, I - координата, проходящая по оси кабеля, Г— комплексный коэффициент отражения тока, - амплитуда сосредоточенного источника гармонического тока утечки, возбуждающего наружную сторону внешнего проводника коаксиального кабеля, определяемая как

ПМ=<ху1"аМ, (2)

где /¿(л) амплитуды внутреннего тока на конце кабеля слева и справа соответственно, ку - коэффициент утечки тока

[,мна Распределение (1) представляет

20 ' собой смешанную волну тока по

структуре близкой к стоячей волне ________ _ _____ (рис.1)

( зо 40 50 С учетом распределения тока

для вертикального и горизонталь-Рис 1 Распределение тока на внешнем проводнике Н(ж) коаксиальных кабелей с коаксиального кабеля

использованием метода суперпозиции для компонент ЭМП были выведены общие соотношения, с учетом подстилающей поверхности и для расчета в дальней зоне Ниже представлены полученные общие расчетные соотношения для компонент поля горизонтального коаксиального кабеля

[у^у)11у±фГг1Г)СГг1Г)с1у. (

\r-r-

Ку)

ш£оу;\г-г-\

(3)

(4)

(5)

У\ Уг

\г—г

Ну{г,х' (7)

У

у%

Яж(г ,*' .2' )=-(х-х')/ т^~Ф3(г. Г'}(?(?, Г)4У

У, \г~г

(8)

где

й\[г,Т)=-

¡к2

Ф2(г,7')=1к2{-^

3 к г—г'

2

3/

\г—г'

|/--Г

|2

\\кНу-У)-\г-Г\2 .. Ъ{у-у' )-\г - г'\2

п

г, г )=-

г+

г —г

Iк

I г—г'

\г-Т\2

(9)

(10)

(Н)

£, мкВ/м

У. и

40

функция Грина уравнения Гельмгольца для свободного пространства:

0(г,Т')= (12)

4тт\г—г'\

7 - радиус-вектор точки наблюдения, г' - радиус-вектор точки на оси кабеля, у', и у'2 - координаты соответственно начала и конца провода, со - циклическая частота

тока в кабеле, \г—г'\=\1(х-х')2+{у-у')2+(2—г')2 - расстояние от кабеля до точки наблюдения, к- волновое число свободного пространства, £0 — электрическая постоянная.

Для произвольной ориентации кабеля в горизонтальной плоскости выполнены соответствующие преобразования полученных расчетных соотношений с использованием матрицы поворота.

Входящие в полученные формулы (3-8) интегралы были рассчитаны численными методами.

Проведены тестовые расчеты ЭМП коаксиального кабеля, обтекаемого токами утечек, для различных длин, для различных подстилающих поверхностей. Получены соответствующие распределения компонент поля и диаграммы направленности (рис. 2, 3).

Третья глава «Разработка метода анализа и исследование электромагнитных полей фрагментов распределительных сетей» посвящена разработке метода анализа ЭМП, создаваемых участками, представляющими собой систему коаксиальных кабелей со сложной пространственной конфигурацией — коаксиальные магистрали, домовые распределительные сети.

У," 40

Рис. 2. Распределения суммарных составляющих поля на расстоянии 50 м над коаксиальным кабелем, подвешенным на высоте 10 м над идеально проводящей подстилающей поверхностью

/"'-■. ' \ \ 96 .... • . 0:4 Г / 'у' ...-л

............................... '.- 1...........

В составе распределительных сетей на магистральном уровне можно выделить участки, построенные по радиальной, древовидной и смешанной конфигурациям, а в составе ДРС — вертикальные (домовые магистрали) и кабели различ-

Рис. 3. Диаграмма направленности коаксиального кабеля длиной 15 X, обтекаемого током утечки, рассчитанная с учетом реальной подстилающей поверхности

ным образом ориентированные в горизонтальной плоскости (абонентские, субмагистральные).

Общее поле, создаваемое системой кабелей, входящих во фрагмент распределительной сети, равно сумме полей, создаваемых каждым кабелем отдельно.

Сложение векторов напряженностей электрического и магнитного полей проводится путем разложения их на отдельные составляющие.

В декартовой системе координат отдельные компоненты всей системы будут определяться следующим образом:

г={х.у,х\, (13)

;=1 /=1 где Е, Н) — составляющие векторов электрического и магнитного полей /-го кабеля; N— число кабелей во фрагменте.

В результате расчетов показано, что коаксиальные магистрали, построенные по радиальной конфигурации, создают меньшие уровни напряженностей ЭМП, чем магистрали, построенные по древовидной конфигурации. Смешанная топология создает наиболее сложную интерференционную картину поля за счет неравномерного распределения коаксиальных кабелей по территории. Это объясняет и тот факт, что диаграмма направленности (рис. 4) участка коаксиальной магистрали, построенного по

смешанной топологии, имеет множество игольчатых боковых лепестков с практически равномерной концентрацией энергии по всем угловым направлениям.

Расчеты ЭМП, создаваемых ДРС, подтвердили предположение зарубежных авторов о том, что основной вклад в суммарное поле, создаваемое всей распределительной сетью, вносят ДРС, которые являются источником ЭМП значительных уровней, с точки зрения проблем ЭМС.

В результате электродинамического моделирования ДРС получено, что:

— на создаваемые уровни ЭМП ДРС существенное влияние оказывает этажность зданий и число домовых магистральных кабелей;

— нет необходимости учитывать абонентские кабели, так как уровни сигнала в магистральных кабелях существенно больше, чем в абонентских;

— расположение усилителя (снизу или сверху) не влияет на структуру поля, что связано с распределением тока на внешнем проводнике коаксиального кабеля по

Рис. 4. Диаграмма направленности коаксиальной магистрали со смешанной топологией, рассчитанная на частоте 111,25 МГц

структуре близкого к стоячей волне.

В разделе проведен анализ возможных способов учета стен и перекрытия зданий. Показано, что использование коэффициента проникновения адекватно с точки зрения задач, поставленных в диссертационной работе, получены соответствующие численные результаты (рис. 5). Для всех рассмотренных конфигураций рассчитаны диаграммы направленности (рис. 6).

Е, мкв/м

Н, мкА/м

100 Ю0 у, м 0 -»00 -400

... а». .,

25

400

20

200

15

у, М 0 ИВВжг Д^ Жц^^К

10

-200

5

-400

0

0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 о

-400 -200

о

X. м

200

400

-400 -200

О

х, м

200

400

Р 1С. 5. Распределения суммарных составляющих поля на высоте 450 м, создаваемого ДРС 9-ти этажного 2-х подъездного дома, рассчитанные на частоте 111,25 МГц с учетом железобетонных стен

ф=00 ф=900

Рис. 6. Диаграммы направленности ДРС 9-ти этажного 2-х подъездного дома, рассчитанные на частоте 111,25 МГц

Четвертая глава «Методика анализа электромагнитной обстановки над территорией с распределительными сетями» посвящена объединению предложенных ране; подходов в единую расчетную методику, позволяющую исследовать ЭМО на любой высоте над распределительными сетями кабельного телевидения с произвольной конфигурацией.

Разработан алгоритм расчетного прогнозирования ЭМО над территорией с последующей реализацией на ЭВМ (рис. 7). В качестве основного критерия ЭМС принято соответствие нормативно-технической документации, регламентирующей работу технических средств в данном частотном диапазоне. В частности, уровень напряженности электрического поля распределительных сетей, не должен превышать 10 мкВ/м (20 дБмкВ/м) на высоте 450 м — этот критерий является основным при проведении ЭММ распределительных сетей в зарубежной практике.

Рис 7 Алгоритм расчетного прогнозирования ЭМО над территорией мегаполиса с распределительными сетями

Для тестирования разработанной методики проведены расчеты с использованием проектной документации коаксиального распределительного сегмента компании телерадиовещания и печати ОАО «АВТОВАЗ» «ВАЗ-ТВ» города Тольятти, предоставленной ведущей организацией

Исследуемый сегмент (рис 8) 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

Представленные на рис 9 диаграммы направленности по напряженности поля в ортогональных плоскостях соответствуют физическому представлению решения задачи — наличие большого числа коаксиальных кабелей, обтекаемых токами утечек, создает сложную интерференционную картину поля Значительное число игольчатых боковых лепестков с практически равномерной концентрацией энергии по всем угловым направлениям может послужить причиной затруднения работы аэронавигационных служб.

Рис. 9. Диаграммы направленности коаксиального распределительного сегмента сети кабельного телевидения города Тольятти, рассчитанные на частоте 111,25 МГц

Рис. 8. Коаксиальный сегмент распределительной сети кабельного телевидения города Тольятти

Проведено сравнение (рис. 10) результатов расчета ЭМП для исследуемого распределительного кластера, полученных расчетными методами, с существующими и опубликованными экспериментальными данными зарубежных авторов для распреде-ф=0° лительного сегмента, который по

ряду параметров близок к исследуемому в частности, по числу абонентов, по общей длине коаксиальных кабелей, по количеству операторов кабельного телевидения (один).

Сравнение показало, что уровни напряженности электри-Ф=90' ческого поля, полученные рас-

четными методами, близки к уровням, полученным эмпирическим путем, что позволяет

сделать вывод о дальнейшем перспективном использовании разработанной методики анализа ЭМО над территорией с распределительными сетями.

Полученные результаты расчета свидетельствуют о том, что ЭМО над исследуемым сегментом неблагоприятна, с точки зрения принятых критериев ЭМС.

Рис. 10. Сравнение уровней напряженности электрического поля, полученных расчетными методами для города Тольятти со среднестатистическими уровнями, полученными эмпирическим путем, для города Дублин

В заключении приведены основные результаты и выводы по диссертационной работе

1 В работе систематизированы сведения о проектировании и построении распределительных сетей Отмечено, что сети кабельного телевидения имеют ярко выраженную иерархическую структуру, в связи с этим, был использован структурный подход к моделированию

2 Разработаны модели излучения, возникающего за счет антенного эффекта, фрагментов распределительной сети сетевой магистрали, домовой распределительной сети, коаксиального сегмента микрорайона В основу этих моделей легла базовая электродинамическая модель коаксиального кабеля, обтекаемого токами утечек

3 Исследованы ЭМП, создаваемые фрагментами распределительных сетей различной конфигурации, выделены особенности фрагментов, существенно влияющих на структуру и уровни ЭМП Анализ полученных результатов расчета показал, что основной вклад в суммарное поле, создаваемое всей распределительной сетью, вносят ДРС, которые являются источником ЭМП значительных уровней, с точки зрения проблем ЭМС

4 Разработанный метод анализа ЭМП распределительных сетей лег в основу методики анализа ЭМО над территорией мегаполиса Методика позволяет учитывать степень риска деструктивного воздействия на БРС путем варьирования коэффициента утечки Методика была использована при исследовании ЭМП, создаваемых реальным распределительным сегментом кабельного телевидения г. Тольятти.

5. Результаты, ориентированные на высокий риск деструктивного воздействия ЭМП распределительных сетей на БРС, могут послужить базой для имитационных моделей полетов летательного аппарата над мегаполисом для создания безопасных, с точки зрения ЭМС, воздушных коридоров

6 Все предложенные вычислительные процедуры реализованы в виде программных модулей, которые в дальнейшем составят основу перспективной автоматизированной системы На всех этапах работы проведены тестовые расчеты, подтверждающие работоспособность программ

Таким образом, решены задачи, поставленные в диссертационном исследовании, и достигнута цель настоящей работы, заключающаяся в разработав метода анализа ЭМП, создаваемых распределительными сетями кабельного телевидения, в целях обеспечения ЭМС с БРС

В приложениях приведены параметры некоторых коаксиальных кабелей, фрагменты распределительных сетей, результаты расчетов, не вошедшие в основную часть, частотный план «ВАЗ ТВ», представлены акты внедрения результатов диссертационной работы

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Ружников, В А Электродинамическое моделирование открытых линий передачи с помощью 4пес2 / В А Ружников, Ю М Сподобаев // Инфокоммуникационные технологии -2004 -№4 -Том 1 -С 58-62

2 Ружников, В А Излучение распределительных сетей кабельного телевидения / В А Ружников, Ю М Сподобаев // Материалы 6-го международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии - Санкт-Петербург, ЛЭТИ, 2005 - С 71-74

3 Маслов, М Ю Численный анализ ЭМП домовой распределительной сети КТВ / В А Ружников,Ю М Сподобаев//ВестникСОНИИР-2006 -№1(11) -С 65-69

4 Маслов, M Ю Анализ поля излучения сети кабельного телевидения микрорайона / В А Ружников,Ю M Сподобаев//ВестникСОНИИР-2006 -№2(12) -С 67-69

5 Ружников, В А Расчетное прогнозирование электромагнитных полей, создаваемых распределительными сетами кабельного телевидения /В А Ружников // Актуальные проблемы современной науки Труды 2-го международного форума (7-й международной конференции молодых ученых и студентов) Технические науки Ч 24-26 Энергетика, радиотехника и связь, охрана труда - Самара, СГТУ, 2006 -С 42-46

6 Maslov, M Y The Numerical Analysis of CATV network radiation / M Y Maslov, V A Ruzhmkov, Y M Spodobaev = [Маслов, M Ю Численный анализ излучения сети кабельного телевидения] / M Ю Маслов, В А Ружников, Ю M Сподобаев // Optical Technologies for Télécommunications proceedmgsofSPIE -2006 -Vol 6605 —P 660503-1-660503-11

7 Ружников, В A Комплексное решение проблемы излучения распределительных сетей кабельного телевидения / В А Ружников И Материалы XIII Юбилейной Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов -Самара, ПГАТИ, 2006 -С 153

8 Ружников, В А Деструктивное воздействие распределительных сетей кабельного телевидения / В А Ружников // Материалы VII международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» - Самара, ПГАТИ, 2006 - С 295- 298

9 Ружников, В А Использование методов расчетного прогнозирования для расчета ЭМП распределительного сегмента кабельного телевидения города Тольятти / В А Ружников // Материалы VIII международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» - Уфа, ПГАТИ, 2007 - С 179-182

10 Ружников, В А Обеспечение ЭМС распределительных сетей кабельного телевидения с бортовыми радиотехническими системами / В А Ружников // Труды VI Международной научно-технической конференции «Физика и технически приложения волновых процессов» (Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы») -Казань,2007-С 215-216

И Ружников, В А Численный анализ излучения распределите чьных сетей кабельного телевидения / В А Ружников // Сборник трудов XIII международной научно-технической конференции Радиолокация, навигация, связь - Т 3 - Воронеж, 2007 - С 2085-2095

12 Ружников, В А Распределение тока утечек на внешнем проводнике коаксиального кабе ля / В А Ружников // Материалы XIV Российской научной конференции профессорско-препо давательского состава, научных сотрудников и аспирантов - Самара, ПГАТИ, 2007 -С 103

Подписано в печать 25 01 2008 Формат 60x84'/,6 Бумага писчая №1 Гарнитура Тайме Печать оперативная Уел печ л 0,93 Физ печ л 1,00 Уч -изд л 0,52 Тираж 100 экз

Типография государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Поволжская государственная академия

телекоммуникаций и информатики» 443010, г Самара, ул Л Толстого, 23 Тел/факс (846) 339-11-11,339-11-81

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПОДХОДЫ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ КАБЕЛЬНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ.

1.1. Вводные замечания.

1.2. Экспериментальные методы.

1.3. Расчетное прогнозирование.24*

1.3.1. Принципы построения систем кабельного телевидения, существенные для целей диссертационной работы.

1.3.2. Выбор расчетных моделей фрагментов распределительной сети.

1.4. Выводы по главе.

Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ.

2.1. Вывод соотношений для распределения тока.

2.1.1. Распределение тока утечки с учетом многократных отражений.

2.2. Вывод соотношений для компонент векторов электромагнитного поля

2.2.1. Преобразования координат для произвольно ориентированного кабеля.41 ~

2.2.2. Частный случай поворота кабеля в горизонтальной плоскости.

2.2.3. Вычисление определенных интегралов, входящих в полученные выражения.

2.2.4. Расчет характеристики направленности.

2.2.5. Учет подстилающей поверхности.

2.3. Результаты расчета компонент электрического и магнитного полей коаксиального кабеля.

2.4. Выводы по главе.

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АНАЛИЗА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ФРАГМЕНТОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

3.1. Вводные замечания.

3.2. Исследование электромагнитных полей, создаваемых коаксиальными магистралями.

3.3. Исследование электромагнитных полей, создаваемых домовыми распределительными сетями.

3.3.1. Анализ возможных подходов к моделированию стен и перекрытий зданий.

3.4. Выводы по главе.

Глава 4. МЕТОДИКА АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, СОЗДАВАЕМЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМИ СЕТЯМИ.

4.1. Разработка алгоритма анализа электромагнитной обстановки над территорией с распределительными сетями.

4.2. Расчет электромагнитных полей распределительного сегмента кабельного телевидения города Тольятти.

4.2.1. Сравнение результатов расчета с использованием разработанной методики с существующими экспериментальными данными.

4.3. Выводы по главе.Л

В последнем десятилетии прошлого века сети кабельного телевидения-(СКТВ) вошли и прочно укрепились в арсенале технических средств инфоком-муникаций, и в настоящее; время они переживают весьма 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. Основной причиной такого,излучения 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 f, МГц Служба

108-118 Аэронавигация (посадочные маяки, системы радионаведения)

118-143; 225 - 400 Аэромобильная связь (ведениерадиосвязи «воздух-земля»)

121,5; 123,1; 243,0 Аварийные частоты вызова, частота аварийного радиомаяка для обнаружения местоположения аварии

328,6 -335,4 Аэронавигация (системы слепой посадки самолетов)

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, что! 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 на1 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, 110], 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 A. JL, Кубанова В. П., Маслова О. Н., Романова 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 диссертационной 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 JTi Г., 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, 110], 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:

1. Систематизация сведений о проектировании и построении распределительных сетей, существенных для диссертационной работы.

2. Разработка моделей излучения, возникающего за счет антенного эффекта, фрагментов распределительной сети: сетевой магистрали, домовой распределительной сети, коаксиального сегмента микрорайона.

3. Исследование и анализ ЭМП, создаваемых фрагментами распределительных сетей различной конфигурации, выделение особенностей фрагментов, * существенно влияющих на структуру и уровни ЭМП.

4. Разработка методики анализа ЭМО над территорией мегаполиса, создаваемой распределительными сетями кабельного телевидения.

5. 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.

4.3. Выводы по главе 4

В настоящем разделе диссертационной работы были объединены предложенные ранее подходы в единую расчетную методику, позволяющую исследовать ЭМП, создаваемые распределительными сетями кабельного телевидения мегаполиса. Разработан алгоритм прогнозирования электромагнитной обстановки на территории с последующей реализацией на ЭВМ.

Для тестирования разработанной методики проведен расчет электромагнитного поля для распределительного сегмента кабельной сети города Тольятти. Полученные результаты свидетельствуют о том, что исследуемый сегмент не удовлетворяет выбранному критерию ЭМС для БРС.

В разделе проведено- сравнение результатов расчета, полученных с использованием разработанной методики, с существующими экспериментальными данными зарубежных авторов.

Сравнение показало, что уровни напряженности электрического поля; полученные расчетными методами, близки к уровням, полученным эмпирическим путем, что позволяет сделать вывод о дальнейшем перспективном использовании разработанной методики анализа ЭМО над территорией с распределительными сетями.

Полученные результаты расчета свидетельствуют о том, что ЭМО над исследуемым сегментом неблагоприятна, с точки зрения принятых критериев ЭМС.

Достоинством разработанной методики является возможность варьирование исходных параметров, к примеру, шага сетки контрольных точек, высоты, на которой необходимо провести расчетное прогнозирование, что затруднено при проведении воздушных измерений.

Методика и результаты, приведенные в настоящем разделе, опубликованы в [77, 79, 81].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Бурное развитие кабельного телевидения привело к тому, что непреднамеренное излучение распределительных сетей кабельного телевидения создало специфическую проблему ЭМС с другими техническими средствами, в частности, с системами аэронавигации [111], основной причиной возникновения которой является совместное использование частотного ресурса обеими системами. Кроме того, распределительные сети кабельного телевидения, простираются на значительных территориях и создают уровни ЭМП существенные с точки зрения проблем ЭМС.

Планом работы над диссертацией предусматривалось разработать методы анализа ЭМП, создаваемых распределительными сетями кабельного телевидения, в целях обеспечения ЭМС с БРС. Разработанный метод должен учитывать топологические особенности распределительных сетей и обеспечивать возможность оценки ЭМО над территорией с точки зрения выбранных критериев ЭМС.

Распределительные сети представляют собой- структуру с ярко выраженной иерархией, что позволило выделить фрагменты (домовые распределительные сети и участки коаксиальных магистралей), для которых были предложены электродинамические модели, позволяющие учитывать степень риска деструктивного воздействия на БРС. Это достигается путем варьирования коэффициента утечки.

В качестве основного критерия ЭМС с БРС принято соответствие нормативно-технической документации, регламентирующей работу технических средств в данном' частотном диапазоне. В частном случае, для распределительных сетей кабельного телевидения уровень, создаваемого ими 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.

В основе расчета ЭМП, создаваемых фрагментами распределительной сети лежит базовая электродинамическая модель коаксиального кабеля, обтекаемого токами утечек. С учетом полученного закона распределения тока были выведены как общие основные соотношения, с* учетом подстилающей поверхности для компонент электромагнитного поля, создаваемого вертикальным и горизонтальным коаксиальным кабелем, так и частные, для расчета в дальней зоне.

В разделе, посвященному исследованию ЭМП, создаваемых фрагментами распределительных сетей, было получено, что коаксиальные магистрали, построенные по радиальной конфигурации, создают меньшие уровни напря-женностей ЭМП, чем магистрали, построенные по древовидной конфигурации." Смешанная-топология создает наиболее сложную интерференционную картину поля за. счет неравномерного распределения'коаксиальных кабелей: Это .объясняет и тот факт, что диаграмма направленности участка коаксиальной'магистрали, построенной' по смешанной топологии, имеет множество игольчатых боковых лепестков с практически равномерной концентрацией энергии по всем угловым направлениям.

Расчеты ЭМП, создаваемых ДРС, подтвердили предположение зарубежных авторов [111] о том, что основной вклад в суммарное поле, создаваемое всей распределительной, сетью, вносят домовые распределительные сети. Результаты* расчетов домовых распределительных сетей различной конфигурации наглядно демонстрируют, что они являются источником электромагнитного поля значительных, с точки зрения проблем электромагнитной совместимости, уровней.

По результатам проведенных исследований ЭМП ДРС сформированы правила для моделирования данного фрагмента распределительной сети.

Разработанный метод анализа ЭМП распределительных сетей кабельного телевидения лег в основу методики анализа ЭМО над территорией с распределительными сетями кабельного телевидения. Ключевым моментом разработанного метода является учет топологических особенностей сети, которые существенно влияют на структуру и уровни ЭМП распределительных сетей.

Все вычислительные процедуры, предложенные в диссертационной работе, реализованы в виде программных модулей, которые в дальнейшем составят основу перспективной автоматизированной системы. На всех этапах работы проведены тестовые расчеты, подтверждающие работоспособность программ.

Результаты диссертационной работы использованы при проведении- в ПГАТИ научно-практических работ по исследованию ЭМП распределительного сегмента сети кабельного телевидения города Тольятти.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированного многими авторами метода суперпозиции полей, и аппаратом аналитической геометрии.

Разработанные методики расчетного прогнозирования использованы в работах по инвентаризации и паспортизации источников электромагнитного излучения города Самары, проводимых в ПГАТИ по договору с Департаментом городского хозяйства и экологии Администрации г. Самары, совместно с муниципальным предприятием Самараинформресурс (тема 24/04/38-Ш-Э/2004, договор от 21 декабря 2004 г).

Разработанные автором методики моделирования, а так же результаты исследования ЭМП реальных объектов внедрены в учебный процесс ПГАТИ и практику дипломного проектирования на кафедре «Электродинамики и антенн».

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены-соответствующими актами.

В заключении автор считает своим приятным долгом выразить глубокую признательность своему научному руководителю д.т.н., профессору Ю. М. Сподобаеву, оказавшему колоссальное влияние на формирование его научных взглядов, а также к.т.н., доценту Маслову М. Ю. за всестороннюю поддержку на всех этапах работы, за ряд оригинальных идей и ценных замечаний по материалу диссертации.

1. Айзенберг, Г. 3. Антенны ультракоротких волн / Г. 3. Айзенберг, М.: Связьиздат, — 1957. - Т.1. - 703 с.

2. Айзенберг, Г. 3. Коротковолновые антенны / Г.З.Айзенберг,.-С. П. Белоусов, Э. М. Журбенко; под ред. Г.З. Айзенберга. 2-е, перераб. и доп. — М.: Связьиздат, 1985. - 536 с.

3. Айзенберг, Г.З. Коротковолновые антенны / Г.З. Айзенберг. — М.: Связьиздат, 1962-815 с.

4. Анго, А. Математика для электро- и радиоинженеров / А. Анго. М.: Наука, 1962 г. - 656 с.

5. Андреев, В. А. Измерения на кабельных линия связи: Учебное пособие для ВУЗов / В. А. Андреев, Б. В. Попов, А. А. Воронков, А. Н. Платонов); под ред. В. А. Андреева. Самара: СРТТЦ ПГАТИ, 2002. - 156 с.

6. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн: Учебник для вузов / Г. А. Ерохин, Г. А. Чернышев, Г. А. Козырев , В. Г. Кочержевский; Под ред. Г. А. Ерохина. 2-е изд., испр. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 491 с.

7. Антенны для радиосвязи и радиовещания. Ч. 1. Коротковолновые антенны / С. П. Белоусов , Р. В. Гуревич , Г. А. Клигер , В. Д. Кузнецов М.: Связь, 1978. -136 с.

8. Бахвалов, Н. С. Численные методы / Н. С. Бахвалов, П. П. Жидков, Г. М. Кобельков. 3-е изд., доп. и перераб. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 636 с.

9. Белоусов, С. П. Анализ проволочных фидерных линий / С. П. Белоусов, И. Т. Говорков, Р. В. Гуревич, Г. А., Клигер, В. Д. Кузнецов // Электросвязь. 1975. -№ 5.

10. Белоусов, С. П. Анализ проволочных вибраторов / С. П. Белоусов, Г. А. Клигер // Труды НИИР. № 3. - 1982. - С. 5-9.

11. Благовещенский, Д. В. Радиосвязь и электромагнитные помехи / Д. В. Благовещенкий: Учеб. пособие. Спб.: СпбГУАП., 2002. - 70 с.г

12. Брауде, Л.Г. Использование сетчатых моделей для расчета входных сопротивлений самолетных антенн декаметрового диапазона волн / Л. Г. Брауде // Труды НИИР. № 3, 1989. - С. 79-82.

13. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. 13-е изд., исправ- „ ленное. -М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 544 с.

14. Бузов, А. Л. Антенно-фидерные устройства: технологическое оборудование и экологическая безопасность. / А. Л. Бузов, Л. С. Казанский, А. Д. Красильников, В. В. Юдин и др; под ред. А. Л. Бузова М.: Радио и связь, 1998.-221 с.

15. Бузов, А. Л. Моделирование электромагнитных полей, возникающих за счет антенного эффекта технических средств в закрытых помещениях / А. Л. Бузов, М. Ю. Маслов // Антенны и электродинамика СВЧ. 2002. - № 7. - С. 9-12.

16. Бузов, А. Л. Электродинамические методы анализа проволочных антенн / А. Л. Бузов, Ю. М. Сподобаев, Д. В. Филлипов, В. В. Юдин; под ред. В. В. Юдина-М.: Радио и связь, 1999. 78 с.

17. Бузов, А. Л. Электромагнитная экология. Основные понятия и нормативная база / А. Л. Бузов, Ю. М. Сподобаев. -М.: Радио и связь, 1999. 78 с.

18. Буряк, В. Г Устройство развязки по синфазной волне для передатчиков" типа ПКВ-500 / В. Г. Буряк, Р. В. Гуревич, Г. А. Клигер, В. И. Комиссаров // Электросвязь. 1988. - № 1.

19. Вене, Э. Ф. Влияние электромагнитных полей на экранированные кабели / Э. Ф. Вене. М.: Радио и связь, 1982. - 182 с.

20. Витевский, В. Б. Кабельное телевидение / В. Б. Витевский, А. П. Коновалов, В. П. Кубанов; под ред. В. Б. Витевского. М.: Радио и связь, 1994.- 195 с.

21. Витевский, В. Б. Электромагнитные волны в технике связи: Учеб.пособие для вузов / В. Б. Витевский, Э. А. Павловская. — М.: Радио и связь, 2005. — 236 с.

22. Волков, С. В. Сети кабельного телевидения. / С. В. Волков М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 616 с.

23. Вычислительные методы в электродинамике / под ред. Р. Митры; пер. с англ.; под. ред. Э. JI. Бурштейна. М.: Мир, 1977. - 487 с.

24. Гальперович, Д. Я. Радиочастотные кабели / Д. Я. Гальперович, А. А. Павлов, Н. Н. Хренков. -М.: Энергоатомиздат, 1990.-256 с.

25. Гринберг, Г. А. Основы точной теории волнового поля линий передачи. — ЖТФ. 1954. - т. XXIV, №1.

26. ГОСТ 11001-80 (СТ СЭВ 502-77). Приборы для измерения индустриальных радиопомех. Технические требования и методы измерения.

27. ГОСТ 13661-72. Электрические фильтры для подавления радиопомех. Методы измерения вносимого затухания.

28. ГОСТ 14777-76. Радиопомехи индустриальные. Термины и определения.

29. ГОСТ 16842-82 (СТ СЭВ 784-77). Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний источников радиопомех.

30. ГОСТ 19705-81. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов: Классификация.

31. ГОСТ 23450-79. Радиопомехи индустриальные от промышленных, научных и медицинских высокочастотных установок. Нормы и методы измерения.

32. ГОСТ 23611-79. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Термины и определения.

33. ГОСТ 23872-79. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Номенклатура параметров и классификация технических характеристик.

34. ГОСТ Р 52023-2003. Сети распределительные.систем кабельного телевидения. Основные параметры. Технические требования. Методы измерения и испытаний. Введ. 01.07.2003. -М.: Изд-во стандартов, 2003.

35. Гроднев, И. И. Коаксиальные кабели связи / И. И. Гроднев, П. А. Фролов. 2-е изд., - М.: Радио и связь, 1983. - 208 с.

36. Гроднев, И. И. Линии связи: Учебник для вузов / И. И. Гроднев, С. М.Верник, JI. Н. Кочановский; под ред. Кочановский JI. Н. 6-е изд., перераб. и-*" доп. - М.: Радио и связь, 1995. - 488 с.

37. Гроднев, И. И. Электромагнитное экранирование в широком диапазоне частот / И. И. Гроднев. М.: Связь, 1972. - 111 с.

38. Гудман, С. Введение в разработку и анализ алгоритмов / С. Гудман, С. Хидетниеми; пер. с англ. под ред. В. В.Мартынкжа. -М.: Мир, 1981. 368 с.

39. Гуськов, В. А. Особенности проектирования современных широкополосных сетей/ В. А. Гуськов // Кабельщик 2007.- №8 (22). - С.26-30.

40. Демирчан, К. С. Машинные расчеты электромагнитных полей / К. С. Демирчан, В. JI. Чечурин В. М., Высшая школа, 1996. - 456 с.

41. Захаров, В.М. Узкое место широкополосных сетей // Кабельщик. 2006. -№08.-С. 21-22.

42. Зима, 3. А. Системы кабельного телевидения / 3. А. Зима, И. А. Колпаков, А. А. Романов, М. Ф. Тюхгин. М.: Изд. МГТУ им. Баумана, 2004. - 599 с.

43. Ионов, А. Д. Линии связи / А. Д. Ионов, Б. В. Попов. М.: Радио и связь, 1990.-167 с.

44. Ионов, А. Д. Линии связи: Учебник для вузов. / А. Д. Ионов, Б. В. Попов -М.: Радио и связь, 1990. 168 с.

45. Казанский, Л.С. Антенно-фидерные устройства декаметрового диапазона— и электромагнитная экология / Л. С. Казанский, В. А. Романов. М.: Радио и связь, 1996.-270с.

46. Кинг, Р. Антенны в материальных средах. В 2-х кн. / Р. Кинг, Г. Смит;пер. с англ. под ред. В.Б. Штейншлейгера. М.: Мир, 1984. - 824 с.

47. Князев, А. Д. О классификации электромагнитных помех / А. Д. Князев, И. В. Сапунов//Радиотехника,-1976.- Т.31.-№6.- С.106-109.

48. Князев, А. С. Инженерный расчёт сопротивлений линейных проводов с учётом влияния реальной земли / А. С. Князев // Радиотехника. 1960. - № 9. -С. 70-75.

49. Кольчугин, Ю. И. Разработка методик расчета, измерений и исследование электромагнитных полей вблизи антенн сотовой и подвижной связи: дис. . канд. техн. наук: 05.12.07 / Ю. И. Кольчугин. Самара, 1998. - 220 с.

50. Корбанский, И. Н. Антенны: Учеб. пособие для вузов / И. Н. Корбанский. М.: Энергия, 1973. - 336 с.

51. Корн, Г. Справочник по математике / Корн Г., Корн Т. М.: Наука, 1968.-720 с.

52. Крылов, Г. Н. Методы вычисления" электромагнитного поля над плоской землей с конечной проводимостью / Г. Н. Крылов // Вопросы радиоэлектроники. 1962. - Серия XII, 1962. С. 3-27.

53. Кубанов, В. П. Основы электромагнитной экологии / В. П. Кубанов, Ю. М. Сподобаев. М.: Радио и связь, 2000. - 240 с.

54. Лавров, Г. А. Приземные и подземные антенны / Г. А. Лавров, А. С. Князев. — М.: Советское радио, 1965. 472 с.

55. Лапчик, М. П. Численные методы: Учеб. пособие для студ. вузов /. М. П. Лапчик, М. И. Рагулина, Е. К. Хеннер; под ред. М. П. Лапчика. М.:

56. Издательский центр «Академия», 2004. 384 с.

57. Лапчик, М. П. Численные методы:-, Учеб. пособие для студ. вузов / М. П. Лапчик, М. И. Рагулина, Е. К. Хеннер; под ред. М. П. Лапчика. М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 384 с.

58. Мак-Кракен, Д. Численные методы и программирование на ФОРТРАНе / Д. Мак-Кракен, У. Дорн. М.: Мир, 1969. - 583 с.

59. Маслов, М. Ю. Анализ поля излучения сети кабельного телевидения микрорайона / В. А. Ружников, Ю. М. Сподобаев// Вестник СОНИИР 2006. -№2 (12). - С. 67-69.

60. Маслов, М. Ю. Исследование электромагнитных полей в помещениях для целей электромагнитной и информационной безопасности: дис. . канд. техн. наук: 05.12.07 / М. Ю. Маслов Самара, ПГАТИ. 2003. - 244 с.

61. Маслов, М. Ю. Численный анализ электромагнитной обстановки в офисном помещении / М. Ю. Маслов // Вестник СОНИИР 2004. - №1-С. 162- 168.

62. Маслов, М. Ю. Численный анализ ЭМП домовой распределительной сети КТВ / В. А. Ружников, Ю. М. Сподобаев // Вестник СОНИИР -2006. №1 (11). - С. 65-69

63. Маслов, М.Ю. Моделирование электромагнитных полей в помещениях с полупроводящими стенками / М. Ю. Маслов // Вестник СОНИИР 2002. -№ 1. — С.20-22.

64. Маслов, О. Н. Вероятностное моделирование последствий непороговых электромагнитных воздействий / О. Н: Маслов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы 1998. - Т.1. - №4. - С.30- 34.

65. Маслов, О. Н. Электромагнитная безопасность радиоэлектронных средств / О. Н. Маслов. М.: МЦНТИ, - Серия «Связь и бизнес». - 2000. - 82 с.

66. Межведомственные требования "Нормы летной годности самолетов". НГЛС-2 "Оборудование самолетов". Издание МВК НГЛ СССР, 1974 г.

67. Михайлов, М. И. Защита кабельных линий связи от влияния внешних электромагнитных полей / М. И. Михайлов, JI. Д. Разумов.- М.: Связь, 1967. — 344 с.

68. Никольский В. В. Математический аппарат электродинамики / В. В. Никольский. М.: Наука, 1973. - 151 с.

69. Никольский В.В Электродинамика и распространение радиоволн / В. В. Никольский, Т. И. Никольская. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1989. -544 с.

70. Общесоюзные нормы допускаемых индустриальных радиопомех (нормы 1-72-9-72).-М.: Связь, 1973.

71. Общесоюзные нормы допускаемых индустриальных , радиопомех. Промышленные, научные, медицинские и бытовые высокочастотные установки.-Допускаемые величины и методы испытаний (нормы 5Б-80). М.: Радио и связь, 1981.

72. Общесоюзные нормы на уровни побочных излучений радиопередатчиков всех категорий и назначений (гражданских образцов).- М.: Связь, 1972.

73. Регламент радиосвязи. Международный союз электросвязи. Генеральный Секретариат,- М.: Изд. «Связь». 1990. - 824 с.

74. Реушкин, Н.А. Системы коллективного телевизионного приема / Н. А. Реушкин. М.: Радио и связь, 1992. - 168 с.

75. Ружников, В. А. Деструктивное воздействие- распределительных сетей кабельного телевидения /В. А. Ружников //Материалы VII международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций». Самара, ПГАТИ, 2006. - С. 295- 298.

76. Ружников, В. А. Особенности учета подстилающей поверхности в различных программных пакетах электродинамического моделирования проволочных антенн / В. А. Ружников, Ю. М. Сподобаев // Материалы X Российской НК. Самара, ПГАТИ, 2003. - С. 114.

77. Ружников, В. А. Численный анализ излучения распределительных сетей кабельного телевидения / В. А. Ружников // Сборник трудов ХШ международной научно-технической конференции. Радиолокация, навигация, связь, Т.З Воронеж, 2007.-С. 2085-2095.

78. Ружников, В. А. Электродинамическое моделирование открытых линий передачи с помощью 4пес2 / В. А. Ружников; Ю. М. Сподобаев // Инфокоммуника-ционные технологии. 2004. - №4. - Том 1. - С.58- 62. <>

79. Советов Б. Я. Моделирование систем / Б. Я. Советов, С. А. Яковлев: учеб. пособ. для вузов; 3-е изд. перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2001. - 343 с.

80. Содин, JI. F. Параметры антенн, размещённых над полупроводящей плоской поверхностью раздела / JI. Г. Содин // Известия ВУЗов, Радиофизика. Т. XI.- 1968.-№ 1.-С. 21-26.

81. Содин, JI. Г. Энергетические характеристики антенн, расположенной вблизи границы раздела / JI. Г. Содин. В кн. Антенны; вып. 22. М: Связь, 1974.1. С. 18-22.

82. Содин, Л.Г. Параметры горизонтального вибратора, размещённого над полупроводящим пространством / Л. Г. Содин. В кн. Антенны вып. 24. М: Связь, 1976.-С. 26-30.

83. Сподобаев, Ю. М. Проблемы электромагнитной экологии / Ю. М. Сподобаев. М.: Радио и связь, 2000. - 239 с.

84. Тартаковский, Л.С. Излучение диполя над плоской однородной землёй / Л. С. Тартаковский // Радиотехника. 1959. - Т.14. - № 8. - С. 63-68.

85. Тартаковский, Л.С. Поле произвольно ориентированного диполя, расположенного над плоской однородной землёй / Л. С. Тартаковский // С61 трудов НИИ, 2(16). 1959. - С. 72-84.

86. Тартаковский, Л.С. Область применимости формулы Зоммерфельда / Л. С. Тартаковский// Радиотехника: 1964. - № 11. - С. 77-81.

87. Тартаковский, Л.С. Точные расчётные формулы напряжённости поля вибратора, расположенного над плоской однородной землёй конечной проводимости / Л. С. Тартаковский // Радиотехника. 1984. - № 9: - С. 92-95.

88. Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость радиосистем. Учебн. Пособие / под ред. д.т.н., проф. М.А. Быховского. — М.: Эко-Трендз; 2006. 376 с.

89. Шимони, К. Теоретическая электротехника / К. Шимони; перевод с нем. под ред. К. М. Поливанова М.: Издательство «МИР», 1964. - 773 с.

90. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. В 3-х вып. Выпуск 1: Общие вопросы ЭМС.

91. Межсистемные помехи./ Сост. Д. Р. Ж. Уайт; пер с англ. под ред. А. И. Сапгира; послесл. и ком. А. Д. Князева. М.: Сов. Радио. - 1977. - 352с.

92. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. В 3-х вып. Выпуск 3: Измерение электромагнитных помех и измерительная аппаратура / Сокр. пер. с англ. под ред. А. Д. Князева. М.: Сов. Радио, 1979. - 464 с.

93. Электромагнитные поля в окружающей среде. Расчет электромагнитных полей распределительных и оконечных устройств сетей энергосбережения (региональный нормативно-методический документ). Самара: 2005. - 57 с.

94. Черномордик, Д. А. Анализ ближних полей излучателей и методов измерения напряжённости поля индустриальных радиопомех: дис. канд.техн.наук: / Д. А. Черномордик Москва, НИИР, 1975. - 220 с.

95. Черномордик, Д. А. Расчёт напряжённости ближнего» поля горизонтальной антенны над землёй / Д. А. Черномордик // Труды НИИР. 1971. - № 3. -С. 95-98.

96. Юдин, В. В. Разработка и программная реализация эффективных численных методов электродинамического анализа антенн диапазона. ОВЧ.: дис. канд. техн.наук: / В. В. Юдин Самара, 1995. - 250 с.

97. Basic Signal Leakage Performance Report Электронный документ. -Режим доступа: http://www.fcc.gov/mb/engineering/index.html

98. Burke G. J. and Poggio A. J. Computer Analysis of the Twin-Whip Antenna, UCRL-52080, Lawrence Livermore Laboratory, CA, June 1,1976. p. 22.

99. CLI RF Signal-Leakage Booklet Электронный документ. Режим доступа:http.V/www.jdsu.com/testandmeasurement/technicaljresources/productdocimients/ma nual/clijrfleakagebook-let.pdf.

100. CLI-1450/1750 Электронный документ. Режим доступа: http://www.vilcom.ru/catalog/?action=shwprd&id=l 12.

101. County Cable Report Электронный документ. Режим доступа: www.testtecheurope.com/CountyCableReport.pdf.

102. ЕСС report on PLT, DSL, cables communications (including cable TV), LANs and their effect on radio services. Cavtat, 2003 -250 p.

103. Europe. Режим доступа: http://www.testtecheurope.com/htinl/europe.html

104. European Standard CENELEC. Cabled distribution system for television,' sound and interactive multimedia signals. Geneva, 1998.

105. INTERNATIONAL IEC STANDARD 60728-12 First edition 2001-02 . Cabled distribution systems for television and sound signals. Part 12: Electromagnetic compatibility of systems.

106. Mark Deckman. Private Cable And Signal Leakage Электронный документ. Режим доступа: http://www.broadbandproperties.com/2004%20issues/Jan

107. Searcher Plus Электронный документ. Режим доступа: http://trilith-ic.com/broadbandinstruments/leakageequipment/searcherplus.html? PHPSESSID==puvar8gnou£28okau2qe2ek430.

108. Signal Leakage. Leakage Equipment Applications Электронный документ. — Режим доступа: http://www.trilithic.com/media/broadbandinstruments/ applicationnotes/leakageapplications.pdf

109. Sunde, E. D. Earth Conduction Effects in Transmission Systems. 2nd edition / E. D. Sunde. New York: Dover. - 1968. - 373 p.

110. Tells you how to comply Электронный документ. Режим доступа: http://www.fcc.gov/csb/aeronaut.html

111. Articles/2feature-article l-04.pdf.

112. Tsaliovich A. Cable Shielding for Electromagnetic Compatibility / A. Tsaliovich, Van Nostrand Reinhold. 1995. - p. 350.