Вредоносное ПО (malware) - это назойливые или опасные программы,...
Интернет полон страшилок про вред мобильных телефонов. Страшилки эти не сильно подтверждены серьёзными исследованиями, так что оставим их на совести авторов. Но ведь телефон действительно излучает какое-то количество мощности. Попробуем разобраться в проблеме. Первые тесты на осциллографе показали, что мощность очень быстро меняется во времени, поэтому вариант с условно одновременным измерением с разных точек не подойдёт, и нам придётся сгородить собственными руками рупорную антенну, чтобы собрать максимум излучаемой мощности.
Результат представлен на КДПВ. Баланс белого сознательно был выбран неправильным, т.к. с правильным балансом, как мы увидим, поверхность фольгирования несколько непрезентабельного цвета. Но приукрашивать - не наш метод, поэтому все остальные картинки «честные» - лучше горькая, но правда, чем приятная, но лесть (с).
Для начала нам надо измерить частотный диапазон в котором телефон общается с ближайшими вышками, т.к. сам исследовавшийся аппарат был трёхдиапазонным: 900/1800/1900 МГц. Поскольку для определения диапазона нам не нужно ни согласование, ни полная мощность, то можно воспользоваться простейшей петлевой антенной диаметром порядка 300 мм, вставленной в центральный контакт входного разъёма анализатора спектра. Сказано - сделано, диапазон 900 МГц. Не очень приятно, т.к. размер нашего будущего подопечного - максимально возможный. Длина волны составляет примерно 330 мм, половина её - 165 мм, а значит, как учат нас учебники, разумно воспользоваться волноводом сечения примерно 200х100 мм (середина октавы между отсечкой основной моды и заходом в волновод второй моды). Разумно-то, разумно, но где взять этого многокилограммового монстра? А что, если мы его сделаем из фольгированного стеклотекстолита? Размеры небольшие, материала хватит, жёсткости, скорее всего, тоже. Но что будет с самой антенной? Если делать её как следует, то придётся делать раскрыв около метра, а длину и того больше. С учётом сомнений в жёсткости такой конструкции и сомнений в достаточности материалов в итоге было принято волевое решение - раскрыв сделать 400 мм, а длину конструкции ограничить 600 мм. По крайней мере стоит пройти первичные тесты, прежде, чем делать сооружение, сопоставимое с детектором реликтового излучения.
Линейка и маркер в руках, позже - ножницы по металлу, в итоге имеем четыре симпатичные заготовки, из которых мы спаяем собственно рупорную антенну и коаксиально-волноводный переход в виде единого изделия. На первый взгляд поверхность фольгирования была чистой, так что я решил обойтись без шкурки и сразу начал процесс пайки С помощью обычного ПОС-60 и канифоли. Совмещаем две заготовки, фиксируем примерно прямой угол между ними (я обошёлся без угольника), прихватываем с одного торца, далее в месте изгиба и, наконец во втором торце. Текстолит тонкий, а значит лёгкий, так что этого уже хватает, чтобы конструкция не опадала под собственным весом. Далее пропаиваем полностью шов с внутренней стороны. Но не тут-то было - на первый шов ушло порядка получаса, кроме того последние два шва придётся делать в условиях усиливающейся клаустрофобии от собранной конструкции. Переборов нежелание испачкать чистые штаны летящей со шкурки пылью, я всё-таки зачистил поверхность под пропайку, после чего залудил все общие края заготовок. После этого процесс полной пропайки одного шва с контролем напросвет стал занимать пару минут, а выполнение последних двух швов не так уж и заметно сложнее первых. Макрофотография со внешней стороны:
Шов выглядит на мой взгляд вполне неплохо, волнистость в доли миллиметра, что вполне приемлемо. Теперь изготавливаем короткозамыкающий поршень из обрезков текстолита. Для этого сгибаем П-образную заготовку, центральная часть которого чуть меньше внутреннего сечения волноводной части и припаиваем к ней очередной обрезок, за который поршень можно будет вытащить, если он заупрямится:
Припаиваем антенну длиной поменьше половины короткой стороны волновода на SMA-разъём:
Это неиспользованный кривой вариант. Устанавливаем его в проделанное посередине длинной стенки отверстие:
И видим антенну с передней части рупора (видно и антенну, и её отражение):
В принципе мы уже готовы к измерениям с помощью осциллографа, но для страховки прежде всего посмотрим, с каким уровнем мощности мы можем столкнуться. Всемирная энциклопедия даёт нам следующие данные: максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM-1800 - 1 Вт, у GSM-900 - 2 Вт. Мощности эти достаточно велики, коаксиальный детектор будет работать уже не в квадратичном режиме. Для уменьшения мощности и перевода детектора ближе к правильному режиму ставим аттенюатор на 15 дБ (больше, к сожалению, не нашлось, лучше было бы тридцаточку). Переходим к тестам на осциллографе.
Кладём телефон на деревянный стул, включаем дозвон и ставим поверх телефона рупор с подсоединённым детектором. Сначала убеждаемся, что максимальная амплитуда принимаемого сигнала достигается ровно в центре рупора при расположении длинного (вертикального) размера телефона параллельно антенне рупора, затем настраиваем положение поршня по максимуму сигнала. Теперь можно начинать снимать «осмысленные» осиллограммы с детектора. Ни в одном из тестов не удалось добиться амплитуды сигнала более 200 мВ. К сожалению, это значение выше, чем диапазон имеющейся в наших руках калибровки:
Тем не менее, можно проэкстраполировать данные вправо и получить величину мощности около +3 dBm (десятичный логарифм от мощности, делённой на 1 мВт). Добавим сюда 15 дБ аттенюатора и 3 дБ на симметричное излучение внутрь антенны и в обратную сторону (проверяем переворотом телефона). Итого получаем +21 dBm или 126 мВт. Значение, на мой взгляд, довольно разумное. К сожалению, попытки заставить телефон потерять сигнал базовой станции и увеличить мощность передачи до максимума не увенчались успехом. Для этого идеально подошла бы экранированная комната или клетка Фарадея с сеткой много меньше длины волны, но ничего похожего поблизости не обнаружилось. Доставать рулон сетки-рабицы и обматываться им мне почему-то не захотелось. Таким образом, никаких окончательных ответов получено не было, и я даже подумал не публиковать статью. Но, немного поразмыслив, решил, что небольшая добавка графиков скрасит DIY статью.
На картинке ниже два набора данных - во время попытки дозвона и во время разговора:
Как ни странно, но во время разговора (красная кривая) данных передаётся даже меньше. Тот же график подробнее:
Длительность фрейма примерно соответствует номинальному значению 577 мкс, период тоже соответствует номинальному - восемь фреймов. У некоторых читателей наверняка возник вопрос - как можно передавать голосовые данные при частоте следования фреймов (битов) около 200 Гц (а по факту и ниже)? Дело в том, что для передачи данных используется не амплитудная, а квадратурная модуляция. Не вдаваясь в дебри этого не самого простого предмета, скажу, что один фрейм - это не один бит, полученный с помощью амплитудной модуляции, а целый пакет данных, модулированных не амплитудно, а фазово (на самом деле всё ещё хитрее, но это, нмв, выходит за рамки статьи). Естественно, после простого детектирования никаких следов фазы мы не видим. Замечу, что средняя мощность меньше пиковой в восемь раз за счёт промежутков между фреймами, и ещё раз в пять за счёт разреженности промежутков передачи.
Чтобы доказать линейность поляризации излучения, снимем сигнал, повернув телефон на 90 градусов вокруг направления на рупор:
Амплитуда заметно просела, но сигнал всё ещё обнаруживается. Это может быть результатом как неточно линейной поляризации, так и просто точностью ориентации оси телефона.
Раз мы посмотрели на детектированный сигнал, почему бы нам не посмотреть на сам сигнал вживую? Частота, конечно, высоковата, но нынче есть и быстрые осциллографы. Вот результат:
Символы - реально измеренные данные, кривые - сплайны по двум наборам данных за время одной попытки дозвониться, горизонтальная нормировка по периоду колебаний, шаг анимации - тысяча периодов. Плывущая фаза, насколько я понимаю - как раз и есть результат используемой в мобильной связи модуляции.
Итоговую конструкцию можно попробовать использовать одним из двух способов. Вариант номер раз - оттереть все отпечатки и прочие следы уксусом и собрать внутри сияющей меди вытяжку. Вариант номер два - соединить изделие коаксиальным кабелем с разъёмом для внешней антенны в телефоне. В поездках в глухие места она может неплохо помочь с качеством связи, если, конечно, угадать с направлением на вышку и поляризацией.
Спасибо за внимание, надеюсь, было интересно.
Расчет мощности излучения сотового телефона, поглощаемой в голове пользователя.
А. Курушин, А. Титов
Расчет мощности излучения сотового телефона, поглощаемой в голове пользователя
Для расчёта ближнего и дальнего полей, излучаемых антенной системой сотового телефона в различных ситуациях его работы, использована программа HFSS.Исследовано влияние положение штыря антенны, открытой и закрытой крышки корпуса, а также покрытия корпуса на диаграмму направленности телефона и мощность, поглощаемую в голове пользователя. В расчёте поглощения мощности в модели головы человека использованы значения модуля электрического поля по линии, проходящей через слои модели головы.
Введение
Моделирование антенной системы сотового телефона реально только с помощью численных методов на электродинамическом уровне. Численные методы решения уравнений Максвелла, с учётом граничных условий, источников, металлических и диэлектрических объектов в пространстве, работают тем точнее, чем большими компьютерными ресурсами располагает исследователь. Добавление в анализируемое пространство тела человека, представляющее собой диэлектрический материал с большими потерями, значительно усложняет задачу. Однако, именно расчёт и уменьшение мощности, поглощаемой в теле человека, сейчас является одной из приоритетных задач проектирования сотового телефона. Норма поглощения мощности, по отношению к весу, опре-деляется величиной 1,6 Вт/кг. Решение этой задачи в настоящее время выполняется чаще всего методом FDTD, реализованном в программах XFDTD, FIDELITY и другими. Ниже показано, как можно применить для решения этой задачи более доступную программу HFSS (High Frequency Structure Simulator). Объектом анализа является сотовый телефон TM510 фирмы LE Electronics.
На рис. 1 показан вид сотового телефона с открытой крышкой-экраном LCD (Liquid Crystals Dysplay). Считаем, что для электромагнитных волн экран LCD является металлом. Корпус телефона состоит главным образом из экранирующих металлических слоёв и покрыт сверху пластиком LEXAN ( = 2,9, tg D = 0,006 (8,5 ГГц)) толщиной до 3 мм.
Рисунок 1. Вид сотового телефона с открытой крышкой и закрытой крышкой с LCD
Металлический корпус телефона сам по себе имеет сложную форму, поскольку в нём имеются функциональные лакуны сплошного металлического корпуса. Один из таких важных прорывов находится в месте антенны. Поэтому при моделировании телефона в первую очередь строится металлический корпус, в одной из точек которого пропускается вывод антенны.
В реальной конструкции телефона антенна подключена через фильтр к выходу усилителя мощности. Однако в модели, построенной в программе HFSS 1 , антенна запитывается снизу через коаксиальный кабель, поскольку одним из допущений HFSS является то, что мощность может либо излучаться либо поглощаться через плоскости, которые окружают анализируемое устройство.
Антенна анализируемого телефона спиральная, состоящая из двух последовательных секций - с редким и с частым шагом. Такая спиральная антенна предназначена для работы в двух частотных диапазонах. Антенна покрыта материалом с = 2,2 (тефлон).
Модель сотового телефона состоит из корпуса и антенной системы, в которую входит спиральная антенна и несимметричный вибратор (штырь), включенные параллельно.
Расчет удельной мощности поглощения
По определению, величина удельной поглощаемой мощности (SAR - Specific Absorption Rate) в пространстве :
где - проводимость материала в данном объёме, См/м; Е - напряжённость поля, В/м; þ - удельная плотность вещества, кг/м3.
Формулу (1) можно использовать, если известны значения Е в интересующих точках модели головы. Анализ поля можно ограничить точками, наиболее близко расположенными к антенной системе, или по наиболее характерным направлениям. Такими направлениями в анализе выберем линии, идущие перпендикулярно корпусу телефона и на высоте, близкой к высоте антенны.
В работе используется трёхслойная модель головы человека (табл. 1).
Таблица 1. Параметры трёхслойной модели головы человека для частот 0,9 и 1,9 (в скобках) ГГц
| Вещество | Толщина, мм | Радиус границы сферы, мм | Относительная диэлектрическая проницаемость, | Проводимость слоя, См/м | tg D | Плотность слоя кг/м 3 |
| Мозг | 48 | 53 (46) | 1,1 (1,7) | 0,415 (0,369) | 1030 | Кость | 3 | 9 (8) | 0,06 (0,1) | 0,133 (0,125) | 1800 |
| Кожа | 1 | 59 (46) | 1,3 (1,9) | 0,44 (0,41) | 1100 |
В литературе можно найти и другие, более подробные модели головы . В программе HFSS с помощью операций объединения и вычитания трёхмерных объектов с заданной проницаемостью и проводимостью можно построить модель головы любой сложности.
Метод анализа
Программа HFSS для расчёта электромагнитного поля во всех точках анализируемого пространства использует метод конечных элементов (FEM).
Анализируемое пространство делится на театраэдры, и решается система уравнений для неизвестных (величины электрического и магнитного полей в вершинах тетраэдров).
Методика расчёта мощности, поглощаемой в голове пользователя, с помощью программы HFSS, состоит в использовании специального режима вывода величины поля - вдоль линии (LINE), пересекающей слои головы насквозь. В этом режиме можно рассчитать зависимость модуля поля от координаты удаления от антенны.
Погрешность метода конечных элементов, реализованного в программе HFSS, связана с тем, что разбиение на неодноразмерные тетраэдры даёт скачки напряжённости поля в промежуточных точках, поскольку в методе конечных элементов производится сшивание и выравнивание величин поля только в определённых точках пространства.
Поэтому поле, которое, предположительно, должно плавно спадать при удалении от источника, может дать скачки в решении, если разбиение грубое. При внесении в анализируемое пространство объекта, например, модели головы, эта погрешность может быть уменьшена, так как вершины тетраэдров (>рис. 3) располагаются на границе слоёв головы.
Рисунок 2. Телефон с открытой крышкой. Исходная конструкция телефона для анализа
Рисунок 3. Электрическое поле вблизи антенны, состоящей из секции с редким шагом и секции с частым шагом. Сверху виден штырь. Разбиение на тетраэдры показано в вертикальном сечении всего анализируемого пространства. Справа видны контуры сферы - модели головы
Расчет ближнего поля антенной системы сотового телефона
Ближнее поле антенной системы чаще всего носит реактивный характер, то есть направление перемещения мощности (вектор Пойнтинга) вблизи излучаемого объекта не обязательно по радиальной линии от точки излучения. Границей ближнего и дальнего полей считается дистанция, начиная с которой плоская волна распространяется строго от антенны.
Для получения информации о ближнем поле, необходимо с помощью постпроцессора вывести картину поля в сечении заданной плоскости. В этом случае программа HFSS также рассчитывает максимальное поле в какой-то точке (эту точку можно определить визуально по цвету) на этой плоскости.
Режим анимации постпроцессора влияет на свойства картины поля, но не влияет на значение максимальной его напряжённости. Ползунок регулирует только на соотношение цветов, создавая впечатление движения поля через плоскость.
Итак, для расчёта ближнего поля определяем несколько плоскостей, лежащих на удалении от задней крышки корпуса сотового телефона.
Анализ исходной структуры сотового телефона
Исходная структура (с закрытой крышкой и с вставленным штырём антенны) даёт результаты расчёта напряжённости поля, приведённые в табл. 2.
Таблица 2. Максимальные напряжённости поля в точках плоскостей, расположенных в сечениях при удалении от корпуса сотового телефона
| Имя плоскости | Удаление от корпуса, мм | ||
| F = 1,2 ГГц | F = 1,95 ГГц | ||
| SAR_18 max | 18 | 519 | 1166,3 | SAR_24 max | 24 | 660,3 | 581,2 |
| SAR_26 max | 26 | 808,2 | 692,7 | SAR_30 max | 30 | 148,8 | 363,8 |
| SAR_100 max | 100 | 87,5 | 250,7 |
Эти данные являются исходными, относительно которых рассчитываются поля и характеристики системы при изменении конструкции телефонной трубки. Пояснения результатов (табл. 2) приведены на рис. 4, где показаны две плоскости на удалении 18 и 100 мм от ближайшей стенки корпуса сотового телефона и картина поля в этих плоскостях, на которых можно найти точки с максимальной напряжённостью.
Рисунок 4. Картина напряжённости электрического поля в различных плоскостях, рассекающих модель головы. Постпроцессор программы HFSS
Диаграммы направленности в азимутальной и угломестной плоскостях рассчитаны для нескольких положениё по азимуту (для угломестной ДН) и для нескольких направлений по углу места (для азимутальной ДН):
Экспериментальные точки для данного телефона получены на специально разработанном фирмой Schmidt&Partners измерителе ближнего и дальнего полей NSI-97.
Анализ антенной системы с открытой крышкой сотового телефона
Телефон с открытой крышкой - другое положение конструкции, имеющее место после получения звонка пользователем и включения телефона на связь. Естественно, что чувствительность телефона не должна падать при открывании крышки. Построим модель, соответствующую рис. 2. Выполним электродинамический расчёт системы и выпишем максимальные напряжённости поля в плоскостях, расположенных на различном удалении от корпуса сотового телефона. Результаты расчёта на HFSS ближнего поля телефона без штыря, но с открытой крышкой, приведены в табл. 3.
| Имя плоскости | Удаление от корпуса, мм | Максимальная напряженность поля, В/м | |
| F = 1,2 ГГц | F = 1,95 ГГц | ||
| SAR_18 max | 18 | 1397,4 | 1715,5 | SAR_24 max | 24 | 752,1 | 727,9 |
| SAR_26 max | 26 | 784,4 | 668,5 | SAR_30 max | 30 | 513,6 | 564,6 |
| SAR_100 max | 100 | 111,5 | 107,7 |
Для сравнения результатов желательно сделать нормировку по отношению к мощности, рассеиваемой антенной системой. Рассеиваемая мощность зависит от степени согласования антенны с источником. Однако, если коэффициент отражения 20log|S11| достаточно низкий, например -10 дБ, то можно считать, что напряжённости поля в зазоре коаксиальной линии во всех расчётах близкие, поскольку отражённая мощность составляет меньше 5%, что может дать такую же погрешность расчёта. Хорошее согласование на одной частоте обеспечить реально, хотя бы с помощью внешней согласующей цепи.
Сравнение табл. 3 с данными табл. 2 показывает, что напряжённость поля возросла при открытой крышке. Но поскольку крышка должна экранировать голову, это несколько неожиданный вывод, объясняемый тем, что вдоль LCD наводятся СВЧ тока, вторичное излучение которых и является источниками повышенной напряжённости поля в объёме модели головы.
Диаграммы направленности при открытой крышке телефона показаны на рис. 7 и 8.
Рисунок 5. Угломестная ДН исходной излучающей структуры
Рисунок 6. Азимутальная ДН антенной структуры
Рисунок 8. Азимутальная ДН
Анализ поля для антенной системы с выдвинутой штыревой антенной показал, что в этом случае поле более равномерно распределено в пространстве, хотя максимум поля расположен ближе к корпусу телефона.
Общий анализ антенной структуры в присутствии модели головы
Модель головы (рис. 9) создана объединением сфер и цилиндров для трёх диаметров, а затем вычитанием одного из другого. В результате получены 3 объекта: покрытие толщиной 1 мм, со свойствами кожи; следующий слой толщиной 3 мм с параметрами кости и далее, в глубину, материал с параметрами мозга.
Рисунок 9. Расположение модели головы и вертикально стоящий сотовый телефон
Такая модель головы в программе HFSS, совместно с сотовым телефоном, имеет следующие параметры расчёта:
- количество элементов - порядка 15000–20000;
- количество неизвестных - порядка 100000–120000;
- требуемая память RAM - до 450–650 MB;
- время счёта одной частотной точки на Pentium-III - 30 мин.
При выводе картины качественного распределения электрического поля можно задать режим логарифмического распределения поля. Картину поля в объёме модели головы можно детально просмотреть и изучить.
Большую ценность несёт информация о распределении поля в сечении плоскости (рис. 10). Такие плоскости можно задать вдоль всей модели головы, но наиболее информативная часть - сечения, ближайшие к корпусу телефона.
Рисунок 10. Распределение ближнего поля в сечении модели головы и телефонной трубки. От самого большого уровня (красный) до самого маленького (голубой)
Однако для точного расчёта SAR необходимо знать количественное распределение поля в пространстве. Для этого используется вывод характеристик поля вдоль заранее определённой линии, перпендикулярной корпусу телефона и идущей сквозь слои модели головы.
На рис. 11 правая координата x = 82 соответствует точке корпуса телефона, ближайшей к модели головы. Двигаясь влево от точки с координатой x = 82 до точки с x = 72, видим отрезок, где напряжённость поля особенно высока. Это пространство от корпуса телефона до головы.
Рисунок 11. Напряжённость поля вдоль оси X, по мере удаления от модели головы
Чтобы получить более подробную картину распределения напряжённости поля в пределах модели головы, вводим другой масштаб (рис. 12).
Рисунок 12. Картина напряжённости поля в первом и втором слоях модели головы (увеличенный масштаб в первых слоях головы, наиболее близких к корпусу телефона)
Рисунок 13. ДН в угломестной плоскости с головой, частота 0,8 ГГц
Рисунок 14. ДН в азимутальной плоскости с учётом модели головы, 0,8 ГГц
В зависимости от амплитуды возбуждающего источника (который может изменяться по синусоидальному закону), напряжённость поля также будет изменяться в каждой точке пространства, поскольку в ближнем поле высшие типы волн меняются линейно, но фазовые соотношения меняют картину поля в пространстве.
Таким образом, когда меняется мощность излучения, то амплитуды высших типов волн в каждой точке пространства изменяются линейно, но результирующее поле приобретает сложный характер. Мы имеем тут дело не с нелинейной средой, а с интерференцией (суммированием различных типов волн).
Если изменить параметры возбуждения, распределение ближнего поля изменяется к показанному на рис. 11 и 12. Такой характер распределения объясняется суперпозицией волн высших типов в ближнем поле антенной системы.
Результаты, показанные на рис. 12, используются для расчёта значений SAR.
Таким методом можно рассчитать поглощение мощности в любой точке модели головы. Из рис. 11 и 12, можно видеть, что внутри головы человека существуют точки, в которых наблюдается концентрация энергии. Из-за особенностей корпуса телефона и всей антенной системы происходит фокусировка ближнего поля в голове, из-за чего исчезает характер монотонного спада поля с удалением от корпуса телефона с антенной. Конечно, усреднённую мощность в пространстве этих точек нужно рассчитывать, используя статистический анализ. Однако расчёты показывают, что небольшие металлические предметы, например, серьги в ушах, наводя небольшие статистически устойчивые поля, могут давать значительные мощности в точках пространства тела!
Диаграмма направленности в направлении головы имеет провал в азимутальной диаграмме направленности, поскольку в этой части происходит затенение излучаемой мощности.
Рассчитанные диаграммы направленности, по сравнению с рис. 5–7, показывают на 1...3 дБ меньшее излучение во всех направлениях, однако более равномерное. Очевидное объяснение этому - рядом с антенной системой находится объект с поглощающими свойствами. Однако видно также, что азимутальная ДН почти одинакова для разных углов наклона.
Заключение
Таким образом мощная программа HFSS, вне зависимости от производителя - Ansoft или Agilent, обладает уникальными возможностями, позволяющими применить её для решения задач анализа антенной системы сотового телефона. Для примера, в конкретной конструкции телефона проведён анализ в различном положении штыря и крышки и получено, что:
- в исходном положении антенны - с закрытой крышкой и невынутым штырём антенны диаграмма направленности антенной системы зависит от смещения антенны относительно оси симметрии корпуса. Сдвиг антенны от центра даёт смещение диаграммы направленности в азимутальной плоскости до 30º;
- в исходном положении антенна "светит" ещё и вниз, причём даже более эффективно, чем вверх, при определённых углах направленности;
- по сравнению с исходным положением сотового телефона - с закрытой крышкой и невытащенным штырём, открывание крышки приводит к значительной деформации диаграммы направленности в азимутальной плоскости. Провалы в диаграмме направленности увеличиваются с 2 до 8 дБ;
- при вытаскивании штыря в телефоне с закрытой крышкой усиление антенны увеличивается примерно на 3 дБ, что показывает такое же увеличение общей чувствительности системы. Однако вытаскивание штыря также приводит к более распределённому поглощению мощности в теле человека, что подтверждает, что более распределённые антенные системы предпочтительнее точечных. Вытаскивание штыря приводит к уменьшению усредненного SAR. Однако, есть несколько точек, где локальный SAR увеличивается;
- покрытие металлического корпуса материалом LEXAN изменяет резонансную частоту антенной системы сотового телефона в сторону уменьшения примерно на 200 MГц, что говорит о значительном влиянии покрытия на согласование антенной системы с приёмопередатчиком. Вообще увеличение массы корпуса телефона и его размера приводит к смещению резонансной частоты вниз; при внесении в поле излучения антенной системы модели головы значительно меняется ближнее поле и диаграмма направленности в азимутальной и угломестной плоскостях;
- величина SAR, рассчитанная с помощью HFSS по порядку (0,2...3 Вт/кг), соответствует литературным данным и близка к измеренным данным (1...2 Вт/кг) для сотового телефона.
Очень важный для практики вывод, следующий из многочисленных расчётов: корпус телефона может концентрировать поле в отдельных точках, работая как зеркальный отражатель. Этот расчётный результат получен при виртуальном разрезании модели головы плоскостями, параллельными сторонам корпуса телефона. Скачки концентрации поля достигают 10 дБ при общей тенденции спада мощности поглощения к центру головы.
Литература
- HFSS Manuals. Agilent, 2000.
- K. Fujimoto, J.R. James. Mobile Antenna Systems Handbook. 2-ed. 2001. 710 p.
- H. Mimaki, H. Nakano. Double patch helical Antenna. 1998. Samplung of papers IEEE.
- C.W. Trueman, S.J. Kubina, M. Slater. Modeling Helix Antenna with NEC4. Montreal, 1997. IEEE.
- Paivi Haapala, Pertti Vainikainen. Helical Antennas for multi-mode mobile phones. 26thEuMC, 1996.
- Баскаков С.И. Основы электродинамики. М.: Сов.Радио, 1976. 247 с.
Вызвала явный интерес читателей. Однако базовые станции, как правило, находятся далеко от нас - висят на вышках и зданиях. А мобильные телефоны, планшеты и другие мобильные терминалы, которые тоже являются источниками радиоизлучений, мы носим с собой и даже прикладываем к голове во время разговора. К сожалению, тема излучения мобильных телефонов уже обросла множеством ложных мифов и легенд, которые порождены иногда невежеством или некомпетентностью, а иногда и созданы намеренно, возможно даже с неблагородными целями.
Ниже вы найдёте:
- Анализ выходных мощностей излучаемых мобильными терминалами (телефонами, модемами, роутерами и т.д.) поддерживающими GSM, UMTS, LTE, Bluetooth, Wi-Fi;
- Разбор мифов и легенд, возникших вокруг этой темы;
- Как избегать излишнего воздействия излучений в типичных ситуациях пользования мобильной связью.
Сначала рассмотрим нормативы на излучение мобильных терминалов GSM-UMTS-LTE, и как происходит управление выходной мощностью в сетях, основанных на этих технологиях радиодоступа. А затем уже обратимся к рассмотрению мифов и легенд, которые возникли и созданы вокруг этой темы.
Поскольку и нормативы на выходную мощность, и управление выходной мощностью различны для разных технологий радиодоступа, рассмотрим каждую технологию отдельно.
Чтобы не утонуть в мелких деталях, которые важны лишь для специалистов, я затрону только наиболее важные моменты.
GSM
В стандартах GSM 05.05 и 3GPP-ETSI TS 45.005 предусмотрены несколько классов мобильных терминалов с разной максимальной выходной мощностью:Рисунок 1. Таблица выходных мощностей мобильных терминалов GSM.
Однако на практике, в настоящее время мобильные терминалы выпускаются только с выходной мощностью до 2 Вт в диапазоне GSM 900, и до 1 Вт в диапазоне GSM 1800 (который по старой памяти называют еще и DCS 1800).
Уместно ещё вспомнить, что в сети GSM используется частотно временной принцип разделения каналов (FDMA/TDMA). Передатчик мобильного терминала излучает в определенной полосе частот, но излучает не непрерывно, а лишь в течение определенных интервалов времени (таймслотов). В режиме разговора, излучение происходит лишь в один интервал из 8 (или из 16, если используется режим Half Rate), а значит усредненная выходная мощность терминала, для наиболее распространенных устройств не будет превышать 250 (125 для HR) и 125 мВт (63 для HR) в диапазонах GSM 900 и GSM1800 соответственно.
Терминалы с более высокими значениями выходной мощности (до 8 Вт) раньше ставили на автомобили, где проблема с запасом энергии и длительностью автономной работы от батареи не столь остры, как для носимых устройств, зато можно обеспечить связь на большем удалении от базовых станций, что важно в сельской местности. Но по мере улучшения покрытия территории сотовыми операторами необходимость в более мощных передатчиках начала уменьшаться, а носимые телефоны отвоёвывали всё большую долю рынка. К тому же, сотовые операторы с помощью параметров настройки в сети ограничивали максимальную выходную мощность, с которой может работать мобильный терминал, на уровне носимых устройств, что делало бессмысленным использование телефонов с более мощными передатчиками. В результате в последнее время новых устройств с большими выходными мощностями на рынке практически не наблюдается. Устройства с меньшей выходной мощностью (0,8 Вт и 0,25 Вт соответственно) на рынке тоже практически отсутствуют, хотя иногда производители GSM-трекеров (устройств для отслеживания местоположения объектов) заявляют о такой выходной мощности, что в принципе должно увеличить длительность их автономной работы при малых габаритах. Однако на практике такие выходные мощности не всегда подтверждаются.
Кроме ограничения на максимальную выходную мощность, стандарты предусматривают возможность регулирования выходной мощности передатчика терминала GSM по командам базовой станции с шагом 2 дБ.
Управление выходной мощностью передатчика мобильного терминала со стороны базовой станции имеет несколько сторон.
Прежде всего, каждая базовая станция GSM на канале управления передает «системную информацию», в состав которой входит параметр MS_TXPWR_MAX_CCH, указывающий телефону максимальную выходную мощность, которую мобильный терминал может использовать в начале сеанса связи до тех пор, пока БС не примет на себя управление выходной мощностью передатчика терминала. Настройка именно этого параметра сотовыми операторами сделала бессмысленным изготовление телефонов с мощными передатчиками.
После начала обмена информацией, базовая станция начинает измерять уровень сигнала, принимаемого ею от конкретного терминала и, стараясь поддерживать уровень сигнала в оптимальном диапазоне, специальными командами регулирует выходную мощность передатчика терминала. Тем самым достигаются сразу несколько положительных эффектов:
- За счет снижения выходной мощности передатчика терминала экономится энергия его батареи и увеличивается время автономной работы;
- Уменьшается воздействие излучения терминала на владельца или другие биологические объекты, расположенные поблизости;
- Создаются условия для оптимального режима работы приемника базовой станции, исключается перегрузка входных цепей при нахождении терминала вблизи базовой станции.
Рисунок 2. Регулирование выходной мощности передатчика телефона GSM в хороших условиях связи.
Из графика видно, что после непродолжительной работы на максимальной выходной мощности в самом начале сеанса связи, мобильный терминал, работающий в диапазоне GSM 900, по командам базовой станции достаточно быстро снизил максимальную выходную мощность с 33 дБм (2 Вт) до 7 дБм (5 мВт).
Кстати, многие наверняка слышали уменьшающиеся по громкости помехи - трели, которые издают радиоприемники и иные электронные устройства, находящиеся рядом с сотовым телефоном GSM непосредственно перед тем, как телефон начинает звонить. Эти звуки появляются в результате преобразования сигналов передатчика телефона в транзисторах и иных компонентах с нелинейными вольт-амперными характеристиками и затухают по мере того, как БС уменьшает выходную мощность передатчика телефона.
Конечно, в случае ухудшения сигнала в приемнике БС, она обязательно скомандует терминалу увеличить выходную мощность, и далее будет регулировать ее так, чтобы поддерживать оптимальные условия передачи информации, что хорошо видно на следующей картинке. Когда мобильный терминал начал перемещаться в место совсем плохими условиями связи, БС командами постепенно увеличила выходную мощность до максимальной.
Рисунок 3. Регулирование выходной мощности передатчика телефона GSM, перемещаемого из места с хорошими условиями связи в место с плохими условиями связи.
UMTS
Выходные мощности мобильных терминалов UMTS регламентируются в TS 25.101:
Рисунок 4. Выходные мощности передатчиков мобильных терминалов UMTS.
Наиболее распространены сейчас мобильные терминалы UMTS, соответствующие по выходной мощности 3-му классу. В переводе на более привычные единицы, выходная их мощность составляет 250 мВт (1/4 Ватта).
Однако в сетях UMTS управление выходной мощностью мобильных терминалов происходит иначе, чем в сетях GSM. Мобильные терминалы UMTS, обслуживаемые в пределах одного и того же сектора, принимают и передают информацию в одной и той же полосе частот. Если бы мобильный терминал UMTS действовал так же, как и в сети GSM, то в начальный момент он создавал бы очень сильные помехи, мешающие БС принимать сигналы других терминалов, обслуживаемых в той же полосе частот. Чтобы поддерживать наименьший уровень помех на входе приемников БС, в UMTS предусмотрены более строгие требования к управлению выходной мощностью терминалов. Это касается и точности регулирования выходной мощности (шаг изменения может достигать 1 дБ по сравнению с 2 дБ в GSM), так и частоты регулировки – в UMTS она равна 1500 раз в секунду.
Чтобы не создавать помехи на начальной стадии установления соединения, передача начинается с небольшого уровня, который рассчитывается мобильным терминалом исходя из уровня принимаемого сигнала базовой станции – чем выше уровень принимаемого сигнала, тем меньше выходная мощность терминала при начале сеанса. Если базовая станция не ответила, то мобильный терминал повторяет запрос с чуть более высоким уровнем сигнала, пока не получит отклик БС или не исчерпает максимальное число попыток, предписанное базовой станцией в системной информации. После установления соединения уже БС своими командами тщательно регулирует выходную мощность передатчика терминала UMTS, поддерживая ее на минимально необходимом уровне.
Рисунок 5. Регулирование выходной мощности передатчика телефона UMTS.
В ситуации, когда записан этот график, выходная мощность передатчика поддерживалась на уровнях между – 20 и -40 дБм (от 0,01 до 0,0001 мВт).
И еще один любопытный график со статистикой выходной мощности работающих терминалов UMTS в условиях города с достаточно высокой плотностью БС:
Рисунок 6. Статистика выходных мощностей передатчиков телефонов UMTS в условиях городской застройки.
Видно, что выходная мощность большинства терминалов не превышает -10 дБм (0,1 мВт), а максимальная оказалась равной 14 дБм (~25 мВт).
Учитывая такую разницу в выходных мощностях передатчиков в сетях GSM и UMTS, сильно озабоченные своим здоровьем абоненты могут сделать правильные выводы о том, стоит ли переключать свои телефоны в режим «GSM Only». :-)
LTE
Выходные мощности мобильных терминалов, работающих в сетях LTE, регламентируются в стандарте 3GPP-ETSI TS 36.101, причем разнообразие вариантов максимальных выходных мощностей передатчиков выродилось практически в один «Class 3» с +23 дБм ± 2 дБ. (200 мВт).Теоретически возможен вариант терминалов «Class 1» с + 31 дБм ± 2 дБ, однако он предусмотрен только в одном частотном диапазоне (Band 14), использование которого в России не разрешено.
К сожалению картинок, иллюстрирующих регулирование выходной мощности передатчика мобильного терминала LTE, пока получить не удалось, но принцип управления выходной мощностью в LTE, где терминалы также работают в одной полосе частот, похож на UMTS. Мобильный терминал начинает сеанс связи с небольшой выходной мощности, рассчитанной исходя из уровня предписанного БС и прогнозируемого затухания сигнала на пути до БС. Если ответ на запрос не получен, то терминал повторяет запросы, постепенно увеличивая выходную мощность, до получения ответа БС или исчерпания максимально разрешенного числа попыток. После установления связи, БС принимает на себя управление выходной мощностью передатчика терминала и может отсылать команды управления до 1000 раз в секунду.
В LTE становятся актуальными темы агрегации частот и MIMO (Multiple Input, Miltiple Output) – использование нескольких параллельно работающих каналов. Однако на тему выходной мощности передатчиков мобильных терминалов это радикального влияния не окажет. При использовании этих режимов максимальная выходная мощность должна быть равна сумме выходных мощностей на антенных разъемах каждого канала.
Выходные мощности вспомогательных передатчиков
Помимо основного передатчика современные мобильные терминалы могут иметь в своем составе устройства Bluetooth и Wi-Fi, которые тоже могут излучать радиосигналы, поэтому в контексте темы уместно обратить внимание и на эти источники радиоизлучений.Bluetooth
Спецификации Bluetooth можно найти на сайте организации (https://www.bluetooth.org/en-us/specification/adopted-specifications).Они предусматривают работу в диапазоне частот, выделенном для промышленных, научных и медицинских целей (ISM) 2.400-2.4835 ГГц, и три класса устройств по уровням выходной мощности передатчика:
Рисунок 7. Выходные мощности передатчиков Bluetooth.
Однако в российских требованиях к мобильным терминалам GSM-UMTS-LTE разрешенная выходная мощность дополнительных передатчиков (в том числе и Bluetooth) ограничена уровнем 2,5 мВт, то есть вторым классом.
Хотя устройства Bluetooth могут использовать разные способы модуляции, указанные выше значения выходных мощностей не должны превышаться в любых случаях.
Регулировка выходной мощности передатчика в обязательном порядке требуется от устройств Class 1, и только при работе на уровнях выше +4 дБм (2,5 мВт), однако может опционально присутствовать и в устройствах других классов. Регулировка должна быть монотонной с шагом от 8 до 2 дБ. Назначение такой регулировки – предотвратить перегрузку входных каскадов находящегося рядом устройства-партнера, и оптимизировать расход энергии батареи.
Таким образом, максимальные выходные мощности устройств Bluetooth во многих случаях ниже, чем выходные мощности передатчиков для мобильной связи, если только, в руки к вам не попало устройство, купленное в стране, где такие ограничения не действуют, или завезенное в Россию «серым» путем.
Wi-Fi
Стандарты на устройства Wi-Fi (IEEE 802.11 a/b/g/n) предусматривают меньшее разнообразие при управлении выходной мощностью передатчиков устройств. К тому же, на требования, установленные в самих стандартах, накладываются ограничения, установленные региональными (например, для Европы) и национальными (российскими) нормами.В европейских требованиях выходная мощность передатчиков абонентских терминалов Wi-Fi ограничена значением 100 мВт (+20 дБм).
В российских нормах присутствует правовая коллизия. С одной стороны, во всех Правилах применения абонентских терминалов, установленных для сетей GSM, UMTS и LTE установлено ограничение на выходную мощность вспомогательных передатчиков, работающих в диапазоне 2.400-2.4835 ГГц, на уровне не более 2,5 мВт.
Но с другой стороны, в реальных абонентских терминалах (телефонах, роутерах и т.п.) выходные мощности передатчиков Wi-Fi соответствуют европейским ограничениям и обычно, по сертификационным документам не превышает 60… 70 мВт.
Реальные выходные мощности дополнительных передатчиков Bluetooth и Wi-Fi, встроенных в мобильные терминалы GSM-UMTS-LTE будет зависеть от режима их работы.
В контексте темы выходной мощности устройств можно выделить два основных режима:
- режим «мастера», то есть устройства, управляющего работой других подключенных к нему устройств, и
- режим «клиента» - устройства, работающего под управлением устройства, выполняющего функции мастера.
В режиме «клиента» устройство включает передатчик лишь в отведенные интервалы времени для передачи информации на другие устройства. Таким образом, средняя выходная мощность передатчика в режиме «клиента» в среднем будет заметно ниже, чем в режиме «мастера».
Поскольку предсказать среднюю выходную мощность в реальных условиях использования устройств Bluetooth и Wi-Fi затруднительно, будем ориентироваться на максимальные значения, как на наихудший вариант.
После того, как мы разобрались с возможными значениями выходных мощностей терминалов, взаимодействующих с разными сетями радиодоступа, давайте проанализируем некоторые мифы и легенды, существующие вокруг выходной мощности терминалов.
FAQ
Чьё излучение сильнее – от базовой станции или от мобильного терминала?Уровни выходной мощности передатчиков мы уже рассмотрели. Для того, чтобы ответить на поставленный вопрос, уместно вспомнить, что мобильные терминалы GSM-UMTS-LTE обычно работают при уровнях сигнала на входе приемников от -110 дБм до -40 дБм.
Сравнивая эти значения с выходными мощностями передатчиков мобильных терминалов (-50… +33 дБм), можно сделать вывод, что уровень излучения передатчика мобильного терминала в месте расположения абонента, обычно на много порядков больше, чем уровень сигнала базовой станции.
Можно ли узнать текущее значение уровня выходной мощности своего телефона и уровень принимаемого телефоном сигнала?
Обычному пользователю доступна очень условная информация об уровне принимаемого сигнала, в виде отображения нескольких «палок» или «точек», увеличение количества которых соответствует большему уровню принимаемого сигнала. Но отображение уровня принимаемого сигнала не регламентируется стандартами, поэтому на устройствах разных производителей одно и то же количество «палок» может соответствовать разным уровням принимаемого сигнала. А информация о выходной мощности передатчика обычно пользователю вообще недоступна.
Но иногда такая возможность появляется, если в телефоне включена встроенная в программное обеспечение функция нетмонитора, или в смартфон установлена специальная программа, способная показывать значение выходной мощности передатчика. Уровень принимаемого сигнала БС предоставляют практически все программы подобного рода.
Что касается выходной мощности собственного передатчика, то такая информация встречается нечасто, главным образом, в программах, предназначенных для профессионального использования. Причем, чаще всего отображается не само значение выходной мощности в милливаттах или дБм, а указывается условный номер уровня выходной мощности. В этом случае для выяснения реальной выходной мощности пользователю потребуется таблица пересчета условного номера в значение выходной мощности, что для профессионалов не представляет проблемы.
Радиоизлучение телефонов во время разговоров греет мозг!
В попытках убедить в этом снимали даже видеоролики, показывающие, что излучением телефонов можно сварить яйцо.
Но давайте трезво проанализируем ситуацию и для начала обратимся к цифрам.
Предположим, что в режиме максимальной выходной мощности все 0,25 Вт не излучаются в окружающее пространство, а преобразуются в тепло, нагревая голову, и утечка этого тепла отсутствует. Например, как будто источник излучения находится в центре головы-термоса. Тогда за 600 секунд разговора на нагрев головы будет использовано (0,25 Вт * 600 сек) 150 Джоулей, или 35,82 калории. Такой энергии хватит на то, чтобы нагреть 35,82 г воды на 1 градус. Если посчитать голову за 4 литра воды, то такой энергии излучения телефона хватит для того, чтобы нагреть «голову» менее чем на 0,01 градуса.
Однако, из-за того, что тело и голова человека представляют собой полупроводящее вещество (много жидкости с растворенными солями), то внутрь тела проникает лишь очень небольшая часть излучения и на небольшую глубину. Основная же часть излучения телефона, находящегося вблизи тела человека, от него отражается!
Таким образом, даже расчеты баланса энергии показывают, что нагрев головы излучением телефона является чистым вымыслом. Откуда же возникает ощущение нагрева головы?
Во время разговора в телефоне работает не только передатчик, но и много других электронных компонентов. При этом только часть энергии, потребляемой от батареи, преобразуется в излучаемый радиосигнал, а существенная часть выделяется в виде тепла, точно так же, как и в любом компьютере, где во время работы греются электронные компоненты. Не зря ведь на процессоры цепляют радиаторы. По приблизительным оценкам, в тепло может преобразоваться около половины энергии, потребляемой телефоном от батареи. В телефонах отвод тепла от нагревающихся деталей затруднен, но в конечном итоге тепло выходит на поверхность корпуса, нагревая его. При тестировании USB-модемов мы наблюдали, как в неудачных конструкциях температура деталей в районе SIM-карты достигала 85 градусов. А во время длительного разговора по телефону человек обычно ещё плотно прижимает телефон рукой к уху, улучшая тепловой контакт с ухом/головой и одновременно ухудшая рукой отвод тепла от поверхности корпуса телефона. Через этот контакт тепло и передается от постепенно нагревающегося корпуса к голове.
Если приложить к уху нагретый утюг, то ощущение тепла может оказаться еще более впечатляющим, но на вредное радиоизлучение утюга народ особо не жалуется.
«Телефон излучает на максимальной мощности во время поиска сети»
Это довольно распространенное заблуждение, которое, к сожалению, встречается не только в рассуждениях в Интернете, но и в печатной литературе.
Но нелепость этого становится достаточно очевидной, если задуматься о том, а для кого терминал должен излучать сигнал с высокой мощностью, с какой целью? Ведь в это время терминал ищет сигналы базовых станций, а не пытается привлечь внимание базовых станций к себе! Так зачем понапрасну тратить энергию батареи на безадресное излучение передатчика в никуда?
На самом деле, во время поиска сети в мобильном терминале передатчик молчит, а активно работает только приемник, потребляющий лишь чуть больше энергии, чем в режиме ожидания. Убедиться в том, что при поиске сети передатчик не работает на максимальной мощности можно и экспериментально. Полностью зарядите батарею телефона, и положите телефон в плотно закрытую жестяную банку. Она будет экранировать сигналы базовых станций, и заставит телефон начать поиск сети. Для надежности экранирования можно сделать «матрешку» из нескольких банок, вложенных одна в другую.
Посмотрите, сколько проработает телефон до автоматического выключения вследствие разряда батареи, и сравните это значение с тем, сколько времени по обещаниям производителя телефон должен проработать в режиме разговора. Вы легко убедитесь, что телефон проработает в режиме поиска сети (внутри экранирующей банки) значительно дольше, чем в режиме разговора, хотя и меньше, чем указывает производитель для режима ожидания.
Иногда встречаются рекомендации выключать телефон на время поездки в метро, мотивированные как раз «заботой о здоровье», чтобы не подвергать себя воздействию излучения телефона. Смысла в выключении телефона в метро мало, потому что, во-первых, сейчас во многих местах телефон может нормально работать и в метро, а во-вторых, даже потеряв сеть, телефон излучать и вредить здоровью не будет.
Устройства для защиты от вредного излучения телефона
Учитывая приведенные выше расчеты, сама по себе тема необходимости дополнительной защиты выглядит странновато. Ведь устройства мобильной связи проходят сертификацию по защите здоровья пользователей. Тем не менее, попытки продать пользователям мобильных телефонов различные «снадобья», надежно защищающие от вредного излучения телефонов, отмечались многократно.
Я видел несколько вариантов наклеек, которые предлагалось размещать под батареей телефона или на задней крышке телефона. Производители обещали снижение излучения аж на 99,9%.
Однако опыт работы с экранированными помещениями, и измерения степени затухания радиосигналов, которые такие помещения обеспечивают, показывают, что даже металлическая комната, выполненная путем сварки из стали толщиной 4-6 мм, в случае наличия дефектов сварных швов, щелей в дверных проемах, или утечках в фильтрах, через которые в комнату вводятся проводные коммуникации, не сможет обеспечить такого уменьшения сигнала, как заявляют производители чудо-наклеек.
А результаты измерений, якобы подтверждающие эффективность уменьшения поля «чудо-наклейками», чаще всего или выполнены технически неграмотно, или сфальсифицированы. По сути дела, это мошенничество, попытки заработать денег на фобиях людей, не разбирающихся в вопросе.
Кстати, через несколько лет, после того, как кто-то из импортеров предлагал продавать в офисах «Билайн» наклейки для защиты от излучения телефонов, я увидел в Интернете, что хозяева «конторы» - производителя были осуждены в США за мошенничество.
Некоторые дельцы пытаются продавать подобного рода наклейки, не как экранирующие устройства, а как «модифицирующие электромагнитные поля», что не меняет в корне их сущности – попытки вытянуть деньги, спекулируя на опасениях людей.
Ну, а целесообразность использование шапочек из фольги уже обсуждалась, и является скорее вопросом веры, чем реальной пользы.
Использование гарнитуры (проводной или Bluetooth), как средства защиты от излучения телефона
Принимая во внимание расчеты теплового воздействия излучения передатчиков телефонов, становится понятным, что мотивом для пользования гарнитурами должны быть не столько защита от вредного воздействия излучения телефона, а в первую очередь удобство и, что важнее, безопасность при вождении автомобиля! Ведь при обычном пользовании телефоном во время вождения автомобиля водитель вынужден держать его рукой, что ограничивает его возможности по управлению машиной. Ведь даже автомобиль с автоматической коробкой передач не исключает необходимости в определенных условиях выполнять действия одновременно двумя руками. Что уж говорить о вождении автомобилей с механической коробкой передач.
Как пользователь может уменьшить выходную мощность передатчика телефона?
После информации о том, что выходной мощностью передатчика телефона во время сеансов связи управляет базовая станция, вопрос, на первый взгляд выглядит странно. Тем не менее, у пользователя есть возможности влияния на выходную мощность передатчика телефона!
Вспомним о том, что при регулировании выходной мощности базовая станция стремится поддерживать уровень принимаемого ею сигнала от мобильного терминала в оптимальных пределах. А уровень принимаемого базовой станцией сигнала зависит и от мощности радиосигнала, излучаемого телефоном, и от затухания радиосигнала на пути от передатчика мобильного терминала до входа приемника базовой станции. Уменьшая затухание радиосигнала на пути от телефона до базовой станции, пользователь может уменьшать выходную мощность передатчика телефона, требуемую для получения нужного сигнала на входе приемника БС.
Чтобы уменьшить затухание сигнала нужно стараться соблюдать достаточно простые правила, о которых я уже писал ранее .
В качестве заключения - основные выводы, которые можно сделать на основе изложенного
- Излучение мобильных устройств, наверное, не самое естественное и полезное для здоровья воздействие на человеческий организм, поэтому уже давно введены санитарные нормы на воздействие радиоизлучения. Причем действующие в России нормы являются одними из самых строгих норм в мире.
- Уровень излучения мобильного телефона, используемого абонентом, как правило, больше, чем излучение от базовой станции, за исключением очевидных случаев, когда человек намеренно залезает в основной луч в непосредственной близости от антенны БС.
- Излучаемый мобильным телефоном радиосигнал даже при максимальной мощности передатчика не способен оказывать заметного теплового воздействия на тело и голову человека.
- Телефон при потере сети не излучает! Ради защиты от излучения телефона, его вовсе не обязательно выключать в местах, где отсутствует покрытие сетей мобильной связи.
- При пользовании телефоном старайтесь держать телефон таким образом, чтобы не затруднять распространение радиоволн – не закрывайте антенну руками (где находится антенна, и как лучше держать телефон, обычно написано в инструкции к нему), располагайте телефон ближе к окнам, чтобы уменьшить затухание радиосигнала в конструкциях здания.
- Длинные разговоры по мобильному телефону лучше вести в местах с хорошим приемом – там уровень излучения вашего телефона будет ниже!
- Без необходимости не оставляйте в телефоне включенным Wi-Fi в режим «точки доступа» или «модема», чтобы не заставлять телефон напрасно излучать радиосигнал, необходимый для управления подключаемыми устройствами. Это не только уменьшит воздействие на вас излучения, но и сохранит энергию батареи.
Теги: Добавить метки
Сколько копий было сломано в словесных баталиях о вреде сотовых телефонов, а воз и ныне там! Лучшие умы пытаются распутать ситуацию. Однако этот гордиев узел так просто не дастся. Лобби производителей сотовых телефон трудно недооценить. Гигантский финансовый конвейер запущен. Остановить его невозможно. Вы считаете, что это не так? Обратите внимание, что индустрия табака имеет годовой оборот существенно меньше, чем сотовая индустрия, вред курения очевиден даже тумбочке, но финансовый механизм работает без сбоев. Поэтому разговоры о законодательном снижении «вредного излучения» сотовых телефонов, а по-другому это и не назовешь, политический блеф.Давайте вместе попробуем разобраться в том, что называют «вредным излучением». Выявив основную причину, мы сможем минимизировать его воздействие на ваш организм. Прежде всего хочется оговорится – современная медицина не пришла к однозначному выводу о вреде сотовой телефонии. Разбираться в причинах мы не станем. Наше дело познакомиться с проблемой и принять информацию к сведению. Предупрежден – значит вооружен. Что же нас облучает и что становится причиной вреда нашему здоровью? Сотовый телефон – устройство электрическое. Ваше общение с другими абонентами, отправка сообщений, передача данных и простой в режиме ожидания в большей или меньшей степени сопровождаются генерацией электромагнитных волн. Все наши разговоры будут вестись вокруг тех колебаний, которые рождает передающая антенна. Излучения от других составляющих трубки (экран, генератор частоты и так далее) не представляют никакого интереса, так как их доля ничтожна. Итак, сотовый телефон излучает электромагнитные волны. Что они из себя представляют? Колебание магнитного и электрического поля. Волны способны воздействовать на любые материалы – органику и неорганику. Человечество давно поставило электромагнитные колебания себе на службу. Мир коммуникаций буквально пропитан ими. Радиостанции, телевещание, связь находятся в прямой зависимости от них. Кроме этого множество электрических устройств рождают электромагнитные волны в достаточно высоких «концентрациях». Например, высоковольтные линии передач. Физическая медицина давно обратила свое внимание на изучение электромагнитных волн. Выявлены многие закономерности. В некоторых случаях электромагнитное излучение выставлено на стражу нашего здоровья (например, ЭМТ или рентген), но в подавляющем большинстве случаев мы не можем говорить об однозначном влиянии, особенно когда речь заходит о высоких частотах. Всем вам хорошо известны микроволновые печи. В них электромагнитное излучение, поставленное на нашу службу, разогревает пищу. Излучение расшатывает мельчайшие составляющие – атомы, и продукты разогреваются. Все мы не раз становились свидетелями того, что специальная посуда остается холодной. Это говорит в пользу избирательности излучения. Производители сотовых телефонов планомерно поднимают частоты мобильников. Трубки начинают работать в частотных диапазонах 1800 МГц и 1900 МГц. В этом сантиметровом диапазоне волны становятся непредсказуемы. Мы не перепутали слово. Именно, непредсказуемы. Их излучение достигает нашего тела и «греет» его. А электромагнитные волны начинают воздействовать на ткани человеческого организма. Впрочем, сотовый телефон не одинок в облучении вашего организма. С неменьшим успехом на него светят базовые станции. Если такой «подарок» находится прямо перед вашими окнами… Автору этого материала приходилось по долгу службы общаться с военнослужащими, которые длительное время жили рядом с радиолокационными станциями. Мощность, конечно, несоизмерима, но последствия в виде разрушенных волосяных луковиц и эмали зубов сразу заметны. На протяжении десятилетий ученые ставили эксперименты по воздействию различных электромагнитных волн на животных. Выявлены десятки закономерностей. Однако экспериментов со здоровьем человека никто не ставил. Многочисленные выборки карт больных в клиниках и связь их с использованием сотовых телефонов не может носить объективный характер. Необходимо поставить эксперимент на десятке тысяч людей и желательно растянуть его на несколько поколений. Отсюда мы видим весь цинизм по отношению к годичным экспериментам. В результате, мы все становимся подопытными мышами. Расхлебывать этот эксперимент предстоит нашим детям или даже внукам. Современная наука склонна замалчивать о многом. Например, о негативном воздействии жесткого излучения известно всем. Однако если вы попробуете получить доступ к результатам серьезных экспериментов, то вас постигнет фиаско. Отбросим моральную сторону вопроса и представим себе чернобыльскую аварию, как ход большого медицинского эксперимента. Миллионы людей были облучены и исследования их здоровья на протяжении почти 20 лет дали бы огромные знания. Однако таких исследований никто не ведет. Не существует даже единой медицинской базы пострадавших. Смею заметить, что такая «халатность» затронула не только нашу страну. Такая ситуация наблюдается во всем мире. Например, демократичные американцы ведут себя абсолютно идентично нашему правительству в таких вопросах. Эта ситуация наглядным образом показывает, что достоверных сведений просто нет. Нам дают только осколки информации. Доподлинно известно, что электромагнитное излучение частотой выше 1 МГц разогревает наши ткани. Человеческие клетки очень болезненно относятся к этому процессу. Безусловно, он носит вероятностный характер. Однако численно оценить его никто пока не может. Разумеется, зависимость строится от мощности облучения, вида тканей, времени и частоты. Чем чреват перегрев тканей? Прежде всего, пугает разрушение белков в клетках. Последствия могут носить самый неожиданный характер. Клетки могут превращаться в раковые. Возможно возникновение доброкачественных опухолей, отмирание клеток, их «самолечение» и т.д. Одним словом, перегрев вреден для организма. Часто речь заходит о том, что ткани имеют собственный потенциал терморегуляции, который и защищает их. Да это так. До определенной планки их можно греть. Однако мы подчеркиваем, что все процессы по мутациям носят вероятностный характер. Насколько оправдан риск игры в «русскую рулетку» с огромным барабаном, если остается вероятность потерять жизнь? Решать вам. Второй доподлинно известный факт говорит о том, что электромагнитные поля воздействуют на нервную систему. Механизм этого процесса прост. Поля нарушают проницаемость клеточных мембран для ионов кальция. В результате нервная система начинает неправильно функционировать. Проводилось множество экспериментов на собаках, когда они под воздействием электромагнитного излучения становились нервными и возбудимыми. Человеческий организм откликается абсолютно так же. Германские медики продемонстрировали, что электромагнитное излучение у разных людей вызывает депрессию и наоборот взрывы в настроении. Это говорит, что однозначного действия на нервную систему ЭЛВ не оказывают. Отклик организма очень индивидуален.
SAR – что это такое?
Итак, воздействие сотового телефона на организм факт установленный. Общественная реакция обязала производителей создавать такие трубки, которые являются «безопасными». В определенный исторический момент появилась необходимость ввести параметр, который покажет коэффициент поглощения излучения от сотового телефона. Так родился SAR (SAR - Specific Absorption Rate). Его величина определяет энергию электромагнитного поля, выделяющуюся в тканях за одну секунду. Российская система измерений не приняла этот параметр. Причина в том, что нашим чиновникам хотелось выделиться. Излучение стали измерять в ваттах на квадратный сантиметр за секунду. Можно сказать, что наших мыслителей больше беспокоит входящая энергия. Возможно, это ближе к жизни, но весь цивилизованный мир идет другим путем. Отбиваться от него в этом, значит терять деньги на дополнительных экспериментах и создавать трудности в понимании. Коль скоро наша страна не может выделить должных средств на необходимые эксперименты, «выпендреж» в мелочах смотрится очень дешево. Разумеется, это субъективное мнение. Сертификация сотовых телефонов перед ввозом их в нашу страну подразумевает экспертизу безопасности. Российские нормы существенно жестче международных. Однако и те и другие предложены практически «с потолка». А раз зашла речь о нормах, то не лишним будет оговорить установленные SAR для цивилизованных стран. В европейских странах допустимое значение излучения составляет 2 Вт/кг. В Америке ограничения держатся на уровне 1,6 Вт/кг. Практически все сотовые телефоны, которые продаются на рынке, удовлетворяют этим нормам SAR. У 90 процентов трубок фактический SAR составляет 1 Вт/кг. Можно ли рассчитать SAR математически? А именно, сделать расчет мощности излучения сотового телефона, поглощаемой в голове пользователя? Ответ на этот вопрос утвердительный. Для этого надо смоделировать систему «антенна сотового телефона + голова человека». Современные численные методы приходят на помощь программисту-математику. Компьютеру предлагают решить уравнения Максвелла с учётом граничных условий. Чем больше объектов и условий, тем дольше вычисления. Однако задача эта вполне по силам современному компьютеру. Формально говоря: SAR= µ*|E|/r, где µ - проводимость материала в данном объёме, См/м; Е - напряжённость поля, В/м; r - удельная плотность вещества, кг/м3. Уравнения Максвелла позволяют вычислить напряженность поля в каждой точке головы. Что же показывают математические методы? Прежде всего, что картина напряженности электромагнитного поля в вашей голове во время разговора по сотовому телефону зависит от множества факторов. Например, если ваша трубка оснащена откидной крышкой (формат раскладушка), то картина поля сильном меняется, в следствии отражения волн от верхней поверхности аппарата (корпус часто выступает как зеркальный отражатель электромагнитных волн). Интересно, что выдвижные антенны способствуют улучшению чувствительности трубки и мощность передачи несколько снижается во время установки связи. Выдвижение антенны приводит к уменьшению усредненного SAR. Однако обязательно получаются несколько точек, где локальный SAR увеличивается. Увеличение массы сотового телефона и всевозможные металлические покрытия уменьшают частоту резонансных колебаний антенной системы сотового телефона. Одним словом, численные методы способны всерьез обрисовать картину электромагнитного поля вокруг вашего мобильного аппарата. Современная наука обязана воспользоваться этой информацией и осведомить абонентов сотовой связи о результатах. Почему бы не печатать на коробках с мобильными телефонами величину параметра SAR и диаграмму направленности антенны каждого сотового телефона? Ниже приведены табличные данные лимитов SAR для цивилизованного мира, которые часто употребляются для радиопередающих устройств:|
Лимиты SAR |
Значения |
|
FDA SAR лимиты |
0,4 Ватт/кг - расчет на все тело на период 15 минут |
|
3,2 Ватт/кг - расчет только на голову на период 15 минут |
|
|
8 Ватт/кг - на любую часть тела на период 5 минут |
|
|
SAR лимиты для некоторых европейских стран |
Level 0 (нормальный уровень): менее или эквивалентно 1,5 Ватт/кг |
|
Level I (первый уровень контроля): менее чем 1,5 Ватт/кг, но более 4 Ватт/кг |
|
|
Level II (второй уровень контроля): более чем 4 Ватт/кг |
