Величина, которую измеряют или прогнозируют в месте приема, и есть мощность передачи мобильного сигнала . Это значит, что она находится на расстоянии от передающей антенны. Такая величина, зачастую, является показателем уровня сигнала или мощностью оцениваемого поля. Она измеряется как мощность сигнала, который получает антенна, либо как сила приема сигнала поля на расстоянии. Мощные передатчики, которыми пользуются в радиовещании, зачастую используют величину дБ милливольт на метр (дБмВ/м ). Для более слабых устройств, например телефонов, используется величина дБ-микровольта метр (дБмкВ/м) или в децибелах, как показатель приема в один милливатт (к примеру 70дБм). Чаще всего радиус действия в сотовых сетях совсем небольшой, из-за этого мощность передатчиков радиостанций не так уж велика.

Максимальная мощность, которой обладают передатчики мобильных устройств стандарта GSM 900, всего 2 Вт. А устройства, которые устанавливают на автомобили, обладают 8 Вт мощности. В стандарте есть 4 класса мощности, от 800 мВт - до 8 Вт.

Если говорить о стационарных станциях, то промежуток значений мощностей довольно большой. Если сравнить сотовые телефоны стандарта GSM 900 и GSM 1800, то мы увидим, что GSM 1800 в 2 раза слабее. Такой фактор влияет на потребление энергии, и на автономность работы моделей. Также радиус действия данных моделей, намного меньше, чем у передатчиков стандарта GSM 900, который аж в 16 раз больше.

Давайте разберем пример обычной городской передающей станции, с покрытием в 2 км. ЕЕ мощность может составлять 20-30 десятков ватт на сектор. Такая величина присутствует на выходе передатчиков, так как благодаря специально направленному действию антенны сила излучения может перевалить за 100 Вт. Это, практически, равносильно работающей с открытой дверкой, СВЧ печи.

Можно сказать так, что от плотности оборудования мобильной сети зависит то, сколько Вашему телефону нужно мощности для удержания соединения при разговоре. А если Вы находитесь в движении, так еще больше. К тому же, не забываем, что телефон постоянно находится около головы и уха. В свою очередь такая вещь, как ретранслятор, работает в высоком диапазоне. Но не стоит переживать, так как, его излучение не касается человека, оно передается от одного ретранслятора к другому. Но даже такая мощь, не сравнится с излучением, которое распространяют большие телевизионные и FM башни.

Взять даже Эйфелевою башню, она издает излучение в сотни киловатт, и считается одной из самых «вредных» в мире.

В деревнях и небольших поселках такое излучение может быть в разы больше, из-за дополнительно установленных усилителей сигнала. Для увеличения дальности сигнала.

Проанализировав информацию от производителей специальных измерительных приборов, оказалось, что максимальная мощность на выходе передатчика доходит до 30 Ватт, при 1800 МГц, и 300 Ватт, при 900 МГц. Но, на самом деле, эти показатели находятся в районе 70-80 Ватт. На первый взгляд, показатель довольно высокий. Ведь мобильные и фиксированные приемники имеют высокую чувствительность. На качество сигнала влияют разные препятствия, в виде зданий, деревьев и т.д. на пути между станцией и устройством. Даже осадки в виде дождей или снега, могут влиять на качество сигнала, и ощутимо снижать его показатели, на 20-30 дБ. Если спуститься в подвал, или метро, то сигнал будет равносилен сигналу на расстоянии 30 км.

Из-за исключительных разнообразных условий передачи сигналов, было решено, что мощность передатчиков должна регулироваться к возникшим условиям. Именно из-за этого, качество связи и сигнала в телефоне, напрямую зависят от передаваемого сигнала. И в реале, это не всегда те показатели, которые обещает производитель.

Давайте рассмотрим пример, при передаче сигнала с моря, так как впереди нет помех, помещений, а только безграничные просторы, GSM система будет максимально эффективна. Но не стоит полагаться на мобильную связь при крушении корабля, так как другие суда не смогут принять сигнал о бедствии, и прийти на помощь. Стоит упомянуть, что выяснить местонахождения мобильного телефона гораздо сложнее, чем радиотелефона. В открытом море, не правильно ожидать качественного сигнала в радиусе 70-80 км, который обеспечивается с помощью 25 Вт станциями. Но при хорошей погоде, на побережье Нормандии, можно зафиксировать сигнал от 4 английских сетей, которые находятся в 120 км.

Все это говорит о том, что сигнал достигает мобильного устройства в течении промежутков времени в 0,577 мс. При скорости 300 тысяч км/с, радиоволнам достаточно 0,233 мс, чтобы пролететь 70 км (туда-обратно) между базовой станцией и телефоном. Это просто нонсенс, который происходит вследствие временного мультиплексирования ТБМД, при этом радиус действия составляем 35 километров.

За границами радиуса действия пакеты битов, которые пускает мобильный телефон, попадают на базовую станцию тогда, когда станция уже не ожидает их, и принимает сигнал от другого телефона. Удивляет то, что если медленно отдаляться от прибрежной линии, связь может неожиданно прерваться, даже если секунду назад аппарат показывал высокий уровень сигнала.

Такие ситуации, нередко, встречаются и на твердой почве, но только в гористой местности. Только наоборот, можно ловить качественный сигнал даже при радиусе больше чем 35 км. Так как на возвышенности, где отсутствуют какие-либо помехи, сигнал с легкостью распространяет свое действие за пределы 35 км.

Также следует быть внимательным, при наборе номера 112, для вызова службы спасения, можно попасть к пожарным соседнего района. Это обусловлено тем, что базовая станция находится в радиусе 20 км, но перед ней нет помех. А нужный Вам сигнал, может располагается в 2 км, но станция может быть спрятана за холмом.

Сейчас существуют разнообразные технические методы, которые увеличивают радиус сигнала в два раза, но для этого придется пожертвовать пропускной способностью базовой GSM станции. Предприимчивые австралийцы проводили исследования, которые подтверждают такие цифры.

Также бывают случаи, когда отличное качество сигнала фиксируется в самых неожиданных местах, например, у подножья высокой горы. Такое явление может продержаться несколько секунд, а потом опять сигнал пропадает. Но стоит буквально на миллиметр отодвинуть антенну телефона, как сигнал тут же обрывается.

В наше время, во время новых инноваций и технологий, огромное количество вышек-ретрансляторов, способствует передаче качественного сигнала по всему миру. Но все же, еще остались, совершенно дикие и непроходимые места, где покрытие нет вовсе. А что касается нашей родной местности, во многих селах, качественная связь либо отсутствует, либо существует на очень низком уровне. Такова правда жизни, себестоимость сотовой башни слишком высока, и никто не станет возводить ее специально для небольшого поселка с населением в 100-200 человек.

Хорошему качеству приема, также могут мешать соседние вышки, находящиеся в радиусе действия сигнала. И даже некоторые строительные материалы, которые сейчас широко используются при масштабном строительстве, могут негативно влиять на качество сигнала и на скорость его передачи. Такие факторы могут влиять даже на сильный и качественный сигнал, что уж говорить об слабом сигнале в 20 километровом радиусе.

Чаще всего от нехватки качественного сигнала страдают крупные помещения, какие как больницы, промышленные склады, многоэтажные офисы или заводы.

Такая проблема особенно остро стоит у сетей, работа которых основана на высоких частотах, так как такие сигналы гаснут быстрее, при столкновении с препятствиями.

Такой показатель, как уровень SAR – это характеристика величины электромагнитного излучения различных моделей сотовых телефонов. Ни для кого не секрет, что мобильные телефоны непосредственно влияют на человеческий организм. На сегодняшний день, ученые со всего мира спорят, и проводят много опытов, а все направлено на то чтобы доказать или опровергнуть влияние мобильных телефонов на здоровье человека. При чем одни утверждают что излучение, которое выдают телефоны, производят просто колоссальное, негативное влияние на человека, а другие, в свою очередь утверждают, что излучение находится в пределах нормы, и никак не вредит. Кому верить? Решать Вам.

Что такое SAR излучение?

Простыми словами, SAR (Specific Absorption Rate) – это количество поглощение излучения человеком. SAR измеряется в Ваттах на килограмм (Вт/кг).

На упаковках производителей телефонов, обычно указывается максимальное число SAR, но в реальной жизни и на практике, такое число достигается очень редко. Ведь телефон не всегда работает на максимальной мощности, это бывает при вызове или принятии звонка. В обычном режиме, телефон будет иметь низкий уровень SAR.еть низкий уровень SAR.

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

1. HFSS Manuals. Agilent, 2000.
2. K. Fujimoto, J.R. James. Mobile Antenna Systems Handbook. 2-ed. 2001. 710 p.
3. H. Mimaki, H. Nakano. Double patch helical Antenna. 1998. Samplung of papers IEEE.
4. C.W. Trueman, S.J. Kubina, M. Slater. Modeling Helix Antenna with NEC4. Montreal, 1997. IEEE.
5. Paivi Haapala, Pertti Vainikainen. Helical Antennas for multi-mode mobile phones. 26thEuMC, 1996.
6. Баскаков С.И. Основы электродинамики. М.: Сов.Радио, 1976. 247 с.

Сотовые телефоны прочно вошли в нашу жизнь, и представить ее без них уже сложно. Отказываться от них полностью бессмысленно, но использовать разумно, максимально снизив вред от излучения — вполне возможно.

О вреде сотовых телефонов ведут споры, одни ученые вносят излучение от них в список факторов влияющих на здоровья, другие следом опровергают. Некоторые говорят, что нормы на излучение очень жесткие и телефоны этим нормам соответствуют. Вот только организм человека существенно не меняется, а нормы разные для разных стран да к тому же меняются со временем. Возьмем, к примеру, нормы на бензин и выхлопы автомобиля. Сначала было ЕВРО2, под которое подходили и старенькие жигули, следом ЕВРО3, 4, 5 где без современного топлива и специальной системы обработки газов установленной в автомобиле, уже не обойтись. Аналогично и с излучениями. Доказано, что сильное излучение вредно. Вред тем больше, чем излучение продолжительнее. На телевышках, локационных станциях и прочих устройствах излучающих электромагнитные волны значительной мощности, запрещается работать без отключения устройства. Вопрос в том, где порог излучения и продолжительность, при котором вред заканчивается. Учитывая роль, которую влияют мобильные телефоны в нашей жизни, отказаться от них полностью нельзя, а вот снизить мощность излучения, его длительность и тем самым вред — способен каждый. Ниже приведена простая инструкция.

Способы снижения излучения от сотового телефона:
– При вызове абонента не держите аппарат возле головы. В режиме GSM, при начале вызова, телефон устанавливает соединение с вышкой сотовой связи на максимальной мощности. Наверняка многие слышали характерный звук от сотового в колонках. Сначала он сильный, затем становится тише или пропадает совсем. Это влияние излучения. При вызове излучение максимальное, после установки связи вышка сотовой связи управляет соединением и посылает команды на снижение мощности передатчика до уровня минимального излучения, при котором связь стабильна.

– Если возможно, не совершайте длительных звонков в местах с плохой связью — когда “мало палок” или абонента плохо слышно явно из-за неудачного места, например в шахте лифта. Естественно в такие моменты телефон излучает больше, пытаясь создать и поддерживать устойчивый канал связи.

– Если Вы используете мобильный телефон для хоть сколько то длительных разговоров, или вынуждены разговаривать в местах неуверенного приема, обзаведитесь Bluetooth гарнитурой. Приличная и при этом не дорогая гарнитура передает звук вам и собеседнику не хуже, чем приложенный к уху телефон. Излучение от нее в 10 раз! (около 2,5 мВт) меньше, чем от телефона работающего в условиях хорошего приема (200 – 250 мВт). Проводная гарнитура не излучает вообще ничего, но не так удобна и не дает отложить телефон подальше.

– По возможности переведите свой телефон в режим UMTS (3G).

UMTS изначально, по стандарту, имеет меньшую максимальную мощность передатчиков. Работая по технологии UMTS, в отличие от GSM, все телефоны общаются с сотовыми вышками в одной полосе частот. Чтобы не создавать помехи друг другу, базовая станция настраивает передатчики на минимально возможный уровень мощности излучения, и контролирует его, более жестко, чем в сетях GSM. Например в UMTS шаг контроля 1 dB, а в GSM 2 dB. При звонке в сети UMTS нет первоначального соединения на максимальной мощности. Принудительное установка в UMTS позволит телефону не переходить в сеть GSM, тратя заряд батареи на регистрацию в сети на высокой мощности, как говорят в народе “поиск сети”. От принудительной установки телефона в режим использования только UMTS (3G) следует отказаться, только если покрытие 3G в местах, где вы бываете, недостаточное и связь пропадает вообще.

– Если Вы знаете, что сигнал будет теряться, и связь в это время вам особо не нужна, например поездка в поезде по просторам нашей родины или в метро, включите режим “полет” или выключите телефон. В таком режиме телефон не будет часто регистрироваться на новых БС по пути следования тратя на это энергию.

– Включайте режим “полет” или вообще выключайте телефон на время сна, если не ждете экстренных звонков. В идеале сон это треть суток которые Вы проведете спокойно, в том числе и без излучения от сотового. Программа Timed Toggles позволит делать это по расписанию, если для телефона получен root.

– Не оставляйте wi-fi в режиме модема, когда это не нужно. В отличие от обычного режима в режиме модема wi-fi постоянно сообщает окружающему миру о наличии точки доступа. Это повышенный расход батареи и естественно повышенное излучение.

– Приходя на работу, учебу, собес, не оставляйте телефон в карманах. На столе и ему будет лучше – более уверенный прием, а значит меньшая мощность передатчика.

– Если телефон быстро разряжается в одном месте, например на работе или дома и нормально ведет себя в других, разберитесь с этим. Возможная причина – это место на границе двух базовых станций одного оператора, относящихся к разным зонам. Если уровень сигнала от станций не очень хороший телефон может постоянно регистрироваться то на одной то на другой БС. Постоянно идет работа передатчика и расходуется заряд батареи. В андройде, в настройках, можно посмотреть использование аккумулятора. Косвенно на такую ситуацию может указывать строка “связь с сетью” занимающая верхние строчки.

Более достоверно проинформирует программа G-MoN и подобные. Параметр LAC не должен меняться, когда вы находитесь в одном месте. Могут помочь консультации с тех. специалистами оператор, если доберетесь действительно к тех. специалистам, а не барышням у которых симки “размагничиваются”. Аналогичная проблема может быть из за ошибки в прошивке, если телефон постоянно регистрируется, то в сети GSM то UMTS. Опять же следует принудительно установить одну из сетей, например UMTS.

– Различные наклейки снижающие мощность излучения – шарлатанство чистой воды. Единственный реальный эффект который от них можно получить при некотором стечении обстоятельств – ровно обратный. Если наклейка металлизирована и ее предлагают наклеить на крышку телефона в район антенны, она может только ухудшить связь с базовой станцией, при плохой связи БС дает команду телефону повысить мощность для поддержания канала.

По сути своей все это простые и легко выполнимые действий, которые помогут не только снизить излучение от сотового телефона, но и экономить заряд батареи.
Удачных звонков!

Удобная, доступная сотовая связь является неотъемлемым атрибутом жизни нынешнего поколения. Мобильными телефонами пользуются дети, взрослые и «глубокие» пенсионеры. Но мало кто задумывается, что за комфорт общения с помощью сотовых аппаратов мы расплачиваемся не только деньгами.

Бытует мнение, что мобильная связь, являясь, наряду с микроволновой печью, радиотелефоном и телевизором источником СВЧ-излучения, оказывает негативное действие на здоровье человека. Будем разбираться так ли это, и как минимизировать этот вред, не лишая себя этого великолепного гаджета?

Почему мобильный телефон вреден

Для сотовой связи во всём мире используют микроволновый диапазон частот - от 300 МГц до 3 ГГц. Давайте подробно выясним, как конкретно влияет на человеческий организм излучение от сотового телефона.

В отличие от других бытовых приборов мобильник в момент работы располагается почти вплотную к мозгу и глазу. Поэтому негативное влияние на организм человека излучений сотового телефона несравненно больше чем влияние, скажем, компьютера или телевизора.

Излучение, которое генерирует мобильная трубка, поглощается тканями головы - клетками мозга, сетчаткой глаза и всеми зрительными и слуховыми структурами.

Чем больше времени абоненты по обе стороны сотовой связи ведут деловую или светскую беседу, тем сильнее нагреваются у них ткани от воздействия электромагнитных волн. Кумулятивный эффект, свойственный этому излучению, со временем весьма неблагоприятно скажется на функционировании всех органов и систем человека.

Наш мозг можно сравнить с гигантским органическим компьютером, внутри которого постоянно происходят сложнейшие биоэлектрические процессы. Воздействие на них высокочастотного внешнего электромагнитного поля не может пройти без последствий.

Облучение имеет место в течение всего времени общения, поскольку одна частота генерируется вашим мобильником, а другая - мобильным устройством вашего собеседника. Причём самый сильный сигнал, а соответственно и наибольшая мощность излучения мобильного телефона, идёт при подаче и приёме вызова.

Особое внимание следует уделять безопасности детей при их общении с сотовым аппаратом. Иммунная система детей находится в стадии становления и вред, наносимый СВЧ-излучениями, может вызвать у ребёнка головные боли, потерю памяти, расстройство в режиме сна и бодрствования, повышенную нервозность.

Для характеристики воздействия радиоизлучения, оказываемого мобильным телефоном на человека, введено специальное понятие - SAR (Specific Absorption Rate). Эта величина численно равна поглощённому человеческим организмом излучению, приходящемуся на 1 килограмм его веса.

Единицей её измерения служит Вт/кг. В странах Евросоюза принята норма 2 Вт/кг.

В момент установки соединения SAR будет выше, так как в это время мобильное устройство работает с большей мощностью.

На мобильных аппаратах последних поколений производители обязательно предупреждают пользователей о возможном негативном влиянии их продукции и указывают величину SAR.

Для визуальной индексации СВЧ-излучения можно приобрести специальную наклейку-индикатор либо самостоятельно собрать устройство, по одной из схем, в большом количестве предлагаемых умельцами-радиолюбителями.

Защита от излучения мобильного телефона

Изучением влияния сотовых телефонов занимаются специалисты в разных уголках мира. Поступающая от них информация часто противоречива. Большинство из них подтверждают наличие вреда от мобильного телефона и предлагают способы защиты от его излучения.

Немецкие учёные тестировали влияние мобильных устройств на людей, живущих с имплантированными кардиостимуляторами. Их вывод - не рекомендуется носить мобильник рядом со вживлённым искусственным водителем ритма, тем более приближать, когда тот находится в активном режиме.

Итак, что следует предпринять для защиты от излучений мобильного телефона? Необходимо стараться соблюдать следующие правила:

Как защититься от излучения мобильного телефона поможет и знание следующих нюансов.

1. В верхней части экрана располагается индикатор уровня приёма, то есть СВЧ-излучения мобильного телефона, в виде нескольких вертикальных полосок. Когда высвечиваются все полоски - условия для приёма наиболее благоприятные. Беседуйте на здоровье. Но не забывайте располагать трубку вертикально, держа её за нижнюю часть. При уменьшении числа светящихся полосок - подойдите к окну, условия приёма улучшатся, а мощность излучения станет уменьшаться. Внимательное отношение к показаниям этого индикатора подскажет как проверить излучение телефона.
2. Используйте оптимальный режим пользования, учитывая, что количество излучаемой СВЧ-энергии уменьшается в следующем порядке: вызов абонента, интернет, приём СМС, разговор, различные запросы, режим ожидания.

Вредно ли излучение от вышки сотовой связи

Вышки сотовой связи (антенны) - это приемопередатчики радиосигналов, с помощью которых поддерживается связь с абонентскими сотовыми телефонами. Они разрешены для установки на любых зданиях, в том числе и на жилых домах. Давайте выясним вредно ли излучение от вышки сотовой связи.

Для жителей здания, на котором установлена такая антенна, она не представляет никакой опасности, поскольку диаграмма распределения излучения направлена горизонтально. Но даже в самой «опасной» 30-метровой зоне максимальная величина излучения меньше общепринятой в Евросоюзе нормы 2 Вт/кг. А в удалении 150 м от вышки уровень излучения таков же, как и в 2 м от сотового телефона.

Кроме того, необходимо учитывать:

• что излучение угасает прямо пропорционально квадрату удаления от антенны;
• оконное стекло ослабляет сигнал в 2,5 раза;
• бетонная стена - в 32 раза.

Имеющиеся данные позволяют утверждать, что излучение от вышек сотовой связи никакого вреда здоровью не причиняют.

Скорее, наоборот, чем ближе такое сооружение к владельцу мобильного аппарата, тем меньше мощность сигнала, необходимого для установления связи и вред от мобильника будет менее значительным.

Вопрос о том, как уменьшить излучение от телефона не перестаёт волновать производителей этой техники и потребителей. Хотя некоторые психологи считают, что степень вреда, наносимым СВЧ-излучением мобильников напрямую зависит от мнительности владельца аппарата. Вполне возможно, наличие психологической составляющей, в негативном воздействии этих излучений на человека. Но соблюдение правил эксплуатации и безопасности, минимизирует отрицательное влияние вашего мобильника, если таковое все же имеется.

В теоретической части мы не будем углубляться в историю создания сотовой связи, о её основателях, хронологию стандартов и т.д. Кому это интересно – материала предостаточно как в печатных изданиях, так и в сети интернет.

Рассмотрим, что же из себя представляет мобильный (сотовый) телефон.

На рисунке очень упрощённо показан принцип работы:

Рис.1 Принцип работы сотового телефона

Сотовый телефон – это приёмо-передатчик, работающий на одной из частот в диапазоне 850МГц, 900МГц, 1800МГц, 1900МГц. Причём приём и передача разнесены по частотам.

Система GSM состоит из 3-х основных компонентов, таких как:

Подсистема базовых станций (BSS – Base Station Subsystem);

Подсистема переключения/коммутации (NSS –NetworkSwitchingSubsystem);

Центр управления и обслуживания (OMC – Operation and Maintenance Centre);

В двух словах работает это так:

Сотовый (мобильный) телефон взаимодействует с сетью базовых станций (БС). Вышки БС обычно устанавливают либо на своих наземных мачтах, либо на крышах домов или других сооружений, или же на арендованных уже существующих вышках всяческих ретрансляторов радио/ТВ и т.п., а также на высотных трубах котелен и других промышленных сооружений.

Телефон после включения и всё остальное время мониторит (прослушивает, сканирует) эфир на наличие GSM-сигнала своей базовой станции. Сигнал своей сети телефон определяет по специальному идентификатору. Если таковой имеется (телефон находится в зоне покрытия сети), то телефон выбирает лучшую по уровню сигнала частоту и на этой частоте посылает БС запрос нарегистрацию в сети.

Процесс регистрации по сути является процессом аутентификации (авторизации). Его суть заключается в том, что каждая SIM-карта, вставленная в телефон, имеет свои уникальные идентификаторы IMSI (International Mobile Subscriber Identity) и Ki (Key for Identification). Эти самые IMSI и Ki заносятся в базу центра аутентификации (AuC) при поступлении изготовленных SIM-карт оператору связи. При регистрации телефона в сети идентификаторы передаются БС, а именно AuC. Дальше AuC (центр идентификации) передаёт телефону некоторое случайное число, которое является ключом для выполнения вычислений по специальному алгоритму. Это вычисление происходит одновременно в мобильном телефоне и AuC, после чего оба результата сравниваются. Если они совпадают, то SIM-карта признаётся подлинной и телефон регистрируется в сети.

Для телефона же идентификатором в сети является его уникальный номер IMEI (International Mobile Equipment Identity). Этот номер обычно состоит из 15 цифр в десятичном представлении. Например 35366300/758647/0. Первые восемь цифр описывают модель телефона и его происхождение. Оставшиеся – серийный номер телефона и контрольное число.

Данный номер хранится в энергонезависимой памяти телефона. В устаревших моделях этот номер можно сменить с помощью специального программного обеспечения (ПО) и соответствующего программатора (иногда и дата-кабеля), а в современных телефонах он дублируется. Один экземпляр номера хранится в области памяти, которую можно программировать, а дубликат – в зоне памяти OTP (One Time Programming), которая программируется производителем один раз и не имеет возможности перепрограммирования.

Так вот, если даже изменить номер в первой области памяти, то телефон, при включении, сравнивает данные обеих областей памяти, и, если обнаруживаются разные номера IMEI – телефон блокируется. Для чего всё это менять, спросите вы? На самом деле законодательство большинства стран запрещает это делать. Телефон по номеру IMEI отслеживается в сети. Соответственно при краже телефона его можно отследить и изъять. А если успеть изменить этот номер на любой другой (рабочий), то шансы найти телефон сводятся к нулю. Этими вопросами занимаются спецслужбы при соответствующей помощи оператора сети и т.д. Поэтому углубляться в эту тему не стану. Нас интересует чисто технический момент смены номера IMEI.

Дело в том, что при определённых обстоятельствах данный номер может повредиться в результате сбоя ПО или неправильного его обновления и тогда телефон абсолютно не пригоден для эксплуатации. Вот тут на помощь и приходят все средства, чтобы восстановить IMEI и работоспособность аппарата. Подробнее этот момент будет рассмотрен в разделе программного ремонта телефона.

Теперь кратенько о передаче голоса от абонента к абоненту в стандарте GSM. На самом деле это технически очень сложный процесс, который абсолютно отличается от привычной передачи голоса по аналоговым сетям как, например, домашний проводной/радио телефон. Чем-то отдалённо похожи цифровые DECT-радиотелефоны, но реализация всё равно другая.

Дело в том, что голос абонента, прежде чем будет передан в эфир, подвергается множеству преобразований. Аналоговый сигнал разбивается на отрезки длительностью 20мс, после чего преобразовывается в цифровой, после чего кодируется путём применения алгоритмов шифрования с т.н. открытым ключом – система EFR (Enhanced Full Rate - усовершенствованная система кодирования речи, разработанная финской компанией Nokia).

Все сигналы кодека обрабатываются очень полезным алгоритмом на основе принципа DTX(Discontinuous Transmission) –прерывистой передачи речи. Его полезность заключается в том, что он управляет передатчиком телефона, включая его только в том момент, когда начинается произношение речи и отключает в паузах между разговором. Всё это достигается с помощью включенного в кодек VAD (Voice Activated Detector) –детектор активности речи.

У принимаемого абонента все преобразования происходят в обратном порядке.