СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ МОБИЛЬНОГО ТЕЛЕФОНА
METHOD OF MEASURING THE DENSITY OF THE ELECTROMAGNETIC RADIATION ENERGY FLOW FROM MOBILE PHONE

Изобретение относится к медицине, а именно к гигиене, и может быть использовано для измерения плотности потока энергии (ППЭ) электромагнитного излучения (ЭМИ) от мобильного телефона (МТ).
2
2
2
2
Согласно СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи» нормативным значением ППЭ вблизи передней панели МТ является 100 мкВт/см. Измерения ППЭ от МТ предписано проводить согласно методическим указаниям МУК 4.3.1676-03 «Гигиеническая оценка электромагнитных полей, создаваемых радиостанциями сухопутной подвижной связи, включая абонентские терминалы спутниковой связи». Эта методика предполагает измерение ППЭ ЭМИ на расстоянии 0,37 м от МТ с контролируемым значением 3 мкВт/см. По данным нормативных документов непревышение уровня ППЭ 3 мкВт/см на расстоянии 0,37 м обеспечивает соблюдение норматива в 100 мкВт/см вблизи от МТ.
Следует учесть, что существующий норматив установлен с целью недопущения возникновения у человека тепловых эффектов ЭМИ. Однако в последние годы проводится все больше исследований, которые указывают на наличие у ЭМИ нетепловых эффектов, возникающих при уровнях ППЭ, даже на несколько порядков меньших, чем нормативные значения, принятые в РФ и зарубежных странах. Это означает, что соблюдение существующего норматива не гарантирует отсутствие негативных последствий использования МТ. Существующую методику нельзя использовать для получения реальных значений ППЭ вблизи разных МТ, а лишь для контроля соблюдения норматива.
Известен способ оценки электромагнитной безопасности малогабаритных радиоэлектронных средств (РЭС), заключающийся в измерении уровней ЭМИ на расстоянии 2-4 см, соответствующем расположению головы пользователя в ближней зоне излучения РЭС (RU 2167428 С1, опубл. 20.05.2001). Измерения проводят в заданных точках, равномерно расположенных в плоскости, параллельной плоскости передней панели РЭС, зафиксировав РЭС напротив указанной плоскости на заданном расстоянии от него.
Следует отметить, что известный способ не позволяет представить воздействие ЭМИ МТ на голову человека, как наиболее значимую с точки зрения неблагоприятного воздействия на пользователя анатомическую область в условиях, соответствующих реальной эксплуатации МТ. Кроме того, эксплуатация МТ предполагает его нахождение непосредственно у головы пользователя при наборе номера, приеме входящего вызова и разговоре.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в получении распределения воздействия ЭМИ МТ на голову человека, как наиболее значимую с точки зрения неблагоприятного воздействия на пользователя анатомическую область в условиях, соответствующих реальной эксплуатации МТ.
Указанный технический результат достигается в способе измерения ППЭ ЭМИ от МТ, включающем измерения в заданных точках, равномерно расположенных в плоскости, параллельной плоскости передней панели мобильного телефона, зафиксировав мобильный телефон напротив указанной плоскости на заданном расстоянии от нее, в котором при измерении мобильный телефон устанавливают под углом примерно 43±1° к горизонтали, из полученных значений формируют матрицу распределения ППЭ ЭМИ от МТ, указанную матрицу совмещают со схемой черепно-мозговой топографии головы человека, совмещая область расположения динамика мобильного телефона на матрице с обозначением наружного слухового прохода на упомянутой схеме головы человека.
Целесообразно измерения проводить в трех режимах работы мобильного телефона: набор номера, прием входящего вызова иразговор.
Для большей наглядности полученные значения ППЭ ЭМИ от МТ отображают на матрице графически, при этом используют шкалу градаций серого, в которой минимальному значению плотности потока энергии электромагнитного излучения соответствует белый цвет, а максимальному - 50% серого.
Измерение ППЭ ЭМИ от МТ в заданных точках, равномерно расположенных в плоскости, параллельной плоскости передней панели МТ, зафиксированного напротив указанной плоскости на заданном расстоянии от нее, позволяет получить матрицу распределения ППЭ ЭМИ от МТ, воздействующего на пользователя в условиях, соответствующих его реальной эксплуатации.
Для определения положения МТ при проведении измерений были сделаны замеры угла удержания МТ в руке при разговоре у 30 человек в возрасте 19-21 год, среднее значение угла наклона МТ к горизонтали составило 42,7° и ошибка среднего 0,2°. Учитывая высокую точность проведенных замеров, которую трудно достигнуть при фиксировании МТ для проведения измерений ППЭ ЭМИ, угол наклона МТ к горизонтали приняли примерно 43±1°. Установка МТ под указанным углом и совмещение полученной матрицы распределения значений ППЭ ЭМИ со схемой черепно-мозговой топографии головы человека, совмещая область расположения динамика мобильного телефона на матрице с обозначением наружного слухового прохода на упомянутой схеме строения головы человека, позволяет представить воздействие ЭМИ МТ на голову человека, как наиболее значимую с точки зрения неблагоприятного воздействия на пользователя анатомическую область, в условиях, соответствующих реальной эксплуатации МТ.
Измерение ППЭ ЭМИ в трех режимах работы МТ: набор номера, прием входящего вызова и разговор позволяет регистрировать изменение мощности выходного сигнала МТ в зависимости от режима работы, конкретной радиообстановки и логики работы радиомодуля МТ, которую заложил производитель.
Графическое отображение полученных значений ППЭ ЭМИ на матрице в виде градаций оттенков серого позволяет максимально наглядно и информативно предоставлять результаты. Это дает возможность выявлять наличие неравномерного распределения, определять области большей ППЭ и топографически сопоставлять их с отделами лицевого и мозгового черепа. Различия в конструкции антенн МТ обуславливают разные области повышенной ППЭ. Таким образом, различные МТ могут преимущественно оказывать влияние на отдельные отделы головного мозга. Графическое отображение данных позволяет сравнивать между собой распределение ППЭ различных МТ вблизи от головы пользователя.
Способ может быть использован для крупномасштабных мультицентровых исследований в неврологии для выявления влияния конкретных моделей и вариантов конструкции МТ на те или иные отделы головного мозга.
На чертежах представлены матрицы распределения ППЭ ЭМИ от МТ:
на фиг. 1 - от МТ Apple iPhone 4s;
на фиг. 2 - от МТ Apple iPhone 5.
Способ осуществляют, например, следующим образом.
В зависимости от задач исследования задают размеры поля и количество точек, в которых будут производить измерения, расстояние между ними, а также расстояние между плоскостью передней панели МТ и параллельной ей плоскостью, в которой будут производиться измерения.
Размеры плоскости, в пределах которой будут производить измерения, выбирают так, чтобы незначительно перекрывать средние размеры головы человека, и составляют 300 мм по горизонтали и 280 мм по вертикали. Количество точек измерения определяют исходя из требований, предъявляемых к разрешающей способности получаемой матрицы распределения ППЭ. Следует учитывать, что увеличение количества точек и разрешающей способности значительно увеличивает время, необходимое для проведения замеров. Целесообразно подбирать расстояние между точками, сопоставимое с размерами долей головного мозга. В данном случае оптимальным расстоянием между точками является расстояние 60 мм по горизонтали и 70 мм по вертикали. Таким образом, ППЭ ЭМИ от МТ измеряют в 20 точках: 5 по горизонтали и 4 по вертикали. Расстояние между плоскостью передней панели МТ и плоскостью, в которой производят измерения, для головы не целесообразно устанавливать большим половины ее ширины. Так как расстояние между козелковыми точками у 99% людей не превышает 15,9 см, то расстояние между плоскостью передней панели МТ и плоскостью измерения устанавливают не больше 8 см. Данное расстояние целесообразно измерять от передней панели МТ до геометрического центра антенны измерителя.
Для измерений МТ устанавливают под утлом примерно 43±1° к горизонтали и фиксируют в таком положении напротив центральной области плоскости измерения. Антенну измерительного прибора помещают последовательно в заданные точки плоскости перед передней панелью МТ и регистрируют несколько значений ППЭ в каждой с последующим их усреднением. Такие измерения производят в трех режимах работы МТ - набор номера, прием входящего вызова и разговор. Для получения объективных данных необходима регистрация, по меньшей мере, 10-ти последовательных значений ППЭ в каждой из намеченных точек, что позволяет нивелировать разницу в динамике изменения ППЭ в каждом режиме в каждой точке и сравнивать различные МТ.
Величина ППЭ зависит от конкретной радиообстановки, которая постоянно меняется в зависимости от сочетания различных факторов - текущая нагрузка на базовую станцию, наличие и количество препятствий на пути сигнала и др. Поэтому для повторяемости результатов описанный выше цикл измерения целесообразно проводить трижды, желательно в разные дни. Так как расстояние до базовой станции и наличие крупных заслоняющих объектов (здания и проч.) имеет определяющее значение для радиообстановки, сравнивать можно только данные, полученные в ходе измерений в данном конкретном месте установки измерительного стенда.
Формируют матрицу распределения ППЭ ЭМИ от МТ (фиг. 1 и 2), для чего плоскость разлиновывают на прямоугольники со сторонами, равными или пропорциональными расстояниям между точками измерений, при этом центр каждого прямоугольника соответствует точке измерения. Количество прямоугольников в рядах и столбцах матрицы должно соответствовать количеству точек, в которых проводились измерения по горизонтали и вертикали. В прямоугольники матрицы наносят полученные значения ППЭ ЭМИ в числовом виде и графически в виде градаций оттенков серого, используя относительную шкалу, в которой минимальному значению ППЭ ЭМИ соответствует белый цвет, а максимальному - 50% серого. Также на матрицу наносят область расположения динамика МТ. Полученную матрицу распределения значений ППЭ ЭМИ совмещают со схемой черепно-мозговой топографии головы человека, совмещая область расположения динамика мобильного телефона на матрице с обозначением наружного слухового прохода на схеме строения головы человека (фиг. 1, 2). Способ иллюстрируется следующими примерами.
В приведенных примерах измерения ППЭ ЭМИ проводили в 20 точках: 5 по горизонтали и 4 по вертикали, расстояние между точками составляло 60 мм по горизонтали и 70 мм по вертикали. Измерения проводили прибором «Измеритель уровней электромагнитных излучений П3-41» с антенной преобразователем «АП-1», производитель ООО "СКБ ПиТОН". Расстояние от передней панели МТ до плоскости, в которой проводили измерения, составляло 5 см.
Пример 1. Мобильный телефон класса смартфон, Apple iPhone 4s. У аппарата антенна расположена в нижней трети корпуса. Измерения проводили в режиме набора номера (фиг. 1а) и в режиме разговора (фиг. 1б).
2
2
Как видно из представленных матриц, значения ППЭ в режиме набора номера (фиг. 1а) находятся в пределах от 1,82 до 11,27 мкВт/см, что значительно выше значений ППЭ в режиме разговора - в пределах от 0,01 до 1,01 мкВт/см (фиг. 1б).
2
В режиме набора наибольшие значения ППЭ 11,27 и 10,47 мкВт/см наблюдаются соответственно в прямоугольниках 13 и 7 матрицы распределения (фиг. 1а), что соответствует расположению антенны в нижней части корпуса МТ.
2
В режиме разговора роль антенны в формировании распределения ППЭ (фиг. 1б) перестает быть доминирующей, поэтому в прямоугольниках 7 и 13 значения ППЭ не максимальные. Наибольшие для этого режима значения ППЭ 1,01 и 0,78 мкВт/см наблюдаются соответственно в прямоугольниках 8 и 17, что соответствует вкладу радиомодуля мобильного телефона. Данная информация получена впервые благодаря заявленному способу.
2
2
2
2
2
2
При сопоставлении матрицы распределения ППЭ ЭМИ со схемой черепно-мозговой топографии головы человека, графическое отображение результатов в виде градаций оттенков серого позволило визуально установить точки с наиболее высокими значениями ППЭ в режиме набора номера (фиг. 1а), топографически соответствующие стволу головного мозга - 11,27 мкВт/см, лобной доле - 10,47 мкВт/см, проекции гипофиза - 8,52 мкВт/см, височной доле - 8,52-11,27 мкВт/см, затылочной доле - 7,16 мкВт/см и лицевому отделу черепа - 9,86 мкВт/см.
2
Были выделены точки, которые соответствуют отделам головного мозга, эти точки расположены в прямоугольниках 2, 3, 7, 8, 9, 13, 14, и подсчитан усредненный уровень ППЭ для мозгового отдела черепа. Для данного МТ он составил 7,90±0,86 мкВт/см.
Пример 2. Мобильный телефон класса смартфон, Apple iPhone 5. У аппарата антенна расположена в нижней трети корпуса. Измерения проводили в режиме набора номера (фиг. 2а) и в режиме разговора (фиг. 2б).
2
Как видно из представленных матриц, значения ППЭ в режиме набора номера (фиг. 2а) находятся в пределах от 1,40 до 14,32 мкВт/см, это значительно выше значений ППЭ в режиме разговора - в пределах от 0,01 до 0,18 мкВт/см (фиг. 2б).
2
В режиме набора наибольшие значения ППЭ 14,32 и 10,10 мкВт/см наблюдаются соответственно в прямоугольниках 17 и 9 матрицы распределения (фиг. 2а), что соответствует расположению антенны МТ. Графическое отображение результатов показывает идентичность распределения ППЭ в обоих режимах для данного МТ, что определяется особенностями конструкции данного МТ.
2
2
2
2
2
2
При сопоставлении матрицы распределения ППЭ ЭМИ со схемой черепно-мозговой топографии головы человека графическое отображение результатов в виде градаций оттенков серого позволило визуально установить точки с наиболее высокими значениями ППЭ в режиме набора номера (фиг. 2а), топографически соответствующие затылочной доле - 10,10 мкВт/см, мозжечку - 9,24 мкВт/см, височной доле - 9,06 мкВт/см, стволу мозга - 7,40-9,24 мкВт/см и лицевому отделу черепа - 6,05 мкВт/см. При этом графически можно выделить точки, которые соответствуют отделам головного мозга, - это точки в прямоугольниках 2, 3, 4, 8, 9, 13 и 14, и подсчитать усредненный уровень ППЭ для мозгового отдела черепа. Для данного мобильного телефона он составил 6,55±1,18 мкВт/см.
Сравнение результатов измерений ППЭ ЭМИ Apple iPhone 4s и iPhone 5 показало, что в режиме разговора область максимальных значений ППЭ у обоих телефонов совпадает и находится в прямоугольнике 17 (фиг. 1б и 2б). Это согласуется с одинаковым расположением антенны в аппаратах. Следующее за максимальным значение ППЭ у модели iPhone 4s находится в прямоугольнике 8, а у модели iPhone 5 - в прямоугольнике 9. Это различие объясняется большей на 9 мм длиной корпуса второго аппарата.
2
2
В режиме набора номера у телефона iPhone 4s максимальное значение ППЭ топографически соответствует стволу головного мозга и составляет 11,27 мкВт/см (фиг. 1а), у телефона iPhone 5 максимальное значение ППЭ составляет 14,32 мкВт/см и соответствует области нижней челюсти (фиг. 2а). Анализ матриц показывает, что у телефона iPhone 5 значения ППЭ в прямоугольниках 2, 3, 4 и 7 ниже как в абсолютных величинах, так и относительно, чем у iPhone 4s, это указывает на меньшее облучение лобной и теменной долей. Телефон iPhone 5 показал большие как в абсолютных величинах, так и относительно значения ППЭ в прямоугольниках 9 и 14, что указывает на большее облучение затылочной доли и мозжечка.
Таким образом, полученные матрицы распределения ППЭ ЭМИ позволяют сравнить значения ППЭ, выявить отделы головного мозга, преимущественно облучаемые исследуемым МТ, и сравнить модели телефонов.
Использование заявленного способа позволяет получать распределение значений ППЭ ЭМИ в непосредственной близости от передней панели МТ, что соответствует реальным условиям его эксплуатации.