5G и миллиметровые волны

Исследование эми сотового телефона | образовательная социальная сеть

Содержание

Введение.                                                                                                3

Основная часть:

  1. Электромагнитное излучение и его свойства.                                                
  1. Излучение и распространение электромагнитных волн.                                4
  2. Свойства электромагнитных волн.                                                        5
  3.  Диапазоны электромагнитного излучения и области их применения                6
  1. Особенности электромагнитного излучения сотовой связи.                                 6
  2. Биологическое действии ЭМИ сотового телефона.                                        8
  3. Обзор рекомендаций по способам защиты от ЭМИ.                                        10
  4. Исследование ЭМИ сотового телефона.

5.1         Способ измерения уровня ЭМИ сотового телефона.                                11

5.2 Исследование формы сигнала сотового телефона при различных режимах

работы.                                                                                        12

5.3  Исследование зависимости уровня ЭМИ от положения телефона.                12

5.4        Исследование зависимости уровня сигнала ЭМИ сотового телефона от

расстояния.                                                                                        12

5.5        Исследование способности материалов экранировать ЭМИ сотового

телефона.                                                                                        13

6. Выводы и рекомендации.                                                                        14

Приложения.

Список литературы.


Введение

Жители городов к электричеству давно привыкли и без него не представляют свой быт. В домах находится огромное количество электрических приборов, таких как, телевизоры, микроволновые печи, холодильники и пылесосы. В стенах наших домов проложено километры проводов и еще в каждый дом тянется под землей змея высоковольтного кабеля. И во всех этих проводах и кабелях протекает переменный ток с частотой 50 Гц, который создает вокруг себя электромагнитное излучение. Мы не представляем себе жизнь без радио, телевидения и сотовой связи, действие которых основано на передаче электромагнитных волн. Электромагнитное излучение легко проникает через любые стены и преграды. И, конечно же, все мы находимся под его постоянным воздействием. Насколько же такое соседство опасно?

Первые исследования по данной проблеме проводились еще 30 лет назад в Америке и были вызваны резким увеличением числа случаев рака молочной железы у женщин. И связывались эти случаи с тогдашней модой на электрические одеяла. И тогда же было шведскими и американскими учеными доказано, что это излучение опасно и единственный метод хоть немного уменьшить влияние – находиться на безопасном расстоянии от источников таких полей. Использование компьютеров, телевизоров,  сотовых телефонов, растет с каждым днем, пропорционально растет и число тех людей, у которых появились проблемы со здоровьем, связанные с электромагнитными излучениями. В результате длительного пребывания в зоне действия электромагнитных полей наступают преждевременная утомляемость, сонливость или нарушение сна, появляются частые головные боли, наступает расстройство нервной системы и др.

В средствах массовой информации в последнее время появилось множество рекомендаций по защите от вредного воздействия ЭМИ сотовых телефонов, а также предложения средств защиты от него. Насколько оправданы данные рекомендации? Будут ли действенны эти средства защиты?

Целью данного исследования является изучение электромагнитного излучения сотового телефона и проверка действенности рекомендаций по защите от него.

Задачи:

  1. Разработать способ сравнения уровня ЭМИ для различных режимов работы и положений сотового телефона.
  2. Исследовать зависимость уровня излучения от расстояния, ориентации телефона, режима работы.
  3. Проверить рекомендации по способам защиты от электромагнитного излучения сотового телефона.

1. Электромагнитное излучение и его свойства.

1.1 Излучение и распространение электромагнитных волн.

Английский ученый Джеймс Максвелл в 1864 году теоретически предсказал существование электромагнитных волн. Экспериментально электромагнитные волны были обнаружены  в 1887 году в Берлинском университете  Генрихом Герцем.

Механизм возникновения электромагнитной волны можно представить себе следующим образом. Пусть в некоторой области пространства возникает колебание электрического заряда. Это повлечет за собой колебания вектора напряженности Е; его модуль станет периодически изменяться по закону 5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны. Согласно Максвеллу  в этой же области будут происходить колебания вектора индукции 5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны. В соседних точках возникнут колебания векторов напряженности и индукции, но с некоторым запаздыванием. Таким образом, электромагнитные волны представляют собой переменное электрическое и магнитное поле, распространяющееся в пространстве со скоростью, равной скорости света. Уравнение бегущей гармонической электромагнитной волны распространяющей в направлении оси X со скоростью 5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны для напряженности электрического поля и индукции магнитного поля будет иметь следующий вид: 5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны.

 Электромагнитные волны излучаются ускоренно движущимися зарядами и могут распространяться в вакууме, где отсутствуют частицы вещества.

Основными параметрами, характеризующими электромагнитные волны, являются: частота, длина волны и скорость распространения, связанные соотношением5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны.

Электромагнитные волны переносят энергию электромагнитного поля. Скорость переноса энергии через площадь S в момент времени t характеризуется потоком энергии электромагнитной волны 5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны. Плотность потока энергии электромагнитной волны – мощность электромагнитного излучения, проходящего сквозь единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно направлению распространению волны: 5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны. Учитывая, что напряженность электрического поля в электромагнитной волне зависит от времени, перенос мощности характеризует величина, усредненная по времени, – интенсивность волны 5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны.

Интенсивность гармонической электромагнитной волны пропорциональна квадрату амплитуды напряженности электрического поля 5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны. Интенсивность излучения точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника 5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны. Сопоставление двух последних зависимостей позволяет сделать вывод, что амплитуда напряженности электрического поля в электромагнитной волне, созданной точечным источником, убывает обратно пропорционально расстоянию в первой степени5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны, в то время как напряженность электростатического поля точечного заряда убывает с расстоянием по закону обратных квадратов. Благодаря этому свойству электромагнитные волны передаются в вакууме на большие расстояния, обеспечивая возможность теле-, радио- и космической связи.

Интенсивность гармонической электромагнитной волны прямо пропорциональна четвертой степени ее частоты 5G и миллиметровые волны5G и миллиметровые волны. Поэтому излучение электромагнитных волн больших частот требует меньшей мощности передатчика при условии, что мощность принимаемая потребителем, останется прежней.

1.2 Свойства электромагнитных волн

Электромагнитные волны, как и любые другие волны, например механические, могут отражаться, преломляться, поглощаться, а также испытывают интерференцию и дифракцию. Опыты с передачей и приемом электромагнитных волн показывают, что от поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, от поверхности металла отражаются почти без потерь. Способность металлов отражать электромагнитные волны объясняется тем, что при падении электромагнитной волны на поверхность металла, в нем под действием переменного электрического поля возбуждаются вынужденные колебания свободных электронов. Частота вынужденных колебаний электронов равна частоте электромагнитной волны. Вся энергия падающей электромагнитной волны затрачивается на возбуждение вынужденных колебаний электронов, поэтому электромагнитные волны не проходят сквозь металлические предметы.

В диэлектриках под действием электромагнитной волны колеблются связанные электроны. Амплитуда вынужденных колебаний связанных электронов в диэлектриках много меньше амплитуды колебаний электронов проводимости в металлах, поэтому отражение от диэлектрика менее  эффективно. При распространении электромагнитной волны в диэлектрике происходит преобразование энергии волны в тепловую энергию, что приводит к уменьшению амплитуды электромагнитных колебаний.

Пи переходе электромагнитной волны из одной среды в другую наблюдается изменение направления распространения волн на границе раздела двух сред, называемое преломлением. Преломление электромагнитных волн вызвано изменением скорости распространения волны и подчиняется закону преломления.

При сложении двух или нескольких волн с одинаковыми частотами колебания наблюдается явление уменьшения или увеличения амплитуды  результирующей волны, которая называется интерференция волн. При этом амплитуда результирующих колебания в разных точках пространства имеет различное значение, а расположение в пространстве максимумов и минимумов не меняется с течением времени.

Электромагнитные волны обладают способностью огибать препятствия сопоставимые по размеры с длиной волны. Это явление получило название дифракции. Явление отражения, преломления, интерференции и дифракции позволяют объяснить особенности распространения электромагнитных волн разных диапазонов, используемых в технике.

1.3 Диапазоны электромагнитного излучения и области их применения

Имеется целый ряд типов электромагнитного излучения, начиная с радиоволн и заканчивая гамма-лучами. Электромагнитные лучи всех типов распространяются в вакууме со скоростью света и отличаются друг от друга только длинами волн. Частоты волн электромагнитного излучения возрастают с уменьшением длины волны.

Волны всех радиодиапазонов широко используются в технике: дециметровые и ультракороткие метровые волны применяются для телевещания и радиовещания в диапазоне ультракоротких волн с частотной модуляцией (УКВ/FM), обеспечивая высокое качество приема сигнала в пределах зоны прямого распространения волн. Радиоволны метрового и километрового диапазона применяются для радиовещания и радиосвязи на больших расстояниях с использованием амплитудной модуляции (АМ), которая, хотя и в ущерб качеству сигнала, обеспечивает его передачу на сколь угодно большие расстояния в пределах Земли благодаря отражению волн от ионосферы планеты. Впрочем, сегодня этот вид связи отходит в прошлое благодаря развитию спутниковой связи. Волны дециметрового диапазона не могут огибать земной горизонт подобно метровым волнам, что ограничивает зону приема областью прямого распространения, которая, в зависимости от высоты антенны и мощности передатчика, составляет от нескольких километров до нескольких десятков километров.

Читайте про операторов:  Сотовые операторы и роуминг в Польше: что выгоднее

2. Особенности электромагнитного излучения сотовой связи

Сотовая радиотелефония является сегодня одной из наиболее интенсивно развивающихся телекоммуникационных систем. Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения в УВЧ диапазоне. Важной особенностью системы сотовой радиосвязи является весьма эффективное использование выделяемого для работы системы радиочастотного спектра, что делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа абонентов. В работе системы применяется принцип деления некоторой территории на зоны, или “соты”, радиусом обычно 0,5–10 километров.

Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц. Антенны БС устанавливаются на высоте 15–100 метров от поверхности земли на уже существующих постройках или на специально сооруженных мачтах.

Исходя из технологических требований построения системы сотовой связи, диаграмма направленности антенн в вертикальной плоскости рассчитана таким образом, что основная энергия излучения (более 90 %) сосредоточена в довольно узком “луче”. Он всегда направлен в сторону от сооружений, на которых находятся антенны БС, и выше прилегающих построек, что является необходимым условием для нормального функционирования системы.

Ниже в таблице приведены краткие технические характеристики стандартов системы сотовой радиосвязи, действующих в России:

Наименование стандарта

Диапазон рабочих частот БС

Диапазон рабочих частот МРТ

Максимальная излучаемая мощность БС

Радиус соты

NMT-450 Аналоговый

463 – 467,5 МГц

453 – 457,5 МГц

100 Вт – 1 Вт

1 – 40 км

AMPS Аналоговый

869 – 894 МГц

824 – 849 МГц

100 Вт – 0,6 Вт

2 – 20 км

D-AMPS (IS-136) Цифровой

869 – 894 МГц

824 – 849 МГц

50 Вт 0,2 Вт

0,5 – 20 км

CDMA Цифровой

869 – 894 МГц

824 – 849 МГц

100 Вт 0,6 Вт

2 – 40 км

GSM-900 Цифровой

925 – 965 МГц

890 – 915 МГц

40 Вт 0,25 Вт

0,5 – 35 км

GSM-1800 (DCS) Цифровой

1805 – 1880 МГц

1710 – 1785 МГц

20 Вт 0,125 Вт

0,5 – 35 км

Мобильный радиотелефон (МРТ) представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона, передача ведется в диапазоне частот 453 – 1785 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи “мобильный радиотелефон – базовая станция”, т. е. чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ. Максимальная мощность находится в границах 0,125–1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05 – 0,2 Вт.

3. Биологическое действии ЭМИ сотового телефона.

Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности электромагнитного поля (ЭМП) во всех частотных диапазонах. При относительно высоких уровнях облучающего ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия. При относительно низком уровне ЭМП принято говорить о нетепловом или информационном характере воздействия на организм. Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови, опухоли мозга, гормональные заболевания. Особо опасны ЭМП могут быть для детей, беременных (эмбрион), людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно-сосудистой системы, аллергиков, людей с ослабленным иммунитетом.

Область облучения ЭМП во время работы радиотелефона – прежде всего головной мозг и периферические рецепторы вестибулярного, зрительного анализаторов. По международным требованиям излучающую мощность сотовых телефонов измеряют в единицах SAR. SAR (Specific Adsorption Rate) – удельная поглощенная мощность, выраженная на единицу массы тела или ткани. В единицах СИ SAR определяется в ваттах на 1 кг (Вт/кг). Общепринята следующая градация величин SAR для мобильных телефонов:

Величину SAR измерить весьма сложно. Требуется специальное оборудование и фантомы, то есть имитаторы тканей человеческого организма. Не существует в мире и единой методики измерения SAR. Поэтому данные этого показателя, измеряемые обычно в независимых центрах, могут отличаться порой даже в несколько раз.

При использовании сотовых телефонов с несущей частотой 450-900 МГц длина волны излучения незначительно превышает линейные размеры головы человека. В этом случае излучение поглощается неравномерно и могут образоваться так называемые горячие точки, особенно в центре головы. При таком воздействии температура отдельных участков мозга повышается. При длительном разговоре данный эффект выражается и в повышении температуры ушной раковины. Подсчитано, что при величине SAR 4 Вт/кг в течение 30 минут температура ткани поднимается на 1оС. Расчёты поглощённой энергии электромагнитного поля в мозге человека показывают, что при использовании радиотелефона мощностью 0,6 Вт с рабочей частотой 900 МГц “удельная” энергия поля в головном мозге составляет от 120 до 230 мкВт/см2 (норматив в России для пользователей сотовых телефонов 100 мкВт/см2). Так что можно ожидать, что длительное повторное воздействие предельно допустимых доз излучения (особенно в дециметровом диапазоне волн) может привести к изменению биоэлектрической активности различных структур мозга и расстройствам его функций (например, состояния кратковременной и долговременной памяти).

Нетермический, или информационный, эффект изучен пока недостаточно. Суть его заключается в следующем: мобильные телефоны стандарта GSM осуществляют передачу информации с помощью импульсов, объединенных в блоки. Блок состоит из восьми импульсов. В распоряжении каждого пользователя имеется только один из восьми импульсов. Остальные семь принадлежат другим семи абонентам, которые могут вести телефонные разговоры в данный момент на данной частоте. Продолжительность одного GSM-блока составляет 4,616 миллисекунды (мс), следовательно, частота пульсации мобильного телефона составляет 1/4,616 мс=217 Гц. Блоки упомянутых импульсов группируются в мультиблоки, состоящие из двадцати шести повторений. Следовательно, второй частотой, которая испускается сотовым телефоном, является частота: 217/26= 8,35Гц. Более того, некоторые виды мобильных аппаратов, работающие в энергосберегающем режиме (DTX), способны генерировать третью частоту – 2 Гц. Именно в этом наборе низкочастотного излучения и состоит еще одна опасность мобильной связи. Дело в том, что упомянутые частоты сотовых аппаратов совпадают с частотами естественной биоэлектрической активности головного мозга человека, которые регистрируются на электроэнцефалограмме (ЭЭГ). Так, частота 217 Гц совпадает с так называемым гамма-ритмом мозга, 8,35 Гц – с альфа-ритмом, а 2 Гц – с дельта-ритмом. Следовательно, в головной мозг человека извне поступают сигналы, способные воздействовать на биоэлектрическую активностью мозга и тем самым нарушать его функции. Изменения, вызванные сторонним излучением, заметны на электроэнцефалограмме и сохраняются на протяжении длительного времени после окончания разговора. Абстрактное мышление связано с альфа-ритмом мозга. Во время сна преобладает дельта-ритм, а гамма-волны генерируются во время активной деятельности человека. Поэтому не стоит класть сотовый телефон у изголовья кровати, используя его в качестве будильника. Мобильный телефон ночью не “спит”, а постоянно, даже в состоянии ожидания вызова, работает в пульсирующем режиме.

Читайте про операторов:  Интернет и сотовая связь в Индии :: Одни в пути

4. Обзор рекомендаций по способам защиты от ЭМИ

сотового телефона

Как защитить себя от вредного воздействия ЭМИ сотового телефона? Многочисленные рекомендации предлагают сайты сети Интернет, например, www.electrosmog.boom.ru. Рекомендации можно разделить на несколько групп. 

1.  Рекомендации по сокращению времени воздействия ЭМИ:

  1. не пользуйтесь сотовым телефоном без необходимости;
  2. дома и в офисе следует пользоваться обычными проводными телефонами;
  3. ограничьте продолжительность разговоров (продолжительность однократного разговора – до 3 мин.), максимально увеличьте период между двумя разговорами (минимально рекомендованный – 15 мин.);

2. Рекомендации по использованию сотового телефона различными категориями населения:

  1. детям и подросткам до 16 лет следует использовать сотовые телефоны лишь в случае крайней необходимости;
  2. беременным женщинам не следует пользоваться сотовым телефоном (начиная с момента установления факта беременности и в течение всего ее периода);
  3. лицам, страдающим заболеваниями неврологического характера, а также снижением умственной и физической работоспособности, снижением памяти, расстройствами сна, эпилептической предрасположенностью, не следует использовать сотовый телефон;

3. Рекомендации по уменьшению потока ЭМИ, воздействующего на человека при использовании сотового телефона:

  1. при покупке телефона следует интересоваться величиной SAR,  выбирать модель с более низким уровнем;
  2. во время соединения с абонентом не держите телефон около головы. В это время его выходная мощность максимальна;
  3. по возможности предпочтение отдавайте сотовым телефонам с гарнитурами и системами “свободные руки” (“handsfree”), а также громкой связи;
  4. чаще используйте услуги SMS;
  5. во время разговора держите аппарат тремя пальцами и обязательно за нижнюю часть. Если вы держите телефон в кулаке, мощность аппарата увеличивается примерно на 70% и тем самым усиливается облучение;
  6. изменяйте положение трубки в процессе разговора (размещайте ее то слева, то справа);
  7. в зданиях, построенных из железобетонных конструкций, разговор по аппарату мобильной связи следует вести около большого окна, на лоджии или балконе;
  8. не следует разговаривать по сотовому телефону при езде на автомобиле, в тоннелях, в металлических гаражах. В автомобиле используйте сотовый телефон с внешней антенной, которую лучше всего расположить в центре крыши;
  9. избегайте всякого рода пластинок,  якобы защищающих от излучения;
  10. не располагайте сотовый телефон у изголовья кровати, используя его в качестве будильника.

Рекомендации первой группы не нуждаются в проверке, вторая группа рекомендаций может быть проверена многолетними наблюдениями за состоянием здоровья больших групп людей. В данной работе проверялась обоснованность некоторых рекомендаций из третьей группы.

5. Исследование ЭМИ сотового телефона

5.1 Способ измерения уровня ЭМИ сотового телефона

Для измерения уровня ЭМИ сотового телефона использовалась установка, состоящая из приемного блока, осциллографической приставки и компьютерного измерительного блока (рис. 1, приложение 1).

Приемный блок собран на основе элементов радио-конструктора и состоит из приемной антенны, полупроводникового детектора, усилителя сигнала, динамика и источника питания (рис. 2, приложение 1).

Осциллографическая приставка и компьютерный измерительный блок входят в систему учебного оборудования L-микро и предназначены для регистрации сигнала напряжения на произвольных элементах электрической цепи. Осциллографическая приставка используется совместно с персональным компьютером. Компьютерный измерительный блок преобразует напряжение (аналоговый сигнал) в форму подходящую для восприятия компьютером (цифровой сигнал). Программное обеспечение L – микро позволяет получать на экране компьютера осциллограммы быстроменяющихся процессов. Настройки позволяют менять скорость развертки от 0,005 до 1 с/дел и чувствительность канала (В/дел). Сигнал, остановленный на экране, может быть просмотрен с помощью курсора – вертикальной линии, перемещающейся с помощью указателя мыши. Число в правом верхнем углу экрана показывает значение напряжения в вольтах в точке, где находится курсор. Число в нижнем правом углу экрана – время, прошедшее с момента запуска.

При проведении исследований ЭМИ сотового телефона на вход компьютерного осциллографа подавался электрический сигнал с выхода приемного блока. При этом наличие сигнала можно было фиксировать по треску динамика приемного блока. На экране компьютера записывались осциллограммы электромагнитного сигнала сотового телефона для различных режимов работы и на разном расстоянии от приемной антенны. Для сравнения уровня сигнала измерялось амплитудное значение напряжения для данной осциллограммы.

5.2 Исследование формы сигнала сотового телефона

при различных режимах работы

В работе исследовалась форма сигнала сотового телефона в различных режимах работы: в режиме вызова, разговора, передачи СМС сообщения и в ждущем режиме. Телефон располагался на расстоянии 10 см от антенны, тыльной стороной к антенне. При таком расположении телефона уровень сигнала был наибольшим, что позволило получить четкие осциллограммы, приведенные в Приложении 2. Следует отметить, что сигнал оказался обрезанным снизу из-за наличия в приемном блоке полупроводникового детектора.

В режиме вызова сигнал отличается наиболее сложной формой, частота следования импульсов наибольшая, амплитуда сигнала меняется сложным образом (Рис. 1). В режиме разговора частота следования импульсов существенно меньше (Рис. 2). При передаче СМС сообщения сигнал имеет вид короткого пакета импульсов (Рис. 3). Сигнал сотового телефона в ждущем режиме предложенным методом зафиксировать не удается, т.к. сигнал не отличим от фонового сигнала осциллографа (Рис.4).

5.3 Исследование зависимости уровня ЭМИ от положения телефона

При исследовании уровня сигнала в зависимости от ориентации телефона относительно антенны телефон располагался на расстоянии  10 см (Приложение 1, рис.3). Записывались осциллограммы сигнала в режиме вызова. При этом настройки электронного осциллографа подбирались такие, чтобы форма сигнала была более сглаженная, и было проще сравнивать амплитуду сигнала. Полученные осциллограммы приведены в Приложении 3. Наибольший уровень сигнала получен, когда телефон ориентирован тыльной стороной к антенне (Рис. 1). Уровень сигналов, идущих от верхнего и нижнего торца телефона примерно одинаков и существенно ниже, чем в первом случае (Рис. 2, 3). Сигнал, идущий от экрана телефона, не улавливался и был сравним с фоновым сигналом осциллографа (Рис. 4).

5.4 Исследование зависимости уровня сигнала ЭМИ сотового телефона

от расстояния

Программа L-микро позволяет измерять величину напряжения в точке, совпадающей с положением курсора на осциллограмме. Значение напряжения отражается цифрами в правом верхнем углу экрана.  Электронный осциллограф подключается к динамику блока, собранного на основе элементов радио-конструктора. Измеряемое напряжение соответствует напряжению, подаваемому на вход динамика, и может характеризовать интенсивность сигнала сотового телефона, улавливаемого антенной приемного блока. Об изменении интенсивности сигнала можно судить так же по громкости треска, издаваемого динамиком.

Уровень сигнала сотового телефона определялся для режима вызова, телефон располагался тыльной стороной к антенне. Измерялось наибольшее значение напряжения для каждого записанного сигнала. Осциллограммы сигналов приведены в Приложении 4. Уровень сигнала сотового телефона быстро убывает с расстоянием. Значения напряжения и соответствующие расстояния приведены в таблице.

На расстоянии 30 см от антенны сигнал становится неотличим от фонового сигнала осциллографа.

5.5 Исследование способности материалов экранировать ЭМИ

сотового телефона

Проводники и диэлектрики обладают разными свойствами по отношению к электромагнитному излучению. Проверялась способность различных материалов экранировать ЭМИ сотового телефона. При этом телефон располагался на расстоянии 10см от антенны тыльной стороной к ней. Примеры полученных осциллограмм приведены в Приложении 5. Между телефоном и антенной располагались преграды из проводящих материалов: алюминиевая фольга, стальной лист толщиной 1мм, ладонь человека. Во всех случаях уровень сигнала снижался до значения, сопоставимого с величиной фонового сигнала. Преграды из диэлектриков (картон, стекло, пластмасса толщиной несколько мм) не вызывали заметного изменения уровня сигнала. Усиление сигнала от 0,31 до 0,38 В произошло, когда между телефоном и антенной расположили оргстекло толщиной 3 см.

Читайте про операторов:  Как поменять сим карту на микро сим МТС

6. Выводы и рекомендации

В результате проведенной работы разработан способ получения осциллограмм и измерения уровня сигнала электромагнитного излучения сотового телефона, исследована зависимость уровня излучения от расстояния, ориентации телефона, режима работы, исследована способность различных материалов экранировать излучение сотового телефона. На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы:

 1. Форма сигнала для различных режимов работы сотового телефона сильно отличается. Полная энергия, излучаемая сотовым телефоном максимальна в режиме вызова, уменьшается в режиме разговора и существенно уменьшается при передаче СМС сообщения. В режиме ожидания сигнал сотового телефона с помощью использованного метода не регистрируется, т.к. его уровень ниже предела чувствительности.

2. Интенсивность излучения сотового телефона сильно зависит от ориентации телефона. Наибольшее излучение исходит от тыльной стороны телефона, излучение с торцов существенно ниже и примерно одинаково для разных сторон. Излучение от экрана с помощью использованного метода не регистрируется, т.к. его уровень ниже предела чувствительности.

3. Уровень излучения сотового телефона быстро убывает с расстоянием и перестает регистрироваться с помощью данного способа на расстоянии 30 см от  антенны.

4. Проводящие преграды снижают уровень сигнала, принимаемого антенной до уровня, который находится ниже предела чувствительности данного способа измерения. Преграды из диэлектрика могут вызвать усиление сигнала, принимаемого антенной.

5. На основе проведенных исследований можно считать обоснованными следующие рекомендации по уменьшению вредного воздействия ЭМИ сотового телефона на человека:

  1. во время соединения с абонентом не держите телефон около головы. – В режиме вызова изучаемая мощность достигает наибольшего значения.
  1. по возможности предпочтение отдавайте сотовым телефонам с гарнитурами и системами “свободные руки” (“handsfree”), а также громкой связи. – Уровень излучения быстро убывает с расстоянием.
  2. чаще используйте услуги SMS. – СМС сообщение передается в течение очень короткого промежутка времени.
  3. избегайте всякого рода пластинок,  якобы защищающих от излучения. – Преграда из оргстекла вызвала увеличение уровня сигнала, излучаемого сотовым телефоном.

Следующие рекомендации не нашли подтверждения в проведенном исследовании:

  1. во время разговора держите аппарат тремя пальцами и обязательно за нижнюю часть. Если вы держите телефон в кулаке, мощность аппарата увеличивается примерно на 70% и тем самым усиливается облучение;
  2. в зданиях, построенных из железобетонных конструкций, разговор по аппарату мобильной связи следует вести около большого окна, на лоджии или балконе;
  3. не следует разговаривать по сотовому телефону при езде на автомобиле, в тоннелях, в металлических гаражах. В автомобиле используйте сотовый телефон с внешней антенной, которую лучше всего расположить в центре крыши;

Усиление уровня сигнала в случае, когда телефон оборачивался фольгой или перекрывался руками не зафиксировано.

  1. не располагайте сотовый телефон у изголовья кровати, используя его в качестве будильника. – Уровень сигнала сотового телефона в режиме ожидания существенно ниже, чем в остальных режимах.

Проверка достоверности последних рекомендаций требует более точного способа измерения.

Реализация радиочастотного тракта базовых станций

Базовая станция для работы в диапазоне миллиметровых волн будет разительно отличаться от базовых станций LTE, работающих на частотах ниже 6 ГГц. На фундаментальном уровне передатчики миллиметрового диапазона отличаются более низкой эффективностью усилителя мощности, причем даже в относительно низкочастотном диапазоне 24–40 ГГц; следовательно, уровень подводимой к антенне выходной мощности передатчика будет намного ниже, чем у низкочастотных базовых станций LTE.

Основным ограничением является уровень тепловыделения, допустимый в пассивно охлаждаемом радиопередающем блоке на вершине мачты с антеннами сотовой связи. Учитывая, что уровень рассеиваемой мощности блока в небольшом корпусе не должен превышать 250 Вт, РЧ-мощность будет ниже 10 Вт в любой конфигурации оборудования.

Чтобы обойти это ограничение, системные инженеры обратились к групповым архитектурам MIMO, рассчитанным как минимум на 64 антенны, чтобы использовать их высокий коэффициент усиления. Для формирования диаграммы направленности сначала использовались 64–256 антенных элементов на луч, чтобы усиление составило 25–30 дБи.

Таким образом, низкая подводимая мощность достигает величины ЭИИМ(линейная эквивалентная изотропно-излучаемая мощность) в диапазоне до 60 дБм. Каждый луч диаграммы также несет несколько потоков, а массивы MIMO базовых станции сконфигурированы в виде антенных решеток с двойной поляризацией, так что каждый луч может работать с MIMO структурами 2×2.

Несколько лучей диаграммы направленности поддерживаются радиопередатчиком с помощью массива из нескольких антенных решеток. Производители оборудования используют антенные решетки с заданным количеством элементов (64–256 на решетку). Полученное изделие масштабируется в зависимости от требуемых уровней емкости.

Заметим, что конфигурация лучей диаграммы и потоков не определяется оборудованием. OEM-производитель может изменить конфигурацию с помощью программного обеспечения при условии, что элементы антенны оснащены аналоговыми фазовращателями и компонентами с регулируемым усилением, которыми можно управлять по отдельности.

Такой подход «гибридного формирования луча» используется почти во всех прототипах, поскольку полное цифровое формирование луча при очень широкой полосе пропускания может быть дорогостоящим с точки зрения управления мощностью по отношению к стоимости.

Кроме того, в настоящее время для обеспечения высокого уровня интеграции и низкой стоимости во многих базовых станциях используется полупроводниковые технологии SOI (кремний на изоляторе) и SiGe (кремниево‑германиевые транзисторы). Широкозонный нитрид галлия (GaN) также обладает большим потенциалом, благодаря которому уменьшается рассеивание мощности при высоких уровнях ЭИИМ. В результате мощность возрастает до 60 дБм и выше при меньшем количестве элементарных антенн.

На основе данных об эффективности усилителей мощности и размере/эффективности радиаторов, полученных с помощью демонстрационной установки на выставке MWC Barcelona 2022, было определено потребление энергии от источников напряжения постоянного тока (рис. 4).

Оказалось, что линейные усилители мощности на базе GaN-транзисторов имеют значительное преимущество по эффективности на частоте 28 ГГц. Тем не менее все крупные OEM-производители до сих пор применяют технологии SOI или SiGe, которые обеспечивают более высокие уровни интеграции, использование больших пластин и, как следствие, меньшую стоимость конечного оборудования.

Ожидается, что в течение следующих пяти лет значительно скорректируется баланс между узкой диаграммой направленности (для передачи на дальние расстояния) и широкой (для повышения мобильности). Оптимальный компромисс для сетей, работающих в условиях плотного трафика, пока не совсем понятен; скорее всего, придется воспользоваться отдельными конфигурациями так, чтобы мобильные терминалы на движущихся транспортных средствах использовались иначе, чем сотовые телефоны пешеходов.

В частности, ожидается, что большие антенные массивы на основе технологии SOI будут поддерживать приложения для городских районов с высокой плотностью трафика, где требуются и вертикальное, и горизонтальное управление диаграммой направленности антенн, а скорости перемещения пешеходов являются типовыми.

Решающее значение также будет иметь физическая интеграция внешнего радиочастотного интерфейса. Поскольку для обеспечения низких вносимых потерь в полосах частот 24–40 ГГц потребуется очень плотная интеграция, для встраивания активной матрицы и пассивных элементов будут использоваться либо низкотемпературная совместно обжигаемая керамика (LTCC), либо 3D-структуры на стекле (рис. 5).

Один из наиболее удобных способов реализации радиочастотного блока состоит в использовании специальной радиочастотной интегральной схемы (РЧ ИС) на четыре антенных элементах. Одну РЧ ИС для формирования луча диаграммы направленности (путем настройки фазы и амплитуды) можно установить между четырьмя антенными элементами, используя для маршрутизации сигнала короткие трассы и минимум переходных отверстий (рис. 6) (важность решения проблемы переходных отверстий см. в [7]).

Пока остается открытым один важный вопрос, который касается использования фильтров в интерфейсе радиостанций миллиметровых волн. В настоящее время на входе приемника полосовые фильтры не используются. В них не было надобности, поскольку во время полевых испытаний спектр был достаточно чистым и для обеспечения внеполосного подавления можно было полагаться на естественный спад АЧХ патч-антенны и распределенной антенны.

Однако уже в ближайшем будущем, когда пройдут аукционы по использованию спектра и станут разворачиваться сети сразу нескольких операторов, возникнут взаимные помехи. На самом деле, даже при высоком уровне ЭИИМ и очень узких лучах диаграммы направленности помехи велики и, как известно, появляются там, где их не ждешь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector