Die IEEE hat Standards für die Exposition gegenüber HF-Energie festgelegt, die die maximal zulässige Menge und Dauer der Exposition für Personal in kontrollierten und unkontrollierten Umgebungen definieren. Der Standard für die maximal zulässige Exposition (MPE) kann im Dokument IEEE C 95.1-2005 im Detail eingesehen werden; der Begriff MPE entspricht dem Begriff Permissible Exposure Limit (PEL) in der vorherigen Version des Standards und in anderen Dokumenten und Standards. Das X3D-Modell von Wireless InSite kann verwendet werden, um abzuschätzen, ob eine bestimmte stationäre oder bewegliche EM-Quelle mit hoher Leistung eine Gefahr für das Personal darstellen kann. Diese Informationen sind entscheidend für die Planung von Szenarien, in denen Hochleistungsquellen eingesetzt werden. Wireless InSite kann Zonen innerhalb der Szene vorhersagen, die als Strahlungsgefahrenzonen gelten.
Wireless InSite bestimmt den MPE-Wert durch direkte Berechnung der von der Norm verwendeten EM-Größen. Es berechnet den Grad der Exposition auf der Grundlage der spezifischen Schwellenwerte für die Frequenz der Quelle, den angegebenen Umgebungstyp und die Expositionszeit. Da die MPE-Norm eine Expositionszeit beinhaltet, berücksichtigt Wireless InSite zwei mögliche Arten von Quellen: eine einzelne stationäre Quelle und eine sich bewegende Quelle (Trajektorie). Die Geschwindigkeit, mit der eine sich bewegende Quelle die Szene durchquert, kann einen spürbaren Einfluss auf die von den Empfängern in der Szene gemeldeten Expositionswerte haben. Bewegt sich ein Sender beispielsweise mit 1m/s, ist die Exposition in dem Gebiet höher als bei einer Bewegung mit 10m/s. Die langsamere Geschwindigkeit führt zu einer längeren Zeitspanne, in der die Felder der Antenne mit dem Untersuchungsgebiet interagieren.
In diesem Beispiel wird beschrieben, wie Sie ein MPE-Berechnungsszenario in Wireless InSite einrichten, den interessierenden IEEE-Standard definieren und die Ergebnisse überprüfen. Der erste Schritt besteht darin, das Szenario in Wireless InSite zu definieren. In diesem Beispiel werden die mit der Software gelieferte Stadt- und Geländedatei von Rosslyn verwendet. Bei diesen Dateien handelt es sich um textbasierte Formate, die die Gebäudestandorte, Gebäudehöhen, Geländepunkte und Materialeigenschaften definieren. Abbildung 1 zeigt die Stadt- und Geländedatei von Rosslyn, nachdem sie in der grafischen Benutzeroberfläche von Wireless InSite geöffnet wurde.
Abbildung 1: Stadt Rosslyn und Geländedatei in der grafischen Benutzeroberfläche von Wireless InSite.
Der nächste Schritt besteht darin, eine Wellenform für das MPE-Szenario zu definieren. In diesem Fall werden wir eine 100-GHz-Sinuswellenform definieren und dabei die integrierten Wellenformen von Wireless InSite verwenden. Die Software bietet eine vollständige Bibliothek von Wellenformen und enthält ein benutzerdefiniertes Format für Wellenformen. Sobald die Wellenform definiert ist, können wir eine Antenne definieren, die wir unseren Sender- und Empfängerstandorten zuweisen. Genau wie bei den Wellenformen bietet Wireless InSite eine umfangreiche Bibliothek mit integrierten Antennendefinitionen sowie ein benutzerdefiniertes Antennenformat. Für dieses Szenario werden wir eine Hornantenne für die Sender und eine isotrope Antenne für die Empfänger definieren.
Nach der Definition der Antennen müssen wir eine Sendertrajektorie erstellen, mit der wir den Bewegungspfad des Senders durch die Stadt festlegen können. Sobald der Trajektorensatz definiert ist, können die Startzeit und die Geschwindigkeit der Bewegung im Menü "Erweitert" im Fenster "Eigenschaften des Senders" festgelegt werden (siehe Abbildung 2). In diesem Fall werden wir für die Geschwindigkeit 1 m/s und für die Startzeit 0 Sekunden festlegen. Die Eingangsleistung für diesen Sender wurde auf 90 dBm oder 1000000 W eingestellt, um einen Sender mit hoher Leistung darzustellen. Abbildung 3 zeigt die Trajektorie innerhalb der Stadt Rosslyn, die den Weg des Senders definiert. Der Empfänger ist als ein Gitter definiert, das die gesamte Stadt abdeckt. Wir werden auch einen zweiten Trajektorensatz am selben Ort wie den ersten Trajektorensatz definieren, der sich mit 10m/s bewegt.
Abbildung 2: Erweitertes Menü zur Einstellung der Geschwindigkeit der Flugbahn.
Abbildung 3: Flugroute innerhalb der Stadt Rosslyn.
Nach der Definition von Sendern und Empfängern müssen wir das Untersuchungsgebiet festlegen, das die Grenzen unseres Berechnungsraums bestimmt. Hier werden auch die IEEE-Standards definiert, die für die MPE-Berechnungen verwendet werden. Im Fenster mit den Eigenschaften des Untersuchungsgebiets wird X3D gewählt, wie in Abbildung 4 zu sehen ist. X3D ist das einzige Modell, mit dem die MPE-Ergebnisse berechnet werden. Die Wechselwirkungen sind auf 10 Reflexionen, 0 Transmissionen und 0 Beugungen eingestellt. Klicken Sie auf die Schaltfläche MPE-Eigenschaften, um die MPE-Berechnungen zu aktivieren. Daraufhin wird das Fenster MPE-Berechnungen angezeigt, wie in Abbildung 5 zu sehen. Für dieses Szenario wählen wir IEEE Controlled als zu verwendenden Standard.
Abbildung 4: Eigenschaftsfenster des X3D-Untersuchungsgebiets für das MPE-Szenario.
Abbildung 5: MPE-Definitionsfenster.
Die verfügbare MPE-Ausgabe ist IEEEC95.1-2005: Spitzenwert E-Feld, IEEEC95.1-2005: E-Feld-Effektivwert, IEEEC95.1-2005: RMS H-Feld, IEEEC95.1-2005: Mittlere Leistung und IEEEC95.1-2005: Mittlere Leistungsdichte. Wenn ein einzelner Sender verwendet wird, können diese Ergebnisse als MPE-Schwellenwert angezeigt oder aufgezeichnet werden. Wenn mehrere Sender verwendet werden, kann auch der aggregierte MPE-Schwellenwert angezeigt werden. Abbildung 6 zeigt IEEEC95.1-2005: Average Power Density MPE Threshold für die erste Trajektorie, die sich mit 1m/s bewegt, und Abbildung 7 zeigt IEEEC95.1-2005: Durchschnittliche Leistungsdichte MPE-Schwellenwert für die zweite Flugbahn mit einer Geschwindigkeit von 10m/s. Der rote Bereich kennzeichnet eine Gefahrenzone mit einer Exposition von 100 % oder mehr. Der gelbe Bereich steht für eine Expositionsrate zwischen 51 % und 100 %. Der grüne Bereich steht für eine Expositionsrate zwischen 0 % und 50 %. Vergleicht man die Abbildungen, so zeigt Abbildung 6 mehr gefährliche Bereiche aufgrund der längeren Expositionszeit, die durch die langsamere Bewegungsgeschwindigkeit des Senders verursacht wird. Die violette Farbe bedeutet, dass an diesem Ort kein Signal empfangen wurde.
Abbildung 6: IEEEC95.1-2005: Durchschnittliche Leistungsdichte für einen Sender, der sich mit 1m/s bewegt.
Abbildung 7: IEEEC95.1-2005: Durchschnittliche Leistungsdichte für einen Sender, der sich mit 10m/s bewegt.
In diesem Beispiel wurde die MPE-Berechnung innerhalb von Wireless InSite zur Vorhersage der Gefährdungswerte von HF-Geräten mit hoher Leistung demonstriert. Die Vorhersage der Gefahrenstufe kombiniert die EM-Analyse des X3D-Modells, die Expositionszeit und die von der IEEE festgelegten Schwellenwerte für den spezifischen Frequenzbereich und den in der Simulation verwendeten Umgebungstyp. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Gefahrenzonen aufgrund der veränderten Expositionszeit ändern, wenn sich der Sender schneller durch die Stadt bewegt. Wenn sich der Sender mit 1 m/s bewegt, werden mehr Bereiche als gefährlich eingestuft als bei einer Geschwindigkeit von 10 m/s. Dies ist eine wichtige Information bei der Planung eines Projekts, bei dem Hochspannungsquellen und Personen unter Spannung stehen. Wireless InSite bietet eine effektive Möglichkeit zur Vorhersage und Anzeige der Gefahrenzonen innerhalb eines Szenarios unter Verwendung der MPE-Berechnungen. Anhand dieser Zonen wissen alle Beteiligten, wo sich Personen sicher aufhalten können, während die Hochfrequenzquelle aktiv ist. Mit nur wenigen Mausklicks können die Projektplaner Wireless InSite nutzen, um die Sicherheit der Mitarbeiter zu gewährleisten.