Электромагнитная безопасность мобильного оборудования СПР и ССС

При оценке безопасности АС – мобильных РЭС для СПР и ССС [2.10 и др.] неизбежны разночтения, вызванные тем, что отечественная норма по ЭМИ для АС ППЭ_ПДУ = 100 мкВт/см² отличается от зарубежного норматива SAR = 2 Вт/кг (2 мВт/г). До введения НД [2.16-2.17], значение ППЭ_ПДУ определялось для расстояния, соответствующего расположению головы пользователя ССС. Такую норму трудно было использовать при оценке безопасности малогабаритных РЭС, к которым относятся АС: во-первых, потому что геометрические размеры антенны измерителя ППЭ типа П3-20, рекомендуемого НД, соизмеримы с габаритами АС, структура ЭМИ которого в окружающей среде является неоднородной. В результате нельзя однозначно определить вариант взаимного расположения и ориентации АС и измерительной антенны, обеспечивающий приемлемую метрологическую точность и повторяемость результатов определения ППЭ. Во-вторых, на расстояниях 2... 10 см от лицевой панели АС, которые можно считать соответствующими расположению головы пользователя, уровни ППЭ изменяются весьма заметно и один и тот же сотовый телефон мог быть признан как безопасным по фактору ЭМИ, так и не соответствующим норме ППЭ_ПДУ = 100 мкВт/см².

Рис. 2.28. К определению характеристик безопасности АС по фактору ЭМИ	Рис. 2.29. К определению методики анализа безопасности АС по фактору ЭМИ

Неопределенность ситуации иллюстрирует рис. 2.28: интенсивность воздействия ЭМИ на голову пользователя, помимо излучающих свойств АС, определяется случайными значениями геометрических параметров R; L; H ₀и α. Поскольку структура ЭМИ в области пространства R; L; H ₀ вблизи радиотелефона обладает существенной неоднородностью, незначительные смещения антенны измерительного прибора относительно АС заметно влияют на результаты измерений. С учетом этих обстоятельств была разработана методика анализа безопасности по ЭМИ малогабаритных РЭС (в том числе АС), основанная на N -кратном определении уровней ППЭ на фиксированном расстоянии R = 2... 10 см от АС с последующей статистической обработкой полученных данных [2.10]. На рис. 2.29 показаны пронумерованные варианты расположения штатной антенны прибора П3-20 относительно лицевой панели АС при N = 10.

Рис. 2.30. Угловая зависимость ППЭ на расстоянии 0,5 м в горизонтальной плоскости для телефонов Nokia-2110 (штриховые линии) и Hagenuk GH (сплошные линии); расположение головы пользователя отмечено стрелкой	Рис. 2.31. Угловая зависимость ППЭ на расстоянии 0,5 м в вертикальной плоскости для телефонов Nokia-2110 (штриховые линии) и Hagenuk GH (сплошные линии); расположение головы пользователя отмечено стрелкой

Для N найденных таким образом результатов определяются оценки среднего значения ППЭ _ср и СКО, а также уровень ППЭ _0,95 , который не превышается с вероятностью 0,95. Указанные параметры связаны соотношением ППЭ _0,95 = ППЭ _ср + 1,6 СКО, которое остается справедливым для широкого круга распределений погрешности измерений. Полученные данные обеспечивают хорошую повторяемость результатов и позволяют производить сравнение безопасности АС разных стандартов и типов по фактору ЭМИ.

При разработке данной методики [2.10] исследовались дистанционные и угловые характеристики излучения АС. В качестве базовой модели для сравнительных исследований были выбраны телефоны Nokia-2110 и Hagenuk GH стандарта GSM-900, которые полностью соответствует НД [2.16-2.17; 2.21-2.23].

На рис. 2.30 представлены угловые распределения ППЭ на расстоянии 0,5 м в горизонтальной плоскости, на рис. 2.31 – в лицевой вертикальной плоскости, для телефонов Nokia-2110 (штриховые линии) и Hagenuk GH (сплошные линии), расположение головы пользователя отмечено стрелками. Графики рис. 2.32 иллюстрируют дистанционную зависимость уровней ППЭ_ср (кривая 1); ППЭ_0,95 (кривая 2) и СКО (кривая 3) для телефона Nokia-2110. На рис. 2.33 представлены ДН по мощности излучения в горизонтальной плоскости при φ [0; 360^о] для телефона Nokia-2110 в свободном пространстве (штриховая линия) и с учетом головы пользователя (две сплошные линии соответствуют двум разным измерениям ППЭ; расположение телефона справа от головы показано на рис. 2.23) на расстоянии R = 0,4 м. Аналогичные данные для АС стандарта GSM-900 производства Nokia; Siemens; Ericsson; Motorola и Philips, представленные в [2.10], дополняют и уточняют сведения об их безопасности по критерию SAR, публикуемые в Internet.

Рис. 2.32. Дистанционная зависимость измеренных уровней ППЭср (кривая 1); ППЭ0,95 (кривая 2) и СКО (кривая 3) для телефона Nokia-2110	Рис. 2.33. ДН в горизонтальной плоскости для телефона Nokia-2110 в свободном пространстве (штриховая линия) и с учетом головы пользователя (две сплошные линии для двух серий измерений)

Из анализа кривых на рис. 2.32 следует, что скорость дистанционного убывания ППЭ вблизи АС составляет 7-9 дБ на декаду, – это означает, что защита расстоянием, наряду с защитой временем, является достаточно надежным способом обеспечения безопасности пользователей ССС. Из рис. 2.31-2.32 видно, что встроенная антенна телефона Hagenuk GH концентрирует ЭМИ в направлении от головы пользователя, что дополнительно улучшает безопасность АС.

Согласно паспортным данным, все телефоны стандарта GSM-900 излучают мощность 2 Вт. Однако измерения с помощью прибора П3-20 значений ППЭ в 6 точках сферы с радиусом R = 0,5 м после пересчета дают иной результат: телефон Nokia-2110 излучает 40,1... 43,8 мВт; телефон Hagenuk GH: 53,4 мВт и т.д. Кроме того, в режиме разговора существенно меняется направленность излучения антенны АС из-за влияния головы пользователя (см. рис. 2.33).

Результаты сравнительной оценки параметров безопасности АС разных стандартов и типов по фактору ЭМИ, полученные на основе методики [2.10], совпадают с данными, найденными по медико-диагностическим критериям (см. также таблицу 2.6). Например, для телефона Hagenuk GH (по данным фирмы-изготовителя со ссылкой на заключение Института мобильной и спутниковой связи IMST) воздействие на головной мозг человека в 3 раза меньше по сравнению с телефоном, который имеет выдвигающуюся гибкую антенну. По данным ЛЭЭ ПГУТИ, телефон Hagenuk GH на расстоянии R = 2-4 см создает уровни ППЭ _сри ППЭ _0,95 в 2,6-3,1 раза меньшие по сравнению с телефоном Nokia-2110 при выдвинутой гибкой антенне. Отметим, что оценка IMST получена с помощью дозиметрической системы DASY, использующей критерий SAR абсорбции вещества, расположенного в голове стеклянного манекена с жидкостью, имитирующей головной мозг человека [2.5; 2.21]. За рубежом система DASY считается одним из наиболее точных и объективных средств анализа безопасности РЭС по ЭМИ. В [2.10] на примере сравнения показателей ППЭ и SAR отмечены сложности, связанные с неоднозначностью данной оценки. Поэтому вопрос о взаимном соответствии норм [2.17] и результатов измерений согласно методике [2.18] на сегодняшний день остается в значительной мере открытым.

По данным ЛЭЭ ПГАТИ представляют интерес способы снижения нагрузки по ЭМИ на окружающую среду для сотовых АС: переход от аналоговых стандартов к цифровым; переход от макросотовой структуры сети к микросотам и пикосотам; использование адаптивной регулировки мощности излучения и интеллектуальных антенн.

Таблица 2.12. Сравнение средних уровней ППЭ; мкВт/см², для АС разных стандартов и типов

^* Р_А = var в диапазоне 20 дБ

В таблице 2.12 приведены значения уровней ППЭ _ср; мкВт/см² для АС разных стандартов и типов, в режиме излучения максимальной мощности: Р_А = max (за исключением крайнего столбца справа). Из таблицы 2.12 видно, во-первых, что переход от аналогового стандарта NMT-450 к цифровым стандартам GSM-900 и DAMPS в режиме Р_А = max позволяет снизить уровни ЭМИ АС в 3,7 … 9,65 раз. Во-вторых, что при организации в сети микросот с помощью оборудования GIGASET-1000 производства Siemens, использующего стандарт DECT, в тех же условиях уровни ЭМИ снижаются в 6,25 … 8,3 раза по сравнению с телефонами стандарта GSM-900. В-третьих, что автоматическая регулировка мощности излучения (режим Р_А = var, см. крайний столбец справа) при изменении расстояния между АС и БС в сети стандарта DAMPS (динамический диапазон до 20 дБ по данным Ericsson) действительно способна в 100 раз уменьшать уровни ЭМИ радиотелефонов, воздействующие на пользователей ССС.

Реклама преимуществ технологии CDMA не сопровождается публикацией сведений о безопасности этих РЭС по ЭМИ. По данным ЛЭЭ ПГУТИ в режиме излучения максимальной мощности абонентский терминал QCT-1000 на расстоянии 0,5 м создает уровни ППЭ порядка 9 мкВт/см². Базовый телефон Nokia-2110 стандарта GSM-900 на таких расстояниях излучает примерно вдвое меньше, – поэтому данный вопрос нуждается в дополнительном изучении.

Следует подчеркнуть, что приборы типа П3-20 на расстояниях 2-4 см от лицевой панели дают не абсолютные, а относительные оценки уровней ЭМИ, так как вблизи АС данные приборы не фиксирует уровни ППЭ (которые, по определению, вводятся только в дальней зоне излучения РЭС). Поэтому непосредственное сравнение результатов измерений с нормой 100 мкВт/см² некорректно. Однако использование критерия SAR также осложняется необходимостью усреднения найденных значений удельной поглощенной мощности по разным участкам неоднородной биологической ткани [2.5; 2.21-2.23]. Предложенная ЛЭЭ ПГУТИ методика вероятностного анализа параметров безопасности малогабаритных РЭС по фактору ЭМИ [2.10] от указанных недостатков свободна.