Меню

Как рассчитать плотность потока мощности

Как рассчитать плотность потока мощности

При проектировании антенных сооружений желательно заранее оценить уровни напряженности электрического поля. Хотя бы для того, чтобы не получить неприятную неожиданность по результатам измерений. Напряженность электрического поля в дальней зоне антенны связана с мощностью передатчика, усилением антенны и расстоянием от антенны следующим образом:

Е – напряженность электрического поля, вольт на метр;

P – мощность на входе антенны, ватт;

Ga – усиление антенны по мощности в разах (а не в децибелах) в заданном направлении, берется из диаграммы направленности антенны;

D – расстояние от антенны в метрах

Произведение P•Ga называется эффективной излучаемой мощностью. Она зависит от направления, т.к. усиление антенны изменяется от углов (диаграмма направленности антенны). Зависимости напряженности поля от эффективно излучаемой мощности и расстояния от излучателя показаны на рис. 1.1.1. Обратите внимание, что номограммы рис. 1.1.1 относятся только к дальней зоне и не применимы в ближней (реактивной) зоне антенны.
Рис. 1.1.1.

Плотность потока мощности в дальней зоне может быть вычислена по следующей формуле:

S – плотность потока мощности, мВт/см 2 ;

P – мощность на входе антенны, ватт;

Ga – усиление антенны в разах (а не в децибелах) в заданном направлении, берется из диаграммы направленности антенны;

D – расстояние от антенны в метрах

Зависимости плотности потока мощности от эффективно излучаемой мощности и расстояния от излучателя показаны на рис. 1.1.2. Обратите внимание, что номограммы рис. 1.1.2 относятся только к дальней зоне и не применимы в ближней (реактивной) зоне антенны.
Рис. 1.1.2.

Передатчик сотовый станции GSM1800 мощностью 20 Вт работает на антенну с усилением 17 dBi, что составляет 50 раз (типичные значения для базовой станции). Значит эффективная излучаемая мощность в направлении главного лепестка 20•50 = 1 кВт. На расстоянии 30 м плотность потока мощности составит 20•50/(40•3,14•900) = 8,8 мкВт/см 2 .

Часто возникающая практическая задача – определить на каком расстоянии от данной антенны выполняются требования по лимитам FCC. Рассмотрим ее решение на примере радиолюбительских антенн.

Для коротковолнового передатчика мощностью 1 кВт построены графики рис. 1.1.3 (персонал) и 1.1.4 (население). По горизонтальным осям отложено усиление антенны (не максимальное, а текущее, для данного направления, берется из диаграмм направленности антенны), по вертикальным – безопасное расстояние в соответствии с требованиями таблиц 1.1.3 и 1.1.4 (нормы поля по FCC для обученного персонала, понимающего, что он находится в электромагнитном поле, и для ничего не подозревающего населения, соответственно). Передатчик предполагается непрерывно излучающим полную мощность. Построены кривые для всех девяти любительских КВ диапазонов. Данные рис. 1.1.3 и 1.1.4 относятся только к дальней зоне и не применимы в ближней (реактивной) зоне антенны.
Рис. 1.1.3.
Рис. 1.1.4.

Читайте также:  Высота плотины гидроэлектростанции составляет 16 м мощность водяного потока 4 мвт

Пользование номограммами рис. 1.1.3 и 1.1.4 несложно:

  • По диаграмме направленности антенны выбираете усиление.
  • Поднимаясь по этому усилению вверх до пересечения с кривой нужного диапазона, на горизонтальной оси считываете допустимое расстояние.
  • Считаете среднюю мощность, излучаемую передатчиком за 6 минут для персонала (рис. 1.1.3) или 30 минут для населения (рис. 1.1.4). Изменяете полученную из графика цифру безопасного расстояния в корень из отношения вашей средней мощности к киловатту (для которого построен график).

Допустим, мы имеем SSB передатчик 500 Вт с микрофонным компрессором. Средняя мощность при работе такого компрессора составляет половину максимальной (это очень хороший компрессор), то есть 250 Вт. Отношение времени передачи к общему времени составляет 1:4 (типичное значение). Мы работаем в диапазоне 14 МГц на антенну «тройной квадрат» на высоте 8 м над землей. В таких условиях антенна имеет максимальное усиление 12 dBi (из результатов моделирования с учетом отражения от земли).

По графикам рис. 1.1.4 находим, что населению не стоит находиться к нашей антенне ближе 19 м. Это если в антенне киловатт непрерывной передачи. А у нас средняя мощность передатчика 250 Вт делится еще вчетверо исходя из того, он работает только четверть времени. Итого имеет 250/4 = 62,5 Вт. Это в 16 раз меньше киловатта, значит найденные 19 м надо разделить на 4. Итого, безопасное расстояние для населения в нашем случае составляет 19/4 = 4,75 м. Таким образом, при мачте 8 м вы можете ни о чем не волноваться. И окружающее население – тоже.

RTTY передатчик 1000 Вт, диапазон 28 МГц, передатчик работает половину времени 1:2 (например, телетайпный контест). Антенна тоже с усилением 12 dBi.

По графикам рис. 1.1.4 получаем расстояние 40 м. Наша средняя мощность 500 Вт, значит, уменьшаем расстояние в 1,4 раза. Получаем 28 м. Это означает, что если ваша антенна светит в окна соседнему дому, стоящему ближе 28 м, то надо что-то менять. Или уменьшать мощность, или отворачивать антенну, чтобы в направлении того дома усиление стало бы не 12 dBi, а меньше, или поднимать антенну повыше.

На рис. 1.1.5 (персонал) и 1.1.6 (население) построены аналогичные график для радиолюбительских УКВ диапазонов и непрерывно излучающего передатчика 100 Вт. Пользование этими рисунками точно такое же, как и описано выше для КВ.
Рис. 1.1.5.
Рис. 1.1.6.

Источник



Условные параметры плотности потока мощности

Плотность потока мощности как контрольная функция упрощает расчет мощности системы, пока мы не рассматриваем все параметры, которые влияют на плотность потока мощности. Их можно разделить на две категории: параметры системы и параметры процесса и материала.

Читайте также:  Производственная мощность кухни это

Параметры системы определяются конструкцией установки для обработки коронным разрядом и машины. Наиболее очевидные из них — мощность блока питания (кВт) и размер установки (ширина полотна). Плотность потока приложенной мощности прямо пропорциональна мощности блока питания в ваттах и обратно пропорциональна размеру установки (ширине полотна) в метрах. Это означает, что при увеличении ширины полотна в два раза для сохранения требуемой плотности потока мощности необходимо вдвое увеличить мощность блока питания. Эта простая зависимость усложняется двумя факторами: скоростью поточной линии и способностью электрода выдерживать определенный уровень приложенной мощности.

Каждый тип электродов, будь то проволочный, стержневой, пластинчатый или керамический, имеет верхний предел мощности, которую он может выдерживать в расчете на единицу длины. Если при достижении определенной плотности потока мощности мощность блока питания начинает превышать максимальную мощность электрода, необходимо добавить дополнительные электроды. Кроме того, увеличение количества необходимых электродов может привести к увеличению диаметра валика установки. Оба эти фактора могут увеличить физические размеры и стоимость установки, необходимой для данного применения.

Скорость поточной линии — второй параметр системы, который усложняет расчет мощности. В любой системе чем выше скорость линии, тем ниже максимальное значение плотности потока мощности, которого можно достичь. Будучи обратно пропорциональной плотности потока мощности, скорость линии оказывает существенное влияние на мощность и стоимость системы.

Параметры материала и процессаопределяются условиями материала и процесса. Наиболее очевидные из них — состав материала-основы и тип процесса (экструзия, экструзионное покрытие, печать и т. д.) Если подробно анализировать эти факторы, их влияние на мощность установки становится чрезвычайно сложным.

Начнем с состава материала-основы и предположим, что все материалы без добавок. Для большинства материалов характерен некоторый диапазон типичных значений поверхностного натяжения (см. таблицу). Различные значения поверхностного натяжения конкретного материала можно объяснить несколькими факторами, как, например, метод изготовления (выдувная пленка или литая), колебания температуры экструдера во время экструзии, тип и количество примесей, которые всегда присутствуют в пленке даже самого высокого качества. Если данный материал обрабатывается при определенной плотности потока мощности, его поверхностное натяжение увеличивается. Однако и конечное полученное поверхностное натяжение, и величина приращения зависит от начального поверхностного натяжения материала. Например, воздействие на ПЭТ с поверхностной энергией 41 дин/см2 потоком с плотностью мощности 1,2 может увеличить энергию материала до 46 дин/см2, но воздействие таким же потоком на ПЭТ с поверхностной энергией 44 дин/см2 повысит ее только до 48 дин/см2. Хотя конечный уровень энергии выше, чем во втором случае, величина приращения меньше из-за более высокого начального уровня. Кроме того, введение добавок изменяет реакцию материала на обработку коронным разрядом. Влияние добавок мы обсудим ниже.

Читайте также:  Как узнать мощность симистора

Рис. 1. Схема обработки экструзионных материалов

Различные материалы или субстраты по-разному реагируют на обработку коронным разрядом. Ряд материалов, например, некоторые полиэстеры, легко поддается обработке и демонстрирует быстрый рост поверхностного натяжения при сравнительно низкой плотности потока мощности — от 0,9 до 1,2. Другие материалы, например, полиэтилен, обрабатываются сложнее, но демонстрируют значительное увеличение поверхностного натяжения при средних уровнях плотности потока мощности — 2,0–2,5. Наконец, третьи материалы, например, полипропилен, с трудом поддаются обработке и могут показать лишь незначительное увеличение поверхностного натяжения при сравнительно высокой плотности потока мощности — от 2,5 до 3,0. Кроме того, изменение реакции материала на обработку коронным разрядом связано с различиями в параметрах процесса. Понятно, что экструзия, нанесение покрытий экструзионным методом и экструзионное ламинирование требуют различных уровней обработки для достижения приемлемого качества продукта и уровня производительности. Однако менее очевидно, что нанесение покрытия экструзионным методом на какой-нибудь полимер (скажем, ПЭТ) вызовет совершенно иную реакцию субстрата на последующую обработку, нежели в случае, когда тот же полимер будет подвергнут экструзионному литью. Еще один фактор, значительно увеличивающий необходимую плотность потока мощности — сочетание экструзионного литья с растягиванием на раме.

В этих случаях различия в реакции на обработку коронным разрядом обусловлены следующими факторами:

· отклонениями в молекулярной структуре в результате процесса экструзии;

· температурой материала в момент подачи на установку для обработки коронным разрядом;

· расположением установки для обработки коронным разрядом по отношению к месту проведения экструзии.

Литые пленки очень слабо реагируют на обработку коронным разрядом. Причина этого — молекулярная структура, температура субстрата и расположение установки для обработки. В этой ситуации пленка проходит экструдер (отливается на охлаждающий цилиндр), а затем до намотки может быть подвергнута растягиванию в двух направления (по двум осям при нагревании).

Обработку коронным разрядом можно применить сразу после охлаждающего цилиндра либо на теплую, либо на холодную сторону пленки (рис. 1).

В случае ориентированной или двусторонне ориентированной пленки установку для обработки коронным разрядом можно разместить после установки для ориентирования. Для каждого случая указаны значения плотности потока мощности (Wd). Однако абсолютное значение плотности потока мощности не такой информативный показатель, как относительные различия между значениями, указанными для каждого местоположения.

При обработке выдувных пленок существуют аналогичные различия в необходимом уровне обработки в зависимости от расположения установки и температуры пленки в момент подачи на установку.

Источник