Спираль на корпусе радиотелефона

В спиральных антеннах используется режим ненаправленного излучения, который реализуется при диаметре спирали 2а, значительно меньшем длины волны. При этом в плоскости, совпа­дающей с осью спирали, диаграмма направленности имеет форму круговой восьмерки, а в плоскости витков антенна равномерно излучает во всех на­правлениях. Поскольку антенна (вместе с радиотелефоном) практически всегда расположена вертикально, то используется меридиональное излуче­ние радиоволн. В режиме излучения электромагнитных колебаний спираль­ная антенна на резонансной частоте возбуждает значительные уровни высо­кочастотных токов на корпусе радиотелефона, который становится частью излучающей системы.

Возбужденные токи корпуса радиотелефона частично поглощаются ру­кой абонента и ее ладонь необходимо рассматривать как диэлектрический материал с омическими потерями, обернутый вокруг корпуса. Часть токов проходят от корпуса в руку и рассеиваются в плече пользователя, создавая дополнительный механизм потерь. Снижение коэффициента усиления спи­ральной антенны составляет приблизительно 3 дБ для человека с сухими руками.

Радиотелефонная спиральная антенна достаточно мала и в значительной степени затеняется головой пользователя, находясь от нее на расстояниях 2…4 см. Провалы в диаграмме направленности спиральной антенны по срав­нению с ДН симметричного полуволнового вибратора достигают 7...12 дБ.

Сравнительно низкие показатели спиральных антенн портативных те­лефонов в диапазонах частот 800...900 МГц заставили разработчиков при­бегнуть к их усложнению. Более современные антенны состоят из двух спиралей (рисунок 7.23, б): первичной, жестко установленной на корпусе (длина 2...2.5 см при четвертьволновой электрической длине), и вторичной (длина 10 см при полуволновой электрической длине). Вторичная спираль, как правило, размещается внутри корпуса радиотелефона и в выдвинутом состоянии становится основным излучателем. Она запитывается концом первичной спирали, и в ней отсутствуют потери, вызванные рукой абонента, держащей корпус радиотелефона.

Наибольшее распространение в конструкциях низкопрофильных антенн мобильных радиотелефонов получили микрополосковые и F-образные низкопрофильные антенны (рисунок 7.24).

Рисунок 7.24 – Низкопрофильные антенны:

а — базовая проволочная; б— полосковая плоскостная

Базовая или проволочная модель F-образной антенны показана на рисунке 7.24, а. Эта антенна может быть получена изгибом несимметричного четвертьволнового вибратора в L-образную форму и установленного на про­водящей плоскости корпуса. Возбуждается антенна в смещенной от основа­ния точке, к которой подключается внутренний проводник коаксиальной питающей линии. Внешняя оплетка коаксиальной линии соединяется с про­водящей плоскостью корпуса. Согласование полных сопротивлений антенны и линии достигается выбором положения точки питания. Диапазонность работы антенны пропорциональна высоте Н.

Рассмотренная низкопрофильная антенна стала основой для разработки более эффективной плоскостной F-образной антенны, в которой излучаю­щий элемент выполняется в виде полоски на двухсторонней диэлектриче­ской подложке (рисунок 7.24, б). Подключение коаксиальной питающей линии в данной конструкции осуществляется так же, как и в проволочной модели.

Плоскостная антенна является одним из основных типов встро­енных антенн для перспективных моделей радиотелефона, и она может рас­полагаться практически в любой часта его корпуса, например, в нижней (рисунок 7.25)

Рисунок 7.25 – Плоскостная встро­енная внешняя антенна

Внутренние антенны (Planar, PIFA Antenna – планарные антенны, микрополосковые антенны) обычно встраивают внутрь корпуса телефона (рисунок 7.26). Телефон с внутренней антенной не имеет выступающих частей, что делает телефон привлекательнее.

Рисунок 7.26 – Внутренняя антенна

Внутренние антенны, в отличие от внешних, обычно – направленные антенны. Как правило, главный лепесток направленности такой антенны исходит из задней стенки аппарата, то есть направлен от головы разговаривающего по телефону человека. Это не мешает работе в зоне уверенного приёма, если главный лепесток диаграммы направленности направлен на базовую станцию, если нет – начинаются проблемы со связью.
Ещё один недостаток внутренних антенн в том, что для каждой модели (или для каждой группы моделей) телефона такую антенну приходится разрабатывать отдельно – с учётом особенностей расположения элементов внутри телефона, особенностей корпуса и так далее.

При разговоре нежелательно прикрывать антенну рукой – это ведёт к ухудшению условий связи и телефон, для того, чтобы обеспечить нормальные условия разговора, вынужден повышать мощность передатчика. В результате быстрее садится батарея сотового, а его владелец подвергается усиленному облучению. И хотя вопрос о вреде или безвредности воздействия сотового излучения на организм человека пока открыт, нельзя забывать о том, что это воздействие есть и, целесообразно, чтобы оно было как можно слабее.
Подключаемые антенны для сотовых радиотелефонов распространены сравнительно слабо. Дело в том, что большинству пользователей хватает встроенных антенн. К тому же, всё меньше телефонов имеют разъём для подключения внешней антенны – производители не хотят тратиться на деталь, которой пользуются не особенно активно. Для связи внешней антенны с телефоном обычно используется коаксиальный кабель с соответствующим разъёмом. Как правило, подключаемые антенны – это направленные антенны (рисунок 7.27).

Рисунок 7.27 - Подключаемаяантенна типа «волновой канал»

Репитеры – устройства, которые состоят из внешней антенны (как правило, узконаправленной, расположенной вне помещения), принимающей сигнал с базовой станции и излучающей сигнал, устройства управления и усиления сигнала и одной или нескольких внутренних антенн (обычно – всенаправленных – то есть антенн, расположенных внутри помещения (рисунок 7.28). С помощью репитеров можно организовать устойчивую мобильную связь в помещениях с неуверенным приёмом сигнала и даже там, где сотовые в обычных условиях не работают (например, в подвальных помещениях).
Преимущества систем с репитером перед подключаемыми антеннами заключаются в том, что они не ограничивают свободы передвижений человека с сотовым, не требуя подключения к телефону кабеля. Главный недостаток репитеров – сравнительно высокая цена.

а)

б)

Рисунок 7.25 – «Домашний» репитер с двумя антеннами:

а – внутренняя антенна; б – внешняя антенна

Немаловажным фактором, определяющим разработку и внедрение систем подвижной радиотелефонной связи, стало обеспечение безопасности пользователей с точки зрения воздействия электромагнитного излучения. До сих пор никто категорически не утверждает, что вредного воздействия от радиотелефонов нет, равно как никто не может утверждать, что это воздействие в определенной мере вредно.

Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран, на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека откликается на наличие излучения сотового телефона.

Выделяют два механизма действия микроволнового излучения сотовых телефонов на ткани человеческого организма: термическое и нетермическое (информационное). Термический эффект вызывается повышением температуры и обусловлен более интенсивным движением или колебанием частиц, молекул и атомов вследствие поглощения энергии электромагнитного поля. В тканях организма этот процесс уравновешивается функционированием системы кро­вообращения, которая уносит выделяющееся тепло. Между тем, в теле человека, особенно в области преимущественного воздействия излучения мобильных телефонов, имеются ткани, которые плохо кровоснабжаются в силу того обстоятельства, что не имеют сосудов. К ним относится ткань хрусталика глаза, тепловое воздействие на которую может провести к разви­тию катаракты (помутнению хрусталика). Из всех тканей тела человека кости черепа наиболее интенсивно поглощают электромагнитное излучение. У детей они тоньше, мозг имеет меньшую массу и, следовательно, у них формируется большая поглощенная доза.

С другой стороны показано, что низкочастотная пульсация мобильного аппарата с частотой 8 и 2 Гц соответствует частоте электрической активности коры головного мозга человека (так называемые альфа и дельта ритмы соответственно) и, следовательно, может приводить к неспецифическим жалобам, а также к неврологичес­кой симптоматике.

Имеет место и воздействие сотовых телефонов стандарта GSM на сердечно-сосудистую систему.

Несмотря на то, что во многих странах мира, в том числе в Республике Беларусь и России, представители научных дисциплин – медики, физиологи, физики проводят многократные исследования, посвящённые проблеме воздействия электромагнитного поля радиочастот (ЭМП РЧ), создаваемых мобильными радиотелефонами (МРТ) на человеческий организм, однозначный ответ на вопрос, насколько вредно пользоваться МРТ, пока не получен. По этой причине гигиенические критерии интенсивности ЭМП РЧ, создаваемых МРТ, существующие в настоящее время, основываются на наработанных ранее показателях.

В соответствии с Межгосударственными санитарными правилами и нормами №9-29-95, нормируемым параметром ЭМП РЧ для МРТ является предельная плотность энергии (ППЭ). Предельно допустимый уровень при воздействии на пользователей МРТ не должен превышать 100 мкВт/см². При государственной гигиенической регистрации исследуемых экземпляров МРТ рассчитывается средняя за 6 минут вызова величина. В момент вызова МРТ излучает ЭМП наибольшей величины, постепенно уменьшаясь по мере нахождения и установления связи с запрашиваемым абонентом. В момент вызова величины ППЭ могут превышать предельно допустимые уровни (ПДУ) в десятки раз, особенно на большом удалении от базовой станции (БС) или в труднодоступных для радиосигнала местах.

За рубежом, для характеристики значения электромагнитного поля, создаваемого МРТ, взаимодействующего с телом человека, используют значение поглощенной дозы, т.е. того значения энергии поля, которое поглощается единицей массы ткани. Величину выражают в Вт/кг и ее обозначают как SAR (Specific Absorption Rate). Верхней границей значения SAR в Европе считается величина 0,8 Вт/кг.

Нормирование ЭМП БС проводится в соответствии с требованиями Санитарных правил и норм «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМП РЧ)» № 2.2.4/2.1.8.9-36-2002. Согласно данному документу, в диапазоне частот 300МГЦ – 300ГГц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями плотности потока энергии, которая для населения не должна превышать 10,0 мкВт/см².

Благодаря относительно большой высоте размещения и характеристикам диаграммы направленности передающих антенн в подавляющем большинстве случаев у данного вида систем отсутствует санитарно-защитная зона, т.е. интенсивность ЭМП РЧ, создаваемого БС не превышает ПДУ. Гигиенически значимые уровни ЭМП РЧ могут наблюдаться только в непосредственной близости, на расстоянии до 10-15 метров от передающих антенн БС.

С учетом всего вышеизложенного владельцам сотовых телефонов можно рекомендовать следующее:

1. Научить детей и подростков в возрасте до 14 лет пользоваться аппаратами мобильной связи лишь в случае необходимости.

2. Не следует пользоваться сотовым телефоном беременным, начиная с момента установления факта беременности и в течение всего периода беременности.

3. При использовании сотового телефона принимать меры по ограничению воздействия электромагнитного поля, а именно: ограничить продолжительность разговоров (продолжительность однократного разговора - до 3 минут), максимально увеличивать период между двумя разговорами (минимально рекомендованный период - 15 минут), использовать сотовые телефоны с гарнитурами «свободные руки» («hands free»), а также по возможности пользоваться громкой связью.

4. Чаше пользоваться услугами SMS.

5. Не разговаривать по сотовому телефону в автомашине. Помимо влияния на безопасность дорожного движения, металлический корпус автомобиля действует как «экран», ухудшается радиосвязь. В ответ на это мобильный аппарат адаптивно увеличивает свою мощность, что приводит к большему облучению абонента. В автомобиле используйте сотовый телефон с внешней антенной, которую лучше всего располагать в геометрическом центре крыши.

6. Не пользоваться по той же причине сотовыми телефонами в металлических гаражах.

7. Во время разговора держать аппарат обязательно за нижнюю часть. Если вы держите телефон в кулаке, мощность аппарата увеличивается примерно на 70% и тем самым усиливается облучение мозга.

8. Периодически изменять положение трубки при разговорах и в процессе разговора (слева и справа).

9. При проживании в зданиях из железобетонных конструкций разговор по аппарату мобильной связи следует вести около большого окна, на лоджии или балконе.

10. При вызове МРТ связи визуально наблюдать за появлением связи на табло телефона и только после появления ответа со стороны вызываемого абонента аппарат прикладывать к ушной раковине, причём, желательно, аппарату при разговоре не контактировать с кожными покровами.

7.5.8 Вопросы для самоконтроля:

1.Зарисуйте симметричный вибратор последовательного питания, поясните принцип его работы.

2.Что такое рефлектор? Для чего применяется рефлектор?

3.Что представляет собой петлевой симметричный вибратор?

4.Из чего состоит антенна Уда-Яги?

5.Что представляет собой спиральная антенна?

6.Чем характеризуется цилиндрическая спиральная антенна?

7.Опишите принцип электродинамического подобия.

8.Чем обусловлено высокое качество передачи и приема телевизионного изображения и звука?

9.Как зависит диаметр вибратора в турникетной антенне, от полосы пропускания?

10.Чем отличается Ж-образный вибратор от одинарного вибратора?

11.Какие антенны применяются в качестве приемных телевизионных антенн?

12.Опишите конструкцию зигзагообразной антенны.

13.Как увеличить широкополосность антенны?

14.Приведите электрические характеристики зигзагообразной антенны.

15.Что представляет собой частотно-независимая антенна?

16.Из чего состоит логопериодическая антенна?

17.Чем объясняется постоянство входного сопротивления антенны?

18.Какие антенны можно использовать в качестве комнатных антенн?

19.Зарисовать ДН симметричного вибратора.

20.Чем ограничивается применение полуволновых симметричных вибраторов последовательного питания?

21.Какой вид имеет диаграмма направленности вибратора с параллельным питанием?

22.Чем можно осуществлять настройку пассивных вибраторов?

23.Чему равно сопротивление излучения тонкого полуволнового петлевого вибратора?

24.Зарисовать варианты питания петлевого симметричного вибратора.

Дата добавления: 2017-02-01