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電波防護指針の計算してます。

1日1バンドを目標に電波防護指針の
合否に纏わる計算をしています。
こんな感じかな。

50MHz 6素子八木アンテナ

条件
地上高 18m
送信出力 1KW
給電線・フィルタ総合損失 -1.7dB 実測

リアルグラウンドにおける諸元
中心周波数 50.075MHz
利得 17.51dBi 15.36dBb
fo VSWR 1.0
仰角 4.7°

自由空間における空中線利得 11.90dBi 9.75dBd

計算例 (俯角5°)
 * 電波防護のための基準への適合確認プログラムによる計算

項目 諸元等 単位
周波数 54.0000 MHz
送信機出力 1000.00 W
給電線等損失 1.7 dB
空中線入力電力 676.0830 W
空中線利得 9.8 dB
空中線電力電力比率 9.4406 倍
算出地点までの距離 114.7 m
反射係数 4.00
電界強度基準値(~30MHz) V/m
電力束密度基準値(30MHz~300GHz) 0.2000 mW/c㎡
電界強度算出値(3MHz~30MHz,反射考慮) V/m
電力束密度算出値(30MHz以上,反射考慮) 0.0154 mW/c㎡
電界強度算出値(30MHz未満,反射無視) V/m
電力束密度算出値(30MHz以上,反射無視) 0.0039 mW/c㎡
基準値=算出値となる距離(反射考慮) 31.8721 m
基準値=算出値となる距離(反射無視) 15.9360 m
判定(反射考慮) ○
判定(反射無視) ○
* 条件が厳しくなる54MHzで計算
* 俯角減衰量はアンテナ利得として換算
* 以降各俯角によるアンテナ利得で同様に計算(計算は省略)

俯角における空中線利得

 

俯角 空中線利得 空中線利得 算出点距離 必要距離 合否
(°) (dBi) (dBd) (m) (m) ○/☓
90 -10.21 -12.36 -18.00 -2.50
80 -1.39 -3.54 18.28 6.90
70 -0.27 -2.42 17.16 7.85
60 -3.88 -6.03 18.78 5.18
50 -9.72 -11.87 21.50 2.64
40 1.95 -0.20 15.56 10.14
30 8.77 5.22 20.00 18.92
20 9.89 7.74 29.24 25.29
10 10.95 8.80 57.59 28.57
5 11.47 9.32 114.74 30.33
0 11.9 9.75 >120 31.87

*算出点距離 俯角により到達する点と空中線との距離
 高さ/sainnθ により算出
*70°から50°までは渡り廊下、40°から5°までは
 校舎が対象となる。
 廊下および3F床面に2mを加算した高さまでの距離とする。
*必要距離 基準値=算出値となる距離(反射考慮) を記載
*計算に多少の誤差を生じてもマージンが確保されているため、
 自己診断は合格とする。

実際に基づいたアンテナを自由空間で計算しなおし
俯角減衰量を加味した空中線利得(dBd)をシミュレータの
パターン図から取り出したもので計算し合格に必要な
距離を出します。
アンテナ直下は地面ですが、傍には渡り廊下や校舎があり
特に3階建ての校舎は床面高6m+2m=8mとしています。
アンテナは地上高18mなのでその差は10m。
俯角40°から校舎が対象になるなら 10÷sin40 で 
15.557238269m≒15.56mの距離となります。
俯角40°の減衰量は-9.95dBですので、0°が9.75dBdの
アンテナでは-0.2dBdの利得となりますます。
これを計算式用フォームに入力して計算させると、必要距離は
10.14mと出ますので反射考慮(6dBupで距離2倍)でも十分合格範囲です。

なにが時間がかかるのかというと、各俯角に対する対象が
アンテナ位置・高さにより異なるので、平面・立面図から
拾って角度別に計算していることです。

で、現在高い方の50MHzから18MHzまでを終わらせました。
ビームアンテナは50・28・24・18・10MHz帯の5本で
残りのバンドはエンドフェッドのマルチバンドワイヤー
アンテナですが、実はコイツがなかなか難しい。
λ/2を超え、例えば2λとなる周波数では電流の腹が
4つ出来て、パターンはローブが8個となり、左右対照、
上下対照で羽を広げた蝶々みたいな格好になります。

難しいのはシミュレータで計算させるときにエレメント方向を
変えると計算結果が全く別物となってしまうのです。
つまり複数のローブが様々な特徴を持つということですから
いろいろなエレメントの張り方で計算させ、その中から
最悪の条件で合否判定をすることになります。
また複数のバンドのアンテナをスタックにした場合は
実情に即したスタックの状態で計算しています。
つまり・・・時間がかかるということです。

周波数も最悪の条件で計算させます。
50MHz帯のアンテナはfoを50.075とし50〜50.15までしか
考えていないものをデザインするので、実際には絶対
出られないのですが、フォームへ入力するのはどのバンドでも
最高周波数で、50MHz帯なら54MHzとしています。
高い周波数ほど距離が必要なので54MHzが最悪条件です。
これは実際の運用時にはマージンとなります。

また拙生流の一番大きなマージンは、必ず許容範囲である
1KW+20%の1200Wで計算させても合格することとしています。
これに合格しなければアンテナ高を変更するとか
使用同軸ケーブルが10DFBなら10D2Vに変更して損失を故意に
大きくするとかで逃げるのですが、今のところ否となった
アンテナはありません。

明日は14MHz帯をやっつけますね。

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