УСТРОЙСТВО МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ

Область техники
Полезная модель относится к области мобильных средств связи, а конкретно к устройству мобильных телефонов, конструкция которых обеспечивает существенное уменьшение вредных влияний, оказываемых радиочастотным излучением на организм человека.
Мобильные средства связи характеризуются стремительным развитием, постоянно увеличивающимся объемом использования, активным проникновением во все страны мира. В октябре 2009 г. на одном из заседаний Госсовета по вопросам связанным с развитием средств связи, президентом РФ Д.А.Медведевым были приведены данные, из которых следовало, что в настоящее время в России на 100 жителей приходится 140 мобильных телефонов. Как следует из источников [1, 2] на период исследования мобильными телефонами пользовались более одной шестой части населения планеты, а к концу 2004 г. мобильными телефонами пользовалось более миллиарда абонентов, представляющих более 200 стран.
Динамическое развитие мобильных средств связи характерно не только для объема их использования, но и для конструктивного совершенствования. Мобильные телефоны первого поколения, появившиеся в 80-х годах прошлого столетия, использовали аналоговую технологию, позволявшую передачу только звукового сигнала. Второе поколение, начиная с 1991 г. основывалось уже на цифровой технологии, позволяющей передачу не только данных, но и изображения. Наконец, третье поколение, представляющее рынок в настоящее время, позволяет использовать значительно расширенный реестр дополнительных услуг, таких как факсимильная связь, электронная почта, доступ к Интернету.
Известно, что основой функционирования мобильной связи, как аналоговой, так и цифровой, является прием и передача сигнала в виде волн в высокочастотном (ВЧ) (аналоговые сигналы) и сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазонах электромагнитного спектра. Высокочастотные сигналы представляют собой не ионизированное излучение с длиной волны в диапазоне от 3 КГц до 300 МГц, а сверхвысокочастотные волны - от 300 МГц до 300 ГГц. Частоты, используемые мобильными телефонами и их базовыми станциями, находятся в диапазоне от 900 МГц до 1,8 ГГц и вплоть до 2,1 ГГц.
Несмотря на триумфальное шествие средств мобильной связи по миру, в такой же степени растет обеспокоенность общественности последствиями воздействия на здоровье пользователей мобильными телефонами электромагнитных полей, образуемых, как самими мобильными телефонами, так и базовыми станциями, обеспечивающими их функционирование.
Начиная с 2000 года появляются доклады, в которых представляются результаты проведенных исследований и обобщаются имеющиеся знания о влиянии мобильных телефонов на здоровье пользователей, при этом в основном с точки зрения общепризнанных канцерогенных эффектов ВЧ и сверхвысокочастотной энергии.
Экспериментальные исследования биологических последствий воздействия ВЧ и СВЧ полей проводятся в широких масштабах в различных странах, там где использование мобильных телефонов наиболее распространено и продолжительно. Эти исследования, как следует из источников [3, 4] включают в себя исследования на добровольцах, животных и in vitro, клеточных методов и охватывают влияние ВЧ и СВЧ излучения в диапазоне 100 МГц - 60 ГГц и рассматривают как функциональные изменения в головном мозге (влияние воздействия ВЧ и СВЧ полей на голову), так и канцерогенные процессы, репродуктивной функции и развитию, сердечно-сосудистой системе и долголетию (в результате воздействия ВЧ и СВЧ полей на весь организм).
Выявленные биологические последствия для сердечно-сосудистой, эндокринной и иммунной систем и поведение изучаемых животных, по мнению исследователей, являются последствиями теплового воздействия острого ВЧ и СВЧ излучения, т.к. для того чтобы вызвать такие эффекты, необходимо повышение температуры, по крайней мере, на один - два градуса Цельсия. Относительно повышения риска развития рака в следствии воздействия ВЧ и СВЧ полей, то свидетельства о такой связи крайне недостоверны. Исследователи это объясняют тем фактом, что излучение мобильных телефонов и базовых станций не обладают энергией, достаточной для непосредственного разрыва химической или молекулярной связи, т.е. для повреждения ДНК. Кроме того, из уровня техники не известен биологический механизм возникновения возможных канцерогенных эффектов ВЧ и СВЧ полей. Вместе с тем, исследователи считают, что хотя упомянутый механизм на настоящее время отсутствует, тем не менее, отвергать вредное воздействие указанных полей на здоровье человека не следует.
Исследования, касающиеся риска развития опухоли головного мозга, дали в основном негативные результаты. Дело в том, что для выявления влияния излучения мобильного телефона на головной мозг требуется период наблюдения не менее 10 лет. В опубликованных источниках этот период составлял 8 лет, из них первую половину этого срока наблюдаемые люди пользовались мобильными телефонами, основанными на аналоговом сигнале. Поэтому исследователи утверждают, что никаких признаков повышенного риска развития опухолей головного мозга при использовании мобильного телефона менее 10 лет обнаружено не было. Однако были выявлены повышенные риски развития невриномы слухового нерва после 10 и более лет пользования мобильным телефоном. Вместе с тем в ряде публикаций в последнее время, где наблюдения превысили 10 летний период, исследователи более уверенно утверждают о наличии негативного влияния излучения, как самого мобильного телефона, так и базовых станций. В этой связи, исследователями рекомендуется принять подход, основанный на предосторожности - то есть ограничить воздействие ВЧ и СВЧ, планировать расположение и настройку базовых станций, поощрять избирательное пользование мобильными телефонами. Более категорично рекомендуется ограничить использование мобильных телефонов детьми. Естественными является и тот факт, что проведению серьезных, глубоких исследований по данному вопросу, получению объективной информации, препятствуют мощные корпорации, являющиеся разработчиками и производителями средств мобильной связи.
Уровень техники
Неопровержимым свидетельством негативного влияния излучения мобильного телефона на здоровье пользователя, являются технические решения, направленные на уменьшение этого влияния, представляющие известный уровень техники. Анализ технических решений, представляющих данную тематику в известном уровне техники, показывает, что они разделяются на несколько направлений. В качестве одного из технический решений, являющегося направлением, связанным с непосредственным экранированием излучения мобильного телефона, можно указать мобильный телефон с приспособлением для уменьшения интенсивности радиооблучения пользователя, в котором на тыльной стороне корпуса телефона непосредственно за антенной, укреплен экран, имеющий поглощающее радиоизлучение покрытие, при этом экран может быть выполнен раскладным или из веерообразно сочлененных лепестков, один крайний из которых, закреплен неподвижно на связанной с корпусом телефона оси, а другие лепестки установлены на оси с возможностью вращения, причем другой крайний лепесток связан с осью торсионной пружиной, а на лепестках выполнены выштамповки различного диаметра, которые в сложенном положении экрана входят одна в другую [5].
Экранирование может осуществляться как непосредственно путем введения в конструкцию мобильного телефона специального элемента, выполняющего роль экрана, так и путем использования в качестве экрана, например, корпуса мобильного телефона.Представителем такого направления можно рассматривать устройство для защиты от электромагнитного излучения трубки сотового телефона, в котором экраном, защищающим человека от излучения, служат поверхности сотового телефона, обращенные к человеку, в состав которых при изготовлении введен ферромагнитный порошок [6].
Известен также мобильный телефон, включающий корпус, выполненный из диэлектрического материала, радиопередатчик, источник питания, генератор электромагнитного излучения миллиметрового диапазона длин волн мощностью 10-30 мкВт, с плоской щелевой антенной, который соединен с источником питания и размещен в непосредственной близости от звуковоспроизводящего устройства на внутренней стороне стенки корпуса, обращенной к пользователю, таким образом, чтобы производимое генератором электромагнитное излучение миллиметрового диапазона длин волн оказывало воздействие на мочку уха пользователя, при этом фрагмент корпуса телефона, закрывающий генератор электромагнитного излучения миллиметрового диапазона длин волн и плоскую щелевую антенну, выполнен в форме пластины из диэлектрика, показатель преломления которого составляет 2,1-2,4, причем толщина пластины определяется соотношением:
где h - толщина пластины, мм;
n - показатель преломления диэлектрика;
m - натуральное число;
λ - длина волны электромагнитного излучения миллиметрового диапазона, мм;
σ - поправка, находящаяся в пределах 0,13-0,17 мм [7].
Анализ приведенных технических решений, представляющих известный уровень техники в данной области, использующих экранирование для уменьшения вредного воздействия, оказываемого радиочастотным излучением показывает, что для них характерен, по крайней мере, один существенный недостаток. Как известно любое экранирование влияет на форму лепестков диаграммы направленности, существенно ее деформируя, что отражается как на эффективности экранирования, так и на качестве работы мобильных аппаратов. Весьма проблематично достижение технического результата путем введения в конструкцию мобильного телефона дополнительного генератора электромагнитного излучения, воздействие которого на биологические активные точки, сосредоточенные в мочке уха пользователя, способствует нейтрализации вредного воздействия на пользователя генератора электромагнитных волн дециметрового диапазона. Дело в том, что биологически активные точки у каждого пользователя сугубо индивидуальны, весьма своеобразны физиологически и их реакция на воздействие электромагнитного излучения миллиметрового диапазона у каждого пользователя слабо прогнозируема.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и достигаемому в процессе ее использования техническому результату, является устройство радиосвязи, содержащее корпус, в котором размещены блоки и узлы, соединенные в систему приема и передачи беспроводных сообщений, включающую коротко-дистанционный приемник-передатчик, основной приемо-передатчик, соединенный с антенной, блок обработки радиосигнала, связанный с основным процессором и обоими приемниками-передатчиками, блок памяти с программами по осуществлению функционирования устройства радиосвязи, связанный с основным процессором, средства ввода и отображения информации, включающие блок ввода информации, микрофон, динамик, дисплей, соединенные с ауди-процессором, фото-видео камеру, блок питания, включающий зарядное устройство, соединенное с батареей питания, к которой соответственно подключены все блоки, узлы и средства устройства радиосвязи [8].
Техническое решение, раскрытое в данной заявке на изобретение, поданной в патентное ведомство США, характеризуется особой конструкцией корпуса, позволяющей несколько уменьшить воздействие радиоизлучения, однако его величина остается весьма существенной.
Известно (Методические указания МУК 4.3.043-96, Госкомсанэпиднадзор России, Москва, 1996 г.) что плотность потока мощности (ППМ) электромагнитного поля радиосредств, работающих в диапазоне частот 700 Мгц-30 ГГц определяется следующей зависимостью:
где: Р - мощность на входе антенно-фидерного тракта, Вт;
G - коэффициент усиления антенны относительно изотропного излучателя, определяемый в направлении максимального излучения;
афт
о
т
П=П·П - коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте;
о
о
П - потери на отражение, обусловленные недостаточным уровнем согласования антенны с магистральным фидером (обычно П>0,9);
т
П - КПД фидера, определяемый тепловыми потерями (характеристики фидеров на поставляемую длину, приводятся в справочниках, выпущенных ГСПИ РТВ);
R - расстояние от геометрического центра антенны до точки наблюдения (наклонная дальность), м;
в
F(α) - нормированная диаграмма направленности;
α - угол, образованный направлением на точку;
г
F(φ) - нормированная ДН в горизонтальной плоскости;
j - азимут, град.;
ф
К-=1,15…1,3 - множитель ослабления.
На частотах более 300 Мгц в случае, когда ближняя зона (зона индукции) расположена в непосредственной близости у излучателя, плотность потока мощности электромагнитного поля определяется следующей зависимостью:
изл
где: Р - мощность, излучаемая антенной;
G - коэффициент направленного действия (КНД) антенны;
r - расстояние до антенны;
L - затухание электромагнитного потока на пути распространения.
Из обеих зависимостей следует, что мощность воздействия радиоизлучения на пользователя мобильным телефоном обратно пропорциональна квадрату расстояния от излучателя, т.е. чем дальше расположен генератор электромагнитных волн дециметрового диапазона мобильного телефона от головы пользователя, тем меньше его отрицательное воздействие на головной мозг пользователя. Можно утверждать, что это влияние изменяется по аналогичной зависимости. Поэтому, разместив генератор электромагнитных волн дециметрового диапазона мобильного телефона на возможно большем расстоянии от головы пользователя, можно существенно уменьшить вредное влияние электромагнитного излучения на головной мозг пользователя.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании конструкции мобильного средства связи, в которой устранен основной недостаток известных конструкций, связанный с высоким уровнем облучения и обладающего наряду со всеми преимуществами существующих конструкций мобильных телефонов, минимально допустимыми уровнями облучения пользователя мобильного телефона.
Технический результат, обусловленный использованием заявляемой полезной модели, заключается в предложении пользователям, экологически безопасного мобильного средства связи, конструкция которого характеризуется минимальным уровнем воздействия электромагнитного излучения на пользователя.
Задача, положенная в основу заявляемой полезной модели, с достижением упомянутого технического результата в процессе ее использования, решается тем, что конструкция известного устройства радиосвязи, преимущественно мобильной, содержащее корпус, в котором размещены блоки и узлы, соединенные в систему приема и передачи беспроводных сообщений, включающую коротко-дистанционный приемник-передатчик, основной приемник-передатчик, соединенные с антенной, блок обработки радиосигнала, связанный с основным микропроцессором и обоими приемниками-передатчиками, блок памяти с программами по осуществлению функционирования устройства радиосвязи, связанный с основным микропроцессором, средства ввода и отображения информации, включающие блок ввода информации, микрофон, динамик, дисплей, соединенные с ауди-микропроцессором, блок питания, включающий зарядное устройство, соединенное с батареей питания, к которой соответственно подключены все блоки, узлы и средства устройства радиосвязи, снабжено дополнительной системой приема и передачи беспроводных сообщений, выполненной в виде отдельного блока, размещенного на максимально возможном удалении от головного мозга пользователя, при этом дополнительная система приема и передачи беспроводных сообщений включает основной приемник-передатчик, коротко-дистанционный приемник-передатчик, связанные с антенной, блоком обработки радиосигнала, микропроцессором и блоком памяти, которые соединены с батареей питания, подключенной к зарядному устройству и образующие систему приема и передачи беспроводных сообщений, при этом интерфейс, обеспечивающий функционирование упомянутых систем приема и передачи беспроводных сообщений, предусматривает возможность отключения основной системы приема и передачи беспроводных сообщений при наличии функционирования дополнительной системы приема и передачи беспроводных сообщений;
- а также тем, что устройство может быть дополнительно снабжено известными средствами, позволяющими реализовывать известные опции, например, фото/видео камерой.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства мобильной радиосвязи;
на фиг.2 схематично показан алгоритм - основные этапы работы устройства мобильной радиосвязи.
Наилучший вариант осуществления заявленной полезной модели
Устройство мобильной радиосвязи 1 (фиг.1) принципиально может быть выполнено в виде двух блоков: блок 2 и блок 3, каждый из которых представляет собой систему приема и передачи беспроводных сообщений, связанных между собой беспроводным интерфейсом. Блок 2 условно можно считать основной системой приема и передачи беспроводных сообщений. Он включает: коротко-дистанционный приемник-передатчик 5, основной приемник-передатчик 7, блок обработки радиосигнала 8, блок памяти 16 с программами и необходимыми значениями параметров, позволяющими осуществлять функционирование основной системы приема и передачи беспроводных сообщений, микропроцессор 14, аудио процессор 19, динамик 20, микрофон 21, дисплей 22, блок ввода информации 23, антенна 27, батарея питания 10, зарядное устройство 12. Перечисленные блоки и узлы соединены соответствующим образом, образуя основную систему приема и передачи беспроводных сообщений. Система может быть снабжена фото/видео камерой 17 и другими известными средствами для осуществления других известных опций.
Блок 3 также условно, можно считать дополнительной системой приема и передачи беспроводных сообщений. Он включает коротко-дистанционный приемник-передатчик 4, основной приемник-передатчик 6, блок обработки радиосигнала 28, блок памяти 15 с программами и необходимыми значениями параметров, позволяющими осуществлять функционирование дополнительной системы приема и передачи беспроводных сообщений, микропроцессор 13, антенну 26, батарею питания 9, зарядное устройство 11. Перечисленные блоки и узлы также соединены соответствующим образом, образуя дополнительную систему приема и передачи беспроводных сообщений.
Как отмечалось выше, суть предложения заключается в том, чтобы предлагаемая конструкция устройства мобильной радиосвязи, обеспечивала минимально достижимый уровень облучения пользователя электромагнитным излучением. Исходя из этого, устройство мобильной радиосвязи (блок 2), представляющее обычный мобильный телефон, имеющий соответствующие узлы и блоки, обеспечивающие осуществление приема и передачи беспроводных сообщений, а также других известных опций, снабжается дополнительным блоком 3, который в отличие от блока 2, содержит узлы и блоки, необходимые только для обеспечения функции приема и передачи беспроводных сообщений, а все действия, необходимые для работы с устройством радиосвязи осуществляются с использованием блока 2. Таким образом, предлагается осуществлять такой режим работы устройства, когда в режиме приема-передачи беспроводных сообщений работает только основной приемник-передатчик 6 блока 3, а обмен информацией между блоками 2 и 3 осуществляется посредством интерфейса, сформированного коротко-дистанционными приемниками-передатчиками 4 и 5 соответственно блоков 3 и 2, в качестве которых могут использоваться, например, система Bluetooth, мощность излучения которой на порядок меньше мощности излучения GSM, и дальнейшую обработку сигнала осуществляют соответствующие средства и блоки основной системы беспроводных сообщений - блок 2. Такая конструкция, когда основной источник мощного электромагнитного излучения, например приемопередатчик GSM расположен на значительном удалении от мозга пользователя, позволила на порядок снизить мощность электромагнитного излучения, воздействующего на пользователя устройством мобильной радиосвязи.
Устройство мобильной радиосвязи 1 не ограничивается только функцией мобильного телефона, оно может быть личной системой коммуникации, личным цифровым помощником или другим устройством коммуникации, обеспечивающим возможность передачи и приема сигналов, как в сеть, так и от сети радиосвязи. Основные приемники-передатчики 6 и 7 соответственно блоков 3 и 2 могут быть полностью функциональными приемниками-передатчиками сотовой радиосвязи, которые работают в соответствии с любым известным стандартом, например. Глобальная Система для Мобильных Коммуникаций (GSM), cdmaOne, сdmaблок 200, UMTS, Широкополосный CDMA, WiFi, WiMax и другие. Микропроцессор 13, может использоваться как контроллер средств управления операциями блока 3, выполняющий действия в соответствии с программами и/или данными, хранящимися в блоке памяти 15. Вместе с тем, функции управления могут быть осуществлены как в одном микропроцессоре 13 или 14, так и в нескольких микропроцессорах. Блоки обработки радиосигнала 8 и 28 обрабатывают сигналы принятые и переданные соответственно основными приемниками-передатчиками 7 и 6. Полоса частот принятого приемниками-передатчиками 7 и 6 сигнала в блоках обработки радиосигнала 8 и 28 кодируется, разделяется на отдельные каналы, демодуляции и расшифровки в соответствии с действующими стандартами и протоколами, и посылается в приемники-передатчики 7 и 6 для передачи в сеть радиосвязи. Частотный преобразователь блоков обработки радиосигнала 8 и 28 выполняет свои функции кодирования/расшифровки, используя любой известный метод, который является подходящим для сети, в которой функционирует устройство мобильной радиосвязи 1. Блоки обработки радиосигнала 8 и 28 также обеспечивают преобразование аналогового сигнала, например голоса пользователя, преобразованного в микрофоне 21, в аналоговый сигнал, в цифровой сигнал, который затем кодируется, используя любой соответствующий протокол для данной сети. Блок 2, как правило, содержит блок ввода информации 23, использующий известные средства, такие как клавиатура, touchpad, диски контроля за джойстиком, кнопки контроля, как отдельно, так и в любой их комбинации. Этот позволяет пользователю набирать номера абонентов, выполнять необходимые при пользовании команды, просматривать меню и содержание его отдельных пунктов, осуществлять выбор и т.д. Используя фото/видео камеру 17, динамик 20, микрофон 21, аудио микропроцессор 19, пользователь может осуществлять фото/видео съемку, запечатляя не только изображение, но и сопровождающий ее звуковой фон, который преобразуется в цифровой сигнал посредством аудио микропроцессора 19. Зарядные устройства 11 и 12 осуществляют подзарядку батарей 9 и 10, когда зарядные устройства соединены с внешним источником питания. Батареи 9 и 10 обеспечивают питанием соответственно блоки 3 и 2 при работе в автономном режиме.
На фиг.2 приведен алгоритм работы предлагаемого устройства мобильной радиосвязи, на котором схематично показаны основные этапы функционирования предлагаемого устройства в двух режимах работы. Поскольку блок 2 представляет собой обычный, широко распространенный мобильный телефон, работа которого всем хорошо известна, на фиг.2 приведены только те принципиальные отличия, которые характерны для заявляемого устройства. Аналогичный подход использован и при описании его работы.
Устройство радиосвязи 1 функционирует следующим образом. После включения устройства 1 осуществляется поиск сигнала коротко-дистанционного приемника-передатчика 4 блока 3. Если сигнал обнаружен, а это значит что устройство содержит блок 3, устанавливается связь между коротко-дистанционными приемниками-передатчиками 5 и 4 соответственно блоков 2 и 3, т е. формируется беспроводной интерфейс, эффективно соединяющий упомянутые блоки. Посредством сформированного интерфейса, блок обработки радиосигнала 28 соединяется с основным приемником-передатчиком 6 блока 3 и отключается основной приемник-передатчик 7 блока 2. Это основной режим функционирования устройства радиосвязи 1, при этом основной приемник-передатчик 6 блока 3 работает на максимально возможном удалении от головы пользователя, существенно снижая уровень его облучения электромагнитным излучением, а управление работой устройства радиосвязи 1 осуществляется с помощью соответствующих средств блока 2.
В том случае, если сигнал коротко-дистанционного приемника-передатчика 4 блока 3 не обнаружен, формируется команда на включение основного приемника-передатчика 7 блока 2, после чего он соединяется с блоком обработки радиосигнала 8 блока 2, а основной приемник-передатчик 6 блока 3 отсоединяется от блока обработки радиосигнала 28 блока 3, далее устройство радиосвязи 1 функционирует в режиме обычного телефона мобильной связи.
Устройство мобильной радиосвязи, выполненное в соответствии с предлагаемой конструкцией, обеспечивает существенное снижение уровня облучения пользователя электромагнитным излучением, таким образом, практически исключая возможность отрицательного влияния на головной мозг пользователя. Можно утверждать, что пользователям предлагается экологически чистое средство мобильной радиосвязи - мобильный «зеленый» телефон.
Предлагаемое устройство мобильной радиосвязи может быть легко изготовлено на существующем оборудовании и технологической оснастке, т.к. в нем используются широко известные и выпускаемые промышленностью комплектующие узлы и блоки.
Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:
1. National Radiological Protection Board. Mobile phones and health 2004: report by the Board of NKPB. Chilton, Didot, Oxfordshire, National Radiological Protection Board, 2004 (Documents of the NRPB, volume 15, no.5; http//www.hpa.org.uk/radiation/publications_of_nrpb/pdfs/doc_15_5.pdf, accesed 15 September 2006).
2. Maier M. Brains and mobile phones. BMJ, 2006, 332:864-865.
3. Independent Expert Group on Mobile Phones. Mobile phones and health. Oxon, United Kingdom, Expert Group on Mobile Phones, 2000 (http//www.iegmp.org.uk/re-port/text.htm, accessed 15 September 2006).
4. Krewski D et al. Recent advances in research on radiofrequency fields and health. Journal of Toxicology and Environmental Health. Part B, Critical Reviews, 2001, 4:145-159.
5. Полезная модель RU №37288, МПК 7 Н04M 1/00, 2003 г.
6. Патент на изобретение RU №2237376, МПК 7 Н04M 1/03, 2003 г.
7. Патент на изобретение RU №2169434, МПК 7 Н04M 1/03, 1998 г.
8. Заявка на изобретение US 2008/0026803, МПК 7 Н04M 1/02 - прототип.