Cel projektu:

Celem projektu jest przedstawienie oddziaływania fal elektromagnetycznych wytwarzanych przez radar metrologiczny na środowisko. Niniejszy projekt przedstawia typową lokalizację, budowę, zasięg oraz parametry budowanych w Polsce stacji meteorologicznych.

Wstęp:

Radar (akronim od: RAdio Detection And Ranging) meteorologiczny jest złożonym urządzeniem elektrotechnicznym zdolnym do wysyłania skupionej wiązki fal elektromagnetycznych o określonej długości, odbioru echa odbitego od obiektów w atmosferze lub niejednorodności struktury atmosfery i określenie cech obiektów na podstawie charakterystyk odebranego sygnału.

Opis działania radaru.

Zasadę pracy radaru w prosty sposób tłumaczy poniższy schemat funkcjonalno - blokowy (rys.1):

Energia fal elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości wytwarzana jest w nadajniku przez specjalną lampę generacyjną, magnetron lub klistron. Energia ta jest przesyłana falowodem do anteny a tam skupioa w wąską wiązkę wysyłana jest w przestrzeń w kierunku badanego obiektu. Fale elektromagnetyczne odbite od od obiektu (na przykład od chmur lub samolotu) odbierane są przez tą samą antenę. Następnie przez zwrotnicę NO skierowane do odbiornika, po wzmocnieniu sygnału elektrycznego są zobrazowywane na wskaźniku. Podstawowy rodzaj zobrazowania (PPI) pokazuje mapę rozlokowania obiektów w płaszczyźnie azymutu w otoczeniu radaru.

Podstawowymi elementami składowymi radaru są:

Nadajnik - Modulator - Antena - Falowód - Odbiornik

Rys.1

Lokalizacja:

Wybór lokalizacji radaru meteorologicznego, szczególnie jako elementu systemu wielu radarów jest złożonym przedsięwzięciem techniczno - organizacyjnym. Każdy typ radaru charakteryzuje się określonym zasięgiem wykrywania zjawisk meteorologicznych, takich jak chmury, burze, opady - zwykle rzędu 150 - 250 km. Krzywizna Ziemi powoduje, że w odległości ponad 100 km wiązka radarowa penetruje jedynie wysokie warstwy atmosfery, niemożliwe jest zatem ilościowe obliczanie intensywności i wielkości opadu. Stąd też dla celów hydrologicznych i osłony przeciwpowodziowej radary muszą być oddalone od siebie o około 200 - 300 km. Ponieważ wiązka radarowa ma w zasadzie przebieg prostoliniowy, wszelkie przeszkody terenowe takie jak wzniesienia, góry, obszary silnie zurbanizowane powodują jej zakłócenia i powstanie tzw. cienia radiolokacyjnego za nimi. Z tego też względu najkorzystniejsze jest lokalizowanie radarów na najwyższych w okolicy wzniesieniach terenowych, tak by efektywny zasięg wiązki był największy.

Nie bez znaczenia są niezbędne do poniesienia koszty infrastruktury - takie jak drogi dojazdowe, zasilanie, łączność. W szczególnie trudnych warunkach mogą być one wyższe od kosztów zakupy radaru. Dla pełnego zapewnienia bezpiecznych warunków przebywania ludzi w otoczeniu radaru meteorologicznego, antenę nadawczą montuje się zwykle na wieży o wysokości 20 - 35 m.

Stacja radarowa (przedstawiona w projekcie) zlokalizowana zatem będzie w odległości 20 km od 100 tys. miasta na wzgórzu o wys.200 m.. Miasto ma typową strukturę -szkoły, banki, zakłady pracy, mieszkania itp. Miejsce stacji wyznacza ogrodzony teren wokół radaru na którym mogłyby wystąpić ewentualne natężenia promieniowania elektromagnetyczego (rys.3)

Charakterystyka budowanego urządzenia.

Jest to radar typu Meteor 360AC produkcji niemieckiej firmy Gematronik GmbH z Neuss. Oprogramowanie w postaci systemu RAINBOW zostało wykonane przez firmę Gamic z Aachen i dostarczone wraz z radarem. Użytkownicy nie mają możliwości ingerencji w to oprogramowanie. Radar taki był zainstalowany w Katowicach, a ściślej w Czerwionce-Leszczynach k. Orzesza, około 30 km od Katowic.

Nadajnik i odbiornik. Nadajnik pracuje w zakresie pasma C, częstotliwość wysyłania impulsu mieści się między 5450-5825 MHz, natomiast częstotliwość powtarzania impulsu wynosi - dla trybu pracy LP (długi impuls) 250 Hz, dla SP (krótki impuls) 900-1200 Hz. Szerokość formowanego impulsu wynosi odpowiednio 2,0 ms dla trybu LP i 0,85 ms dla SP. Wszystkie operacje zachodzące w bloku nadajnika i odbiornika są kontrolowane na bieżąco przez procesor kontroli radaru.

Antena jest umieszczona na statywie, wewnątrz którego znajdują się mechaniczne i elektroniczne urządzenia poruszające, kontrolujące i chroniące antenę oraz falowód, który jest bezpośrednio połączony z układem nadajnik-odbiornik. Antena o średnicy 4,2 m ma przekrój paraboliczny. Przed warunkami pogodowymi chroniona jest kopułą o średnicy 5,4 m, wykonaną z tworzywa odpornego na niekorzystne warunki atmosferyczne, przy tym nie pochłaniającego energii wiązki elektromagnetycznej promieniowania wysyłanego i odbitego.

Podstawowe parametry radaru Meteor 360AC Pobierana moc 2 kW

Średnica anteny paraboliczna 4,2 m

Pasmo częstotliwości 5,450 do 5,825 GHz

Szerokość wiązki 1

Zakres azymutów 360 = pełny obrót

Zakres elewacji -2 do 90

Zasięg 400 km

Wpływ oddziaływania radaru na życie ludzkie oraz na środowisko naturalne.

Radar meteorologiczny emituje wiązkę fal elektromagnetycznych o częstotliwości ok. 5 GHz (pasmo mikrofal), nie mamy więc do czynienia z promieniowaniem jonizującym, takim jak promieniowanie rentgenowskie (częstotliwość rzędu 10 miliardów GHz), czy gamma (częstotliwość rzędu biliona GHz). Radar wykorzystuje fale radiowe wszechobecne w przyrodzie, stosowane powszechnie do transmisji radiowych, telewizyjnych, w łączności radioliniowej a także kuchniach mikrofalowych. W zbliżonym do pasma częstotliwości radaru meteologicznego znajdują się pasma UHF, VHF, kanały TV 7 - 13 i 14 - 83.

Kilkudziesięcioletnie doświadczenia z eksploatacji systemów radarów meteorologicznych na całym świecie, badania teoretyczne dowodzą, że ich stosowanie i wykorzystanie jest całkowicie bezpieczne tak dla człowieka, jak i przyrody. Radary meteorologiczne pracują w większości światowych portów lotniczych, przez które przewijają się setki milionów ludzi rocznie. W aglomeracjach takich jak Wiedeń, Monachium, Oslo, Moskwa, Praga, Berlin, Lipsk radary meteorologiczne zainstalowane są wśród gęstej, miejskiej zabudowy. Od kilkunastu lat pracuje radar meteorologiczny w Legionowie k/Warszawy, w bezpośrednim sąsiedztwie dużego osiedla mieszkaniowego. W Słowacji radar meteorologiczny zainstalowany jest na górze Mały Jawornik - w odległości kilku kilometrów od stolicy - Bratysławy, w podobnym usytuowaniu jak Ramża w gminie Czerwionka - Leszczyny.

W czasie wielu lat eksploatacji setek radarów w Polsce (wojskowych oraz kontroli ruchu lotniczego) i za granicą nie stwierdzono przekroczenia dopuszczalnych norm natężenia promieniowania elektromagnetyczego, które to normy są na Zachodzie kilkadziesiąt razy bardziej liberalne niż normy polskie. Ich przekroczenie byłoby jednoznaczne z natychmiastowym zamknięciem obiektów i zakazem dalszej ich pracy. Nigdzie też nie stwierdzono ujemnych skutków promieniowania na faunę lub florę.

Normy ochronne określają, w jakiej odległości od źródła energii mikrofalowej człowiek może przebywać całkiem bezpiecznie. Ponieważ w latach, kiedy ustalano w normie konkretne wielkości, ochrona pracownika miała symbolicznie bardzo wysokie znaczenie, wielkości te odpowiednio zwiększano w stosunku do występujących w normach ówczesnych "krajów zachodnich". Jeśli np. według norm zachodnich można było bezpiecznie przebywać w odległości 100 m od danego typu radaru, Polska Norma stanowiła, że bezpieczna odległość wynosi 1000 m.

Ważnym obowiązkiem, narzuconym przez Polskie Normy jest konieczność wykonania pomiarów przez specjalnie uprawnioną do tego instytucję - Przemysłowy Instytut Telekomunikacji (PIT). Pomiary te, prowadzone za pomocą specjalizowanej aparatury, w różnych warunkach atmosferycznych i różnych zakresach pracy radarów mają ostatecznie zweryfikować wyniki analiz teoretycznych. Jak dotychczas, w przypadku kilkudziesięciu radarów w Polsce pomiary wykazały, że obliczenia wykonywane były z bardzo dużym współczynnikiem bezpieczeństwa.

Rozporządzenie Rady Ministrów z dn. 5 listopada 1980 roku stanowi, że : "W obszarze strefy ochronnej drugiego stopnia dopuszcza się przebywanie ludności związane z prowadzeniem działalności gospodarczej, turystycznej, rekreacyjnej itp." W przypadku radaru GEMATRONIK na górze RAMŻA lub radaru MRL-5 w Legionowie żadna osoba postronna nie ma możliwości znaleźć się o obszarze strefy ochronnej, ale gdyby zechciała polecieć na przykład śmigłowcem, to może w niej przebywać bez szkody dla zdrowia przez kilka godzin.

Umieszczona stacja radarowa nie zagraża więc życiu i zdrowiu człowieka, umieszczona jest z dala od zabudowań, a teren ogrodzony jest specjalnym ogrodzeniem, wraz z informacją o zakazie przebywania. Spełnia ona wymagania stawiane przez projektantów oraz Polskie Normy.

Porównanie natężenia promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez różne urządzenia, takie jak telefony komórkowe, kuchenki mikrofalowe, stacje nadawcze oraz radary lotnicze i meteorologiczne w stosunku do dopuszczalnych norm stosowanych w USA przedstawia schemat(rys2)

Literatura.

Na podstawie opracowań:

Ryszard Klejnowski, IMGW

Stanisław Królikowski, PKiDEP RADWAR

Biuro Meteorologiczne w Katowicach:

JAN SZTURC, ANNA JURCZYK, Katowice 1998

Rys.2

Politechnika Wrocławska 26.X.1999 r

Górnictwo, EOP

Rok V

Projekt nr 1

STACJA RADAROWA

Wykonał:

Paweł Nowacki

---