diplomovka-Meranie SAR - Žilinská univerzita

Meranie SAR (specific absorption rate)DIPLOMOVÁ PRÁCAERNEST TICHÝŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEElektrotechnická fakultaKatedra telekomunikáciíŠtudijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIEVedúci diplomovej práce: Ing. Roman ŠčehovičStupeň kvalifikácie: inžinier (Ing.)Dátum odovzdania diplomovej práce: 18.5.2007ŽILINA 2007

AbstraktTáto diplomová práca má za cieľ navrhnúť a zostrojiť poloautomatické pracoviskona meranie SAR (špecifického absorpčného pomeru) na plochom dvojrozmernomfantómovi pre frekvenčnú oblasť od 800 MHz až do 3000 MHz. Po úvode sú v práciuvedené fyzikálne základy a pojmy súvisiace s riešenou problematikou. V štvrtej kapitoleje rozbor vplyvov elektromagnetického poľa na ľudský organizmus z pohľadumedzinárodnej organizácie pre neonizujúce žiarenie ICNIRP ako aj európskycha amerických normalizačných inštitúcií. V hlavnej časti práce je popísaný postupzostrojenia poloautomatického pracoviska, konštrukcia a kalibrácia sondy ako aj programna ukladanie a spracovanie výsledkov z jednotlivých meraní vytvorený v programovacomjazyku Pascal. V záverečnej časti sú spracované a vyhodnotené výsledky z meraní.

Zoznam použitých obrázkov, tabuliek a grafovObr.7.1 Bloková schéma poloautomatického pracoviska na meranie SARObr.7.2 Profesionálne pracovisko na meranie SARObr.7.3 Reálne zhotovenie sondyObr.7.4 Schéma zapojenia sondyObr.7.5 Zapojenie dipólov do trojuholníkaObr.7.6 Schéma neinvertujúceho zapojenia OZ – MAA 741Obr.7.7 Kalibrácia sondy vo vlnovodeObr.7.8 Výkonový generátorObr.7.9 Plochý fantómObr.8.1 Vývojový diagram pre vykreslenie grafuObr.8.2 Vývojový diagram programu pre spracovanie údajov z voltmetraObr.9.1 Fantóm s lievikovou anténouObr.9.2 Priestorové zobrazenie izotropie sondyTab.2.1Tab.4.1Tab.4.2Tab.7.1Tab.7.2Tab.7.3Tab.7.4Tab.9.1Tab.9.2Tab.9.3Rozdelenie elektromagnetických vĺn podľa vlnovej dĺžkyReferenčné úrovne pre elektrické, magnetické a elektromagnetické poliaReferenčné úrovne pre ožiarenie pracovníkovZoznam použitých meracích zariadeníNamerané hodnotyVýsledné hodnoty z kalibrácie sondyPoužité zložky a množstvo na simuláciu tkanivaZoznam použitých meracích zariadeníFarba priradená k výslednému napätiuPriradená farba výsledného SAR k jednotlivým napätiamGraf 7.1 Výsledná charakteristika dipóluGraf 9.1 Napätia na jednotlivých súradniciach pri mer. so sondou s jedným dipólomGraf 9.2 Farebne znázornená úroveň SAR lievikovej antényGraf 9.3 Farebne znázornená úroveň SAR plochej antény pre pásmo GSM 900Graf 9.4 Farebne znázornená úroveň SAR pre mobilný telefón Samsung SGH-X480Graf 9.5 Napätia na jednotlivých dipóloch pri otáčaní sondy okolo vlastnej osy

Zoznam požitých skratiek a symbolovEAS Elektronická ochrana tovaruEMF Electromagnetic Field - Elektromagnetické poleEUT Equipment under test - Merané zariadenieGPIB General Purpose Instrumentation BusHPIB Hewlett – Packard Interface Bus – Rozhranie Hewlett – PackardICNIRP Medzinárodná organizácia pre ochranu pred neionizujúcim žiarenímIEEE Institute for Electrical and Electronics EngineersIRPA Medzinárodná organizácia pre ochranu pred radiáciouMPE Vyžarovací potenciálNIR Pracovná skupina pre neonizujúce žiarenieNF Nízka frekvenciaOZ Operačný zosilňovačPC Personal computer – Osobný počítačPCS Personal Communication Services – Osobné komunikačné službyPOI Bod vyšetrovaniaRF Radio Frequency – Rádiová frekvenciaRFID Vysokofrekvenčná identifikáciaSAR Specific Absorption Rate – Špecifický absorpčný pomer [W/kg]TDD Time Division Duplex – Duplex s časovým delenímTDMA Time Division Multiplex Access – Viacnásobný prístup s čas. delenímVF Vysoká frekvenciaWHO World Health Organization - Medzinárodná zdravotnícka organizáciaJ Prúdová hustota [A/m 2 ]EIntenzita elektrického poľa [V/m]D Hustota elektrického toku [C/m 2 ]σElektrická vodivosť [S/m]fFrekvencia [Hz]HIntenzita magnetického poľa [A/m]BHustota magnetického toku [T]ρ Hustota [kg/m 3 ]µ Permeabilita [H/m]

ελTcε 0µ 0Permitivita [F/m]Dĺžka vlny [m]Teplota [K]Rýchlosť svetla vo vákuu [2.997 x 108 m/s]Permitivita voľného priestoru [8.854 x 10-12 F/m]Permeabilita voľného priestoru [4π x 10-7 H/m]Z 0 Impedancia voľného priestoru [120π (approx. 377) Ω]P avgt avgSε rE iρPriemerný (časovo) absorbovaný výkonDoba priemerovaniaHustota výkonového tokuRelatívna permitivitaHodnota intenzity elektrického poľa v tkanive tela vyjadrená v [V/m]Hustota tkaniva tela vyjadrovaná v [kg/m3]c i Teplotná kapacita tkaniva vyjadrená v [J/kg K]GZisk antényRVzdialenosť od miesta merania k anténePVýkon dodávaný do antény

1. ÚvodNové formy celosvetovej komunikácie pomocou telefónu, rádia, televíziea internetu zásadne zmenili v priebehu jedného storočia nielen životný štýl, ale aj stavvyžarovania. Viditeľné svetlo, ktoré človek potrebuje pre život rovnako ako vzduch ateplo, zahŕňa len malú časť spektra elektromagnetického žiarenia, ktoré na človeka v jehookolí pôsobí. Človek ale nevníma neviditeľnú časť elektromagnetického spektra, pretožeokrem očí nemá žiadny zmyslový orgán pre jeho priame vnímanie. Práve preto sa trebazaujímať o pôsobenie neviditeľného žiarenia na človeka.Cieľom tejto práce je navrhnúť a zostrojiť poloautomatické pracovisko na meranieSAR (špecifického absorpčného pomeru), na plochom dvojrozmernom fantóme prefrekvenčnú oblasť od 800 MHz do 3000 MHz. Hlavnou úlohou práce bude zostrojiťsondu a metodiku jej kalibrácie. Pomocou tohto pracoviska bude možné vykonávaťmerania rôznych druhov prenosných rádiových a telefónnych zariadení. Výsledky meraníprenosných rádiových a telefónnych zariadení budú v závere porovnané s hodnotamideklarovaných výrobcom.Projekt bude realizovaný na pracovisku vo VÚS Banská Bystrica.1

2. Pole, vlna, žiarenieVo fyzike sa pojem „pole“ používa na opis priestorového rozdelenia (štruktúry)určitej fyzikálnej veličiny.:Pole je skalárna, vektorová alebo tenzorová kvantitatívna funkcia súradníc bodu vdefinovanom priestore, prípadne v čase. Pole môže predstavovať fyzikálny jav, ako jeakustické tlakové pole, gravitačné pole, zemské magnetické pole, pole rádiovéhovysielača.Vlna je zmena fyzikálnych podmienok prostredia charakterizovaná poľom a jehopohybom s rýchlosťou určenou v každom bode a v každom smere vlastnosťami tohtoprostredia.. Vlna sa vytvára miestnym podnetom alebo súborom takýchto podnetov.Šírenie vlny môže byť charakterizované iba takými poliami, ktoré možno vyjadriťparciálnymi diferenciálnymi rovnicami hyperbolického tvaru. Napr. elektromagnetickáenergia sa šíri priestorom alebo vlnami, ale šírenie tepla v tyči nemá definovanú rýchlosťa preto nejde o šírenie vĺn.Elektromagnetické pole je pole charakterizujúce elektrické a magneticképodmienky hmotného prostredia alebo vákua, definované nasledujúcim súborom štyrochvektorových veličín:E - vektor intenzity elektrického poľa [V/m]D - vektor elektrickej indukcie [C/m 2 ]H - vektor intenzity magnetického poľa [A/m]B - vektor magnetickej indukcie [T]Elektromagnetické pole je osobitná forma hmoty, pomocou ktorej sa uskutočňujeinterakcia (pôsobenie) medzi elektrickými nabitými časticami. Vlastnostielektromagnetických polí sú popísané Maxvelovými rovnicami. Elektromagnetické pole2

môže obsahovať statické zložky, t. j. elektrostatické pole a magnetostatické pole ačasovo premenné zložky predstavujúce elektromagnetické vlny.Elektromagnetická vlna je vlna charakterizovaná šírením časovo premennéhoelektromagnetického poľa. Elektromagnetická vlna sa vytvára zmenami elektrickýchnábojov alebo elektrických prúdov.Rádiová vlna (vysokofrekvenčná vlna) je elektromagnetická vlna ktorá sa šíriv priestore bez umelého vedenia s frekvenciou podľa dohody nižšou ako 3 000 GHz.Elektromagnetické vlny s frekvenciou okolo 3 000 GHz, možno považovať buď zarádiové vlny alebo optické vlny. [1]Šírenie rádiových vĺn je prenos energie formou rádiových vĺn (tab.2).Názov Označenie Vlnová dĺžka Frekvenciamiriametrové vlny (VLF) 100 - 10 km 3 - 30 kHzkilometrové vlny DV (LF) 10 - 1 km 30 - 300 kHzhektometrovévlny SV (MF) 1 - 0,1 km 300 kHz - 3 MHzdekametrové vlny KV (HF) 100 - 10 m 3 - 30 MHzmetrové vlny VKV (VHF) 10 - 1 m 30 - 300 MHzdecimetrové vlny VKV (UHF) 1 - 0,1 m 300 MHz - 3 GHzcentimetrové vlny (SHF) 10 - 1 cm 3 - 30 GHzmilimetrové vlny (EHF) 10 - 1 mm 30 - 300 GHzTab. 2.1 Rozdelenie elektromagnetických vĺn podľa vlnovej dĺžkyVyžarovanie (elektromagnetické)• jav, pri ktorom sa energia vyžaruje zo zdroja do priestoru vo formeelektromagnetických vĺn.• energia prenášaná priestorom vo forme elektromagnetických vĺn.3

Keď spoločne pôsobia striedavé elektrické a magnetické polia a pritom sa dookolia vyžaruje energia, ktorá sa v priestore voľne šíri, označuje sa tento jav akoelektromagnetické žiarenie. Energetický obsah žiarenia je vždy násobkom elementárnejjednotky – kvanta žiarenia. Pritom je energetický obsah týchto dávok žiarenia závislý odfrekvencie žiarenia – čím vyššia frekvencia, tým je žiarenie energeticky bohatšie. [2]Z hľadiska biologických účinkov sa rozlišuje:• neionizujúce žiarenie• ionizujúce žiarenieV prípade neionizujúceho žiarenia kvantá žiarenia nemajú dostatočnú energiu abyničili molekulárnu štruktúru látok. Biologický účinok je preto závislý od intenzityžiarenia, teda od množstva kvánt žiarenia dopadajúceho na plochu a od času trvaniaúčinku. Preto pre tento typ žiarenia možno definovať prahové hodnoty intenzity prepriame biologické poškodenie.V prípade ionizujúceho žiarenia je už kvantum žiarenia tak energeticky bohaté, žemôže zmeniť chemický vzorec molekuly, resp. zničiť jej štruktúru. To znamená, žev prípade ionizujúceho žiarenia – nezávisle od intenzity – stále trvá nebezpečenstvobiologického poškodenia. Röntgenový snímok vždy škodí telu, ale riziko poškodenia telaje vyvážené získanou diagnostickou informáciou pre lekára. Hranice medzi neionizujúcima ionizujúcim žiarením ležia (v závislosti od druhu látky) približne na rozhraní medzividiteľnou a ultrafialovou časťou svetla. Ak vynecháme oblasti tepelného žiarenia,viditeľného svetla a ionizujúceho žiarenia s ešte kratšími vlnovými dĺžkami, potomspektrum technicky využívaného elektromagnetického žiarenia zahŕňa frekvenčný rozsahod 1 Hz až po 1 000 GHz. V rámci tohto veľkého rozsahu je vplyv žiarenia veľmirozdielny čo do šírenia a prieniku hmotou, tak aj svojej biologickej účinnosti. Pretonemožno paušálne hodnotiť zdravotné nebezpečia, ktoré môžu mať pôvod v žiarení.Rovnako tak nemožno dôkaz o zdravotnom nebezpečí spôsobenom žiarením v určitomfrekvenčnom pásme aplikovať v iných frekvenčných pásmach alebo tento dôkazzovšeobecňovať. [2]4

3. Základné pojmy a definícieV tejto kapitole sú uvedené základné fyzikálne pojmy a definície súvisiaces riešenou problematikou.1. Priemerný (časovo) absorbovaný výkon (P avg ) je v čase priemerovaná rýchlosťprenosu energie definovaná :_P avg1=t 2− t 1t 2∫t 1P(t)dt(1)kde t 1 a t 2 sú časy počiatku a konca doby vyžarovania . Doba medzi t 2 - t 1 je čas trvaniaožarovania.2. Doba priemerovania (t avg ) je pridelený čas, počas ktorého je ožiarenie priemerovanés cieľom určiť splnenie medzných hodnôt.3. Základné obmedzenia sú ožiarenia časovo premenným elektrickým, magnetickýma elektromagnetickým poľom, ktoré sú založené len na zdravotných aspektoch. Vofrekvenčnom rozsahu 110 MHz – 10 GHz je používanou fyzikálnou veličinou mernýabsorbovaný výkon. Vo frekvenčnom pásme 10 GHz až 40 GHz je fyzikálnou veličinouvýkonová hustota.4. Vyhovujúca vzdialenosť je minimálna vzdialenosť od antény, kde vyšetrovaný bodvyhovuje požiadavkám pre splnenie základných obmedzení. Súbor týchto vzdialenostídefinuje hranice, mimo ktorých v žiadnom vyšetrovanom bode nie sú prekročenézákladné obmedzenia bez ohľadu na dĺžku doby ožiarenia.5. Vodivosť (σ ) je pomer hustoty dotykového prúdu v prostredí k intenzite elektrickéhopoľa. Vodivosť je vyjadrená v jednotkách Siemens na meter ( S/m).6. Trvalé ožiarenie je ožiarenie, ktoré trvá dlhšie ako je čas spriemerovania.7. Intenzita elektrického poľa (E) je veľkosť vektora intenzity elektrického poľa v bodev ktorom pôsobí sila (jej veľkosť) (F) na kladný náboj (Q ) podelená nábojom:E = F/Q (2)5

8. Hustota elektrického toku, vektor elektrickej indukcie (D) je hustota elektrickéhotoku (D) je vektor, ktorý je rovný súčinu permitivity (ε) a intenzity elektrického poľa (E)D = εE (3)9. Merané zariadenie (EUT) je zariadenie (ako napr. vysielač, základňová stanica alebopridelená anténa), ktoré je predmetom vyšetrovania.10. Pevná koncová stanica je zvyčajne pridelená užívateľovi obsahujúca hardware -vysielač, prijímač, určený pre vysielanie a príjem rádiových signálov. Patria sem pevnékoncové stanice s integrovanými anténami, externými anténami a s anténami, ktorénedodáva výrobca rádiových staníc.11. Impedancia voľného priestoru (intrinzická impedancia) Z 0 je pomer vektoraintenzity elektrického poľa a vektora intenzity magnetického poľa šíriacej saelektromagnetickej vlny. Impedancia voľného priestoru rovinnej vlny vo voľnompriestore je 120π (približne 377) ohm.12. Linearity je maximálna odchýlka v celom meracom rozsahu meranej veličiny odnajbližšej lineárnej referenčnej krivky definovanej v celom intervale.13. Hustota magnetického toku, vektor magnetickej indukcie (B) je veľkosť vektorapoľa ktorý je rovný súčinu vektora intenzity magnetického poľa H a permeability µprostredia.B = µ H (4)Hustota magnetického toku je vyjadrená v jednotkách Tesla (T).14. Vektor intenzity magnetického poľa (H) je veľkosť vektora poľa v bode v ktorompôsobí sila na pohybujúci sa náboj q s rýchlosťou v .F = q (v × µ H ) (5)Intenzita magnetického poľa a je vyjadrená v jednotkách A/m.6

15. Magnetická permeabilita materiálu (µ )je definovaná hustotou magnetického tokuB deleného intenzitou magnetického toku H :µ = B H(6)kde µ je permeabilita prostredia vyjadreného v henry na meter (H/m).16. Permitivita(ε ) je vlastnosť dielektrického materiálu (napr. Biologické tkanivo)definovaná hustotou elektrického toku D deleného intenzitou elektrického poľa. E.ε = D E(7)Permitivita je vyjadrená v jednotkách farad na meter F/m.17. Fantóm je zjednodušený reprezentant alebo model napodobňujúci ľudské telo ( postránke elektrických vlastností a niekedy aj tvaru).18. Bod vyšetrovania (POI) je miesto v priestore v ktorom sú vyhodnocované E, H,hustota výkonového toku alebo SAR. Toto miesto je definované kartézskymi,cylindrickými alebo sférickými súradnicami vztiahnutými k referenčnému bodu na EUT.19. Hustota výkonového toku (S) je výkon na jednotku plochy v smere šíreniaelektromagnetických vĺn.20. Rádiová frekvencia (RF) je pre účely posudzovania bezpečnostných požiadaviek jefrekvenčné pásmo záujmu 110 MHz až 40 GHz.21. Relatívna permitivita (ε r) je pomer permitivity dielektrického materiálu apermitivity voľného priestoru:εεr=ε 0(8)22. Hodnota rms je hodnota, ktorá sa získa ako druhá odmocnina priemeru druhýchmocnín hodnôt periodickej funkcie získaných počas jednej periódy.7

23. Rýchlosť absorpcie energie (SAR) je časová derivácia infinitezimálnej energie (dW)absorbovanej (rozptýlenej v) v infinitezimálnej hmotnosti (dm) obsiahnutej v objemovomelemente (dV) s hustotou (ρ ).SAR = d ⎛ dW ⎞dt ⎝ dm ⎠ = d ⎛⎜dW ⎞⎟ (9)dt ⎝ ρdV ⎠SAR je vyjadrená vo W/kg a môže sa vypočítať pomocou vzorca:SAR = σ E i 2ρ(10)SAR = c id Tdt (11)Kde:E i- rms hodnota intenzity elektrického poľa v tkanive tela vyjadrená v [V/m]σ - vodivosť tkaniva tela vyjadrovaná v [S/m]ρ - hustota tkaniva tela vyjadrovaná v [kg/m3]c i - teplotná kapacita tkaniva vyjadrená v [J/kg K]dTdt- časová derivácia teploty v tkanive tela [K/s]24. Vysielač je zariadenie určené na generovanie VF výkonu za účelom komunikácie aleono samo nie je určené na vyžarovanie tejto energie.25. Anténa je zariadenie, ktoré slúži ako prevodník medzi vedeným vlnením ( napr.v koaxiálnom kábli) a vlnením vo voľnom priestore a naopak.26. Priemerný absorbovaný výkon je časovo priemerovaný merný prenos energiedefinovaný:P avg=1/(t2-t1) integrál P(t) dt (12)Kde t1 a t2 sú štart čas a stop čas expozície. Perióda t2 – t1 je doba trvania expozície.27. Doba spriemerovania je potrebná doba počas ktorej je expozícia spriemerovaná zaúčelom určenia zhody s medznými hodnotami.28. Trvalé ožiarenie je ožiarenie, ktoré trvá dlhšie ako je doba spriemerovania.8

29. Intenzita elektrického poľa je veľkosť vektora poľa v bode, ktorý reprezentuje silu(F) pôsobiacu na kladný malý náboj delenú veľkosťou náboja.E=F/q (13)Intenzita je vyjadrená vo V/m30. Izotropia - všesmerovosť je definovaná ako odchýlka meranej hodnoty v rôznychuhloch. Je uhlová a sférická izotropia. Uhlová je odchýlka hodnôt keď sa otáča sondaokolo hlavnej osi a zdroj sa pohybuje po polosfére pred sondou. Hemisférnavšesmerovosť je prípad keď sa zdroj pohybuje po hemisfére (elevácii) so stredomv mieste sondy.31. Vzdialené pole je elektromagnetické pole vo vzdialenosti od antény väčšej ako :R= 2D2 /λ (14)V tomto mieste je vlna tzv. rovinná . Rozmery antény sa neuvažujú ale sa s ňou počítaako s bodovým zdrojom . Intenzita v tomto bode sa spočíta podľa vzorca:E = (30PG) 1/2 /r (15)Kde:G - zisk antény v smere k miestu merania voči zisku izotropného žiariča(výsledkom je číselná hodnota)R - vzdialenosť od miesta merania k anténeP - je výkon dodávaný do antény9

V tomto mieste platí priamy vzťah medzi magnetickou a elektrickou zložkou poľaE = H x 377 (16)Kde:E - intenzita elektrického poľa (V/m)H - intenzita magnetického poľa (A/m)32. Blízke pole - vyžarované Tento charakter má elektromagnetické polevo vzdialenosti R od antény danej vzorcom:λ/4 < R < 2D 2 /λ (17)V tomto mieste sa pri výpočte intenzity uvažuje s rozmermi antény, pretože súporovnateľné so vzdialenosťou meraného miesta od antény. V tomto mieste je možnés určitou nepresnosťou použiť vzťah medzi E a H platiaci pre vzdialené pole.33. Blízke pole – reaktívne je špeciálnym prípadom blízkeho poľa kde pre vzdialenosťod antény platíR< λ/4 (18)V tomto mieste neplatí priamy vzťah medzi magnetickou a elektrickou zložkou a preto samusí merať osobitne magnetické a elektrické pole. [3]10

4.Elektromagnetické poleElektromagnetické pole je pole kde sú prítomné magnetické aj elektrické polia.Obe tieto polia tvoria tzv. magnetickú a elektrickú zložku elektromagnetického poľa(ďalej EMF). Elektromagnetické pole sa rozdeľuje na nízkofrekvenčné (do 10 kHz)a vysokofrekvenčné (10 kHz – 300 GHz).Doporučenie 1999/519/EC definuje základné obmedzenia a referenčné hodnotypre magnetickú a elektrickú zložku elektromagnetického poľa. Nerozdeľuje ich akosmernica ICNIRP na referenčné hodnoty pre obyvateľstvo a pre pracovníkov. Tietohodnoty vychádzajú z výskumov vplyvu elektromagnetického poľa na ľudskýorganizmus. Pri elektromagnetických poliach s frekvenciami do 10 MHz sa uvažujeinduktívny charakter, tzn. vytvárajú sa induktívne prúdy v tele. Pri vyšších frekvenciáchprevládajú tepelné účinky na ľudský organizmus. So zvyšujúcou frekvenciou sa zmenšujehĺbka prieniku ohrevu do ľudského organizmu. Pre medzné hodnoty ako východziaúroveň sa uvažuje ohrev organizmu o 1 °C. Z tohto sa vypočíta absorbovaný výkonv tkanive tela. Tento výkon sa pre obyvateľstvo vydelí 50-timi a pre pracovníkov 10-timi.Takto stanovené hodnoty sa považujú za medzné hodnoty absorbovaného výkonu prejednotlivé skupiny obyvateľstva. [4]4.1 Absorpcia energie z EMFAbsorpcia v elektromagnetických poliach s frekvenciami do 100 kHz nemá zanásledok zvýšenie teploty tela, ale pri frekvenciách nad 100 kHz dochádza k zvyšovaniuteploty tela. Podľa spôsobu absorpcie energie ľudským telom je možné EMFs frekvenciami nad 100 kHz rozdeliť do štyroch rozsahov:• frekvencia od 100 kHz do 20 MHz, absorpcia na týchto frekvenciách saprudko znižuje so znižovaním frekvencie a absorpcia sa prejavuje hlavne nakrku a na nohách• frekvencie v rozsahu od 20 MHz až po 300 MHz, kde sa pomerne vysokáabsorpcia prejaví na celom tele a hlavne na hlave11

• frekvencie 300 MHz až do niekoľkých GHz, kde sa prejavuje miestnaabsorpcia• frekvencie nad 10 GHz, kde sa absorpcia objavuje len na povrchu tela.Absorpcia SAR (W/kg) uvádza množstvo energie absorbovanej v jednotkovommnožstve hmoty. Priemerná SAR a rozdelenie SAR v tele je možné vypočítať alebo určiťz laboratórnych meraní. (EN50 361, EN50 383). Hodnoty SAR závisia na nasledovnýchfaktoroch:• situačné parametre poľa, t.j. frekvencia, intenzita, polarizácia a konfiguráciaobjektu, ktorý je zdrojom poľa (či sa jedná o blízke pole alebo vzdialené);• vlastnosti ožarovaného tela, jeho veľkosť, vnútorná a vonkajšia geometriaa dielektrické vlastnosti rôznych povrchov tela;• vplyvy zeme a odrazových objektov, ktoré sa nachádzajú v blízkom okolí telaV prípade, že pozdĺžna os tela je paralelná s elektrickým vektorom poľav podmienkach vzdialeného poľa (vlna v tomto mieste je plochá), celé telo absorbujemaximálny SAR a veľkosť absorbovanej energie závisí od vlastností ožarovaného tela.„Štandardný referenčný človek“(charakteristika je uvedená v ICRP 1994) ak nie jeuzemnený má rezonančnú absorpčnú frekvenciu 70 MHz. Pre vyšších ľudí sa tátofrekvencia znižuje, pre nižších zvyšuje a pri deťoch prekračuje až 100 MHz.V podmienkach blízkeho poľa je závislosť absorpcie na frekvencii úplne iná akov podmienkach vzdialeného poľa. Podmienky blízkeho poľa sú splnené hlavne v prípademobilných telefónov, prenosných rádiostaníc a rádiových ovládačov. [4]4.2 Základné podklady pre určenie medzných hodnôt pre ožiarenieEMFPre určenie medzných hodnôt bolo obyvateľstvo rozdelené do dvoch skupín:• Prvá skupina sú pracovníci. Túto skupinu tvoria ľudia, ktorí sú ožarovaní privýkone svojho povolania. V tomto prípade ide o dospelých ľudí a o tzv.12

kontrolovanú expozíciu čo znamená, že títo ľudia o tomto vedia a poznajúintenzitu tohto žiarenia.• Druhá skupina zahŕňa obyvateľstvo, ktoré je ožarované EMF počasnekontrolovanej doby a nie sú to len dospelí ľudia, ale aj deti všetkých vekovýchkategórií. V tomto prípade ide o tzv. nekontrolovanú expozíciu, čo znamená, žetíto ľudia nepoznajú úroveň a ani väčšinou zdroj žiarenia. [4]4.2.1 Základné obmedzenia a referenčné úrovneZákladné obmedzenia vplyvu žiarenia EMF vychádzajú z určenia vplyvu žiareniana zdravie. V závislosti na frekvencii sú fyzikálnymi veličinami, ktoré špecifikujúzákladné obmedzenia žiarenia prúdová hustota, SAR a výkonová hustota (podrobnejšieboli popísané vyššie). Aby bola zabezpečená ochrana zdravia, tak tieto obmedzenianesmú byť prekročené.Referenčné úrovne – slúžia na porovnanie meraných hodnôt a fyzikálnych veličín.Bližší popis bol uvedený vyššie.• Keďže nie je dostatok informácií o biologických vplyvoch na ľudský organizmusEMF v celom frekvenčnom pásme a pri rôznych typoch modulácie tak preurčenie bezpečných faktorov pre vysokofrekvenčné polia boli uvažované tietovšeobecné premenné:• vplyv EMF žiarenia pri určitých okolitých podmienkach (vysoká teplota okoliaatď.)• možná vyššia citlivosť na teplotu u určitej skupiny obyvateľstva, ako napr. malédeti, chorých ľudí alebo ľudí, ktorí berú lieky, zvyšujúce citlivosť na ohrev• rozdiely v absorpcii elektromagnetickej energie osobami rozdielnej veľkosti akoaj rozdielnej orientácie voči zdroju EMF• odrazy, rozptyl a smerovanie dopadajúceho žiarenie od okolitých objektov, čomôže spôsobiť miestne zvýšenie absorpcie VF energie [4]13

4.2.2 Biologický základ pre základné obmedzenia ožiarenia poliami s frekvenciami10 MHz až niekoľko GHzO vplyve týchto frekvencií na reprodukciu a na vznik rakoviny bolo vykonanýchlen málo štúdií, ale ani pri jednej nebol tento vplyv potvrdený. Tieto vplyvy bolipozorované hlavne u pracovníkov v blízkosti radarov. Ani vplyv na nervový systém nebolpotvrdený.Pri laboratórnych testoch na dobrovoľníkoch bol vyšetrovaný tepelný vplyv naorganizmus. Bolo zistené, že so zmenou frekvencie od 100 kHz do 10 MHz sa vplyv natelo mení od vplyvu na nervy a na svaly, po tepelný vplyv (ohrev tela), kým pri 100 kHzbol primárny vplyv na nervový systém, tak pri 10 MHz ide len ohrev tela. Vofrekvenčnom pásme 10 MHz až 300 GHz ide len o tepelný vplyv. Ako hlavnýobmedzujúci faktor bol zobratý ohrev tela o 1- 2 °C, pretože toto môže mať vplyv nazdravie ako napr. tepelná únava alebo tepelný šok.Pre určenie základných obmedzení sa zobralo zvýšenie teploty tela o 1 °C. Totozvýšenie sa dosiahne pri expozícii celého tela so SAR približne 4 W/ kg počas dobypribližne 30 minút. Z tohto dôvodu bolo prevzaté ako základné obmedzenie desatina tejtohodnoty t.j. 0,4 W/kg. Pre určenie základných obmedzení pre obyvateľstvo bol na základepredchádzajúcich predpokladov zvolený faktor 5, tzn. že základné obmedzenie preobyvateľstvo je 0, 08 kg/W. Pre lokálne ožiarenie boli tieto hodnoty zvýšené. Pre hlavua telo na 10 W/kg a pre končatiny na 20 W/kg. Jednotlivé hodnoty sú uvedené v tabuľke(4.1 a 4.2) Pocit tepla na končatinách spôsobuje vysokofrekvenčný prúd s hodnotou 100– 200 mA.Na základe týchto predpokladov boli vypracované ďalšie štúdie, ktoré sazameriavali na dlhodobý pobyt v EMF. Z nich vyplynulo, že pri expozícii do 30 min. priožiarení celého tela so SAR 4W/kg spôsobuje zvýšenie teploty o menej ako 1 °C. Pritýchto podmienkach si telo zachováva svoju termoregulačnú funkciu. Pri vyššíchhodnotách ohrevu sa prejavili rôzne psychologické efekty, ktoré sú spôsobené nervovosvalovýmifunkciami, spôsobenými zvýšením teploty krvi v mozgu, ako aj hematologickézmeny. Pri ožarovaní určitých častí tela sa môže ohrev prejaviť ako deštrukčný (veľmi sato prejavuje na bunkách očného pozadia). [4]14

Vplyvy vyšších hodnôt ožiarenia sa skúmali na zvieratách. Frekvencie v pásme10 – 300 GHz sa prejavujú len na povrchu pokožky (popálenie mikrovlnami). Viditeľnépoškodenie sa prejavuje pri výkonovej hustote okolo 50 W/m 2 . Na presnejšie určenievplyvu EMF na organizmus na týchto frekvenciách je potrebné vykonať ďalšie štúdie.Špeciálnym prípadom sú EMF vytvorené nespojitým – impulzným signáloma amplitúdovo- modulovaným (pri oboch dochádza v čase k cyklickej zmene výkonovejúrovne). Impulzné mikrovlnné polia s rovnakým priemerným výkonom ako pri tzv. CWvysielaní (s konštantnou úrovňou nosnej) majú väčší vplyv na biologické odozvy, hlavnetam, kde je dobre definovaná hraničná hodnota, ktorá musí byť dosiahnutá, aby sadosiahol požadovaný efekt. Z predchádzajúcich výsledkov a zistení vychádza, že celotelovéSAR medzi 1 - 4 W/kg spôsobuje zvýšenie teploty o 1° C. Desatina hodnoty bolapoužitá pre maximálny SAR pre pracovníkov a pre obyvateľstvo bola prevzatápäťdesiatina tejto hodnoty. Výsledky štúdií na dobrovoľníkoch (pracovníci na MWzdrojoch ako napr. radary) potvrdzujú tieto hodnoty. [4]4.2.3. Referenčné úrovneReferenčné úrovne ožiarenia sú zavedené za účelom porovnania s hodnotamimeraných veličín. Pri rešpektovaní všetkých odporúčaných referenčných úrovní sa zaistí,že budú splnené základne obmedzenia.Aj keď namerané hodnoty sú väčšie ako referenčné úrovne neznamená toautomaticky, že budú prekročené základné obmedzenia. V takomto prípade je potrebnézistiť či úrovne ožiarenia sú pod základnými obmedzeniami.Referenčné úrovne pre medzné ožiarenie sú získané zo základných obmedzenípri maximálnej väzbe poľa na ožarovanú osobu a preto zabezpečujú maximálnu ochranu.Referenčné úrovne pre celé frekvenčné pásmo sú uvedené v tabuľke 4.1 a 4.2. Referenčnéúrovne sú vo všeobecnosti určené pre hodnoty získané priestorovým spriemerovanímv priestore tela ožarovanej osoby ale s dôležitou podmienkou nie sú prekročené základnéobmedzenia pre lokálne ožiarenie. V niektorých situáciách kde ožiarenie je úzkolokalizované (napr. pri prenosných telefónoch) použitie referenčných úrovní nie jemožné. V takýchto prípadoch sa budú posudzovať základné obmedzenia pre lokálneožiarenie15

FrekvenćnýrozsahE-poleintenzita(V/m)H-poleintenzita(A/m)B- indukcia(µT)Výkonováhustota(W/m 2 )0-1 Hz-3,2 × 10 4 4 x 10 4 -1-8 Hz10 0003,2 × 10 4 /f 2 4 x 10 4 /f 2 -8-25 Hz 10 0004 000/f 5 000/f -0,025-0,8 kHz 250/f4/f5/f-0,8-3 kHz 250/f56,25-3-150 kHz 8756,25-0,15-1 MHz 870,73/f0,92/f-1-10 MHz 87/f 1/20,73/f0,92/f-10-400 MHz 280,0730,0922400-2 000 MHz 1,375 f 1/2 0,0037 f 1/2 0,0046 f 1/2 f/2002-300 GHz 610,160,2010Tab. 4.1 Referenčné úrovne pre elektrické, magnetické a elektromagnetické polia (0 Hzaž 300 GHz - rms hodnoty)FrekvenčnýrozsahIntenzita poľa -E(V m _1 )Intenzita poľa -H(A m _1 )Pole -B(µT)Ekvivalentná plochavlnovej výkonovejhustoty S eq (W m -2 )do 1 Hz - 1,63 x 10 5 2 x 10 5 -1 - 8 Hz 20,000 1,63 x 10 5 /f 2 2 x 10 5 /f 2 -8 - 25 Hz 20,000 2 x 10 4 /f 2,5 x 10 4 /f -0,025 - 0,82 kHz 500/f 20/f 25/f -0,82 - 65 kHz 610 24,4 30,7 -0,065 - 1 MHz 610 1,6/f 2,0/f -1 - 10 MHz 610/f 1,6/f 2,0/f -10 - 400 MHz 61 0,16 0,2 10400 - 2,000 MHz 3f 1/2 0,008f 1/2 0,01f 1/2 f/402 - 300 GHz 137 0,36 0,45 50Tab. 4.2 Referenčné úrovne pre ožiarenie pracovníkov pri časovo premenlivýchelektrických a magnetických poliachTieto referenčné hodnoty sa týkali polí s nemennou úrovňou. V súčasnýchrádiových zariadeniach sa využíva impulzné pole. Impulzné pole je také, pri ktoromdochádza k rýchlej zmene úrovne poľa.Najstarším príkladom je EMF s amplitúdovou moduláciou, novšie systémy hlavneTDMA alebo TDD vysielajú len v krátkych časových intervaloch tzv. burstoch. V týchtoprípadoch priemerný výkon je menší ako špičkový výkon počas pulzu. Takže je možné,aby táto úroveň bola vyššia ako referenčná hodnota s tým, že priemerná hodnota16

neprekročí referenčnú hodnotu. Z toho vyplýva, že čím sú pulzy užšie oproti dobe medzipulzmi, tým špičková hodnota počas pulzu môže byť vyššia.Pre prípad krátkodobého ožiarenia nie sú stanovené žiadne iné referenčné hodnotypreto, že pri krátkodobých poliach tieto hodnoty je možné určiť z dĺžky doby trvaniaexpozície. Výsledná hodnota ale nesmie prekročiť základné obmedzenie.Pre referenčné úrovne sa môžu aplikovať tieto špičkové hodnoty pre E (V/m), H(A/m) a B- (µT):• Pre frekvencie do 100 kHz sú špičkové hodnoty získané delením odpovedajúcichhodnôt rms hodnotou v2 (=1,414). Pre pulzy v trvaní t p sa odpovedajúcafrekvenciana aplikovanie vypočíta ako ƒ =1 /(2t p ),• Pre frekvencie medzi 100 kHz a 10 MHz sa špičkové referenčné hodnoty získajúdelením odpovedajúcej rms hodnotou 10 a ,kde a = (0,665 log(f/10 5 )+0,176), f jev Hz,• Pre frekvencie medzi 10 MHz až 300 GHz sa špičková hodnota získa delenímodpovedajúcej rms hodnoty číslom 32.Aj keď je k dispozícii málo informácií o vzťahu medzi biologickými vplyvmi ašpičkovými hodnotami impulzných polí, odporúča sa, aby pri frekvenciách nad 10 MHzS eq ako spriemerovaná počas šírky impulzu neprekročila 32 násobok referenčnýchhodnôt pre intenzitu poľa.. Pre frekvencie medzi 0,3 GHz až niekoľko GHZ a pre lokálneožiarenie hlavy je potrebne obmedziť audio efekty spôsobené termoelastickýmrozpínaním hlavy a preto musí byť limitovaný merný absorbovaný výkon SAR. V tomtofrekvenčnom rozsahu je hraničný merný absorbovaný výkon 4 - 16 mJ kg –1 čo je pri 30µs pulzoch, špičková hodnota SAR 130-520 W kg –1 v mozgu. Medzi 100 kHz a 10MHz ,špičkové hodnoty pre intenzitu poľa sú získané interpoláciou z 1,5 násobkuhodnoty na 100 kHz a 32 násobku hodnoty na 10 MHz. [4]17

5. LegislatívaTáto kapitola sa zaoberá rozborom vplyvov elektromagnetického poľa na ľudskýorganizmus z pohľadu medzinárodnej organizácie pre neionizujúce žiarenie ICNIRP akoaj európskych a amerických normalizačných inštitúcií. Ďalej sú v nej uvedené základnéobmedzenia, ktoré vychádzajú z odporúčaní ICNIRP. Pri názve každej normy je krátkypopis problematiky a pojmov, ktorá sa v danej norme preberá.5.1 Medzinárodná legislatívaProblém neionizovaného žiarenia na rozdiel od ionizujúceho žiarenia sa stalpredmetom zvýšeného záujmu medzinárodnej svetovej zdravotníckej organizácie (WHO)v roku 1974, keď medzinárodná organizácia pre ochranu pred radiáciou (IRPA) vytvorilapracovnú skupinu pre neionizujúce žiarenie (NIR), ktorá sa neskôr zmenila namedzinárodnú komisiu pre neionizujúce žiarenie (INIRC). V spolupráci s WHO vytvorilimnožstvo dokumentov o zdravotných kritérií pre neionizujúce žiarenie (NIR). Tietozdravotné kritériá vytvárajú databázu pre vytvorenie expozičných limitov a vzťahovk NIR. V roku 1992 sa vytvorila nezávislá organizácia – Medzinárodná komisia preochranu neionizujúceho žiarenia (ICNIRP) ako nástupca IRPA/INIRC. Cieľom tejtokomisie bolo vyšetrovanie rôznych nebezpečí, ktoré sa môžu vyskytnúť s rôznymiformami NIR. Pre účely jednotného prístupu k posudzovaniu škodlivosti EMF žiareniavydala ICNIRP: Smernicu pre medzné hodnoty časovo premenlivého elektrického,magnetického a elektromagnetického poľa. Cieľom tejto smernice je uviesť komplexnýpohľad na určenie medzných hodnôt elektromagnetického poľa, ktoré zabezpečia ochranupred jeho vplyvom na ľudské zdravie. Tento materiál bol vytvorený po komplexnomvyhodnotení súvisiacich vedeckých prameňov. Hodnoty boli overené ako bezpečné, priprísnom posudzovaní krátkodobých, ale aj bezprostredných zdravotných následkov,akými sú stimulácia periférnych nervov a svalov, funkčné zmeny v nervovom systémea v iných tkanivách, elektrické rany a popáleniny vzniknuté dotykom vodivýchpredmetov, umiestnených v elektromagnetickom poli (EMF) a zmeny v chovaní,vyvolané zvýšením teploty tkaniva. Existujú údaje aj o dlhodobej expozícii nízkymiúrovňami, kde by mohli existovať aj ďalšie vplyvy na zdravie, ale zo stanoviska ICNIRP18

vyplýva, že pri absencii laboratórnych štúdií sú epidemiologické štúdie nedostatočné nato, aby bolo možné určiť smernicu pre takúto expozíciu.Zásady, podľa ktorých ICNIRP vyhodnocuje publikácie a správy pri určovaníexpozičných medzných hodnôt sú také, že sa do hĺbky vyhodnocujú existujúce vedeckémateriály s použitím medzinárodne uznávaných kritérií. Experimentálne výsledky prehodnotenie zdravotného rizika môžu byť akceptované v prípade ak obsahujú úplný popisexperimentálnej techniky a dozimetrie a ak sú v nich predkladané údaje dôkladneanalyzované, s možnosťou reprodukovať rovnaké efekty v nezávislých laboratóriách.Práve táto smernica zavádza novú základnú veličinu pre hodnotenie expozície VFelektromagnetickým poľom – merný absorbovaný výkon SAR. Zavádza tiež nový spôsobhodnotenia expozície, tzv. dvojstupňový. Pri tomto spôsobe sú zavedené základnéobmedzenia, ktoré nesmú byť prekročené a dobre merateľné referenčné úrovne. Tentospôsob umožňuje posúdiť aj moderné komunikačné prostriedky ako sú napr. mobilnételefóny, prenosné rádiostanice, pri ktorých dochádza k lokálnemu ožiareniu, tzn., že lenčasť tela je v mieste vysokej úrovne poľa. [4]Doporučenie rady Európy 1999/519/EC toto odporúčanie bolo vydané radouEurópy ako náhrada za prednormu ENV 50 166-1. Vychádza zo smernice ICNIRP, alena rozdiel od tejto smernice uvádza len jedny základné obmedzenia a referenčnéhodnoty, ktoré sú rovnaké ako hodnoty pre obyvateľstvo uvedené v smernici ICNIRP.CENELEC (European Comittee for Electrical Standardization) je európskaorganizácia, ktorá má na starosti prípravu a vypracovanie noriem pre elektrotechniku.Táto organizácia bola poverená vypracovaním noriem pre hodnotenie a meranie úrovníelektromagnetického poľa pre jednotlivé rádiové zariadenia z hľadiska hygienickýchobmedzení ožiarenia ľudí. Niektoré z týchto noriem už boli prevzaté ako Európskeharmonizované normy pre posudzovanie bezpečnosti z pohľadu ožiareniaelektromagnetickým poľom. Ďalej sú uvedené názvy jednotlivých noriem s krátkympopisom ich obsahu a zamerania. Normy sa rozdeľujú na tie, ktoré popisujú čo majúzariadenia spĺňať, aby bola preukázaná zhoda s požiadavkami, ktoré sú uvedenév doporučení 1999/519/EC, vydané Európskym výborom pre komunikácie alebov smernici ICNIRP a na normy, ktoré popisujú spôsob tohto preukázania. Prvá skupinanoriem sa postupne zaraďuje medzi tzv. harmonizované normy v rámci posudzovaniazhody podľa smernice 1999/5/EC (RTTE smernica).19

EN 50371 - je norma, ktorá pojednáva o preukazovaní zhody nízko-výkonovýchelektrických zariadení so základnými obmedzeniami pre vystavenie človekaelektromagnetickým poliam vo frekvenčnom pásme 10 MHz až 300 GHz. Táto normavychádza z najpesimistickejších podmienok absorpcie vyžiareného výkonu v tele človeka,t.j. že všetok vyžiarený výkon sa absorbuje v tkanive obsluhy. Hlavné obmedzenie je 2W/kg v ktorejkoľvek časti tkaniva, merané v každých 10 g. Z toho vyplýva, žezariadenia s výkonom do 20 mW EIRP spĺňajú podmienky medzných hodnôt preabsorbovaný výkon.EN 50360 - je norma, ktorá slúži na preukázanie zhody mobilných telefónov sozákladnými obmedzeniami z hľadiska vystavenia človeka elektromagnetickým poliam.Podobne ako norma EN 30371 vychádza z maximálneho absorbovaného výkonu SARv tkanive obsluhy. Spôsob merania tohto výkonu je uvedený v norme EN 50361.STN EN 50364 – Obmedzenie expozície človeka elektromagnetickým poliam odzariadení pracujúcich vo frekvenčnom rozsahu 0 Hz – 10 GHz, používaných prielektronickej ochrane tovaru (EAS), vysokofrekvenčnej identifikácii (RFID)a podobných aplikáciách. Táto predmetová norma sa používa na preukázanie zhodys požiadavkami smernice 1999/519/E, ktoré sa týkajú obmedzenia expozície človekaEMF, ktorého zdrojom je zariadenie určené na identifikáciu tovaru a iných predmetova osôb. Norma pripúšťa posudzovanie zhody meraním alebo výpočtom. Spôsoby meraniaako aj výpočtu sú uvedené v norme EN 50357. Rozdeľuje expozíciu na expozíciuobyvateľstva a pracovníkov. Medzné hodnoty vychádzajú zo smernice ICNIRP. Podľatejto normy je požadované vykonať len typové posudzovanie a nie je požadovanévykonať meranie pri každej inštalácii zariadenia. To sa môže vykonať na základepožiadavky investora.EN 50392 - všeobecná norma na preukázanie zhody elektroniky a elektronickýchprístrojov so základnými obmedzeniami vo vzťahu k ožiareniu ľudí elektromagnetickýmipoliami vo frekvenčnom pásme 0 Hz – 300 GHz.EN 62311 - všeobecná produktová norma na preukázanie zhody elektronikya elektronických prístrojov so základnými obmedzeniami vo vzťahu k ožiareniu ľudíelektromagnetickými poliami vo frekvenčnom pásme 0 Hz – 300 GHz.EN 50361 - táto norma je technickou podporou normy EN 50360. Obsahujespôsoby preukázania zhody s požiadavkami EN 50360. Spôsoby preukázania rozdeľujena:20

• preukázanie pomocou merania• preukázanie pomocou výpočtuPreukázanie zhody pomocou merania sa zameriava hlavne na laboratórne meraniaSAR na fantóme, ktoré nahradzuje hlavu, pretože mobilný telefón sa pri používanídostáva najbližšie k telu pri hlave. Merania sa vykonávajú v laboratóriách skenovaním,premeriavaním vnútra fantómu pomocou malej izotropnej sondy pri priložení telefónuv prevádzke k fantómu. Toto meranie je pomerne náročné na meracie, hlavne pomocnéprístroje. [4]5.2 Národná legislatívaV bývalom Československu boli už v roku 1965 výnosom hlavného hygienikastanovené medzné hodnoty elektromagnetického poľa pre obyvateľstvo a prepracovníkov. Pokračujúcim legislatívnym krokom bola príloha č. 9 smernice 40/1976„Hygienické predpisy o hygienických požiadavkách na stacionárne stroje a technickézariadenia.“Do marca roku 2004 bola v platnosti vyhláška 123/1993, ktorá vychádzalaz poznatkov a z názorov vedcov z bývalej ZSSR, kde sa uvažovala dĺžka pobytuv elektromagnetickom poli podobne ako v prípade ionizujúceho žiarenia(rádioaktívneho). Uvažovalo sa s dávkou ožiarenia EMF, kde dávka bola definovaná akovýkonová hustota alebo intenzita EMF násobená dobou trvania žiarenia v hodinách.Medze uvedené v tejto smernici boli postavené na dávke ožiarenia. Pre zamestnancov sabrala ako denná doba ožiarenia 8hodína pre obyvateľstvo 24 hodín. V marci roku 2004vošla do platnosti vyhláška Ministerstva zdravotníctva SR č. 271/2004 o ochrane zdraviapred neionizujúcim žiarením, ktorá dávala do súladu prístup k stanoveniu medznýchhodnôt pre obyvateľstvo.V roku 2006 vošli do platnosti dve nariadenie vlády SR:• č. 325/2006 o podrobnostiach o požiadavkách na zdroje elektromagnetického poľaa na limity expozície obyvateľov elektromagnetickému poľu v životnom prostredí21

• č. 329/2006 o minimálnych zdravotných a bezpečnostných požiadavkách naochranu zamestnancov pred rizikami súvisiacimi s expozíciouelektromagnetickému poľu6. Dôvod a požiadavky na merania SARUž v minulosti bol záujem širokej verejnosti skúmať možné zdravotné dopady naľudský organizmus z dlhodobého vystavenia rádiofrekvenčnému žiareniu. Vysokéhodnoty RF žiarenia sú známe tým, že majú množstvo negatívnych účinkov na ľudskételo. V posledných rokoch významnou mierou vzrástol počet užívateľov najmämobilných telefónov a iných prenosných rádiových zariadení, pričom pri častompoužívaní týchto zariadení boli zaznamenané negatívne účinky ako je napr. ohrev tkanivaľudského tela. Z týchto dôvodov sa stalo celosvetovým úsilím prijať zákony na ochranuzdravia spotrebiteľov. Množstvo úradov, zamestnávateľov i zamestnancov chce byťoboznámených s limitmi SAR u produktov, ktoré sú umiestnené na trhu. Preto sa meranieSAR stáva rýchlo rastúcou požiadavkou pre spoločnosti zaoberajúce sa výrobou týchtoproduktov. [5]6.1 Pravidlá pre vyhovenie mobilných a prenosných zariadeníPre účely vyhodnocovania RF vyžarovania je mobilné zariadenie definované akovysielacie zariadenie pre použitie v inej ako fixnej polohe a všeobecne používané týmspôsobom, že medzi vyžarujúcou časťou vysielača a telom používateľa alebo osobyv blízkosti je normálne udržovaná vzdialenosť najmenej 20cm. V tomto kontexte sa akofixná poloha rozumie, že zariadenie vrátane antény je fyzicky upevnené na jednom miestea nie je možné ho jednoducho premiestniť na iné miesto. Príklady takýchto zariadení súmobilné telefóny a niektoré ďalšie prenosné bezdrôtové vysielacie zariadenia. Tietozariadenia sa bežne hodnotia vyžarovacím potenciálom MPE.Mobilné a prenosné vysielacie zariadenia pracujúce v bunkových rádiotelefónnych službách, osobných komunikačných službách (Personal CommunicationServices – PCS), satelitných komunikačných službách, bezdrôtových komunikačných22

službách, námorných službách (len pozemné stanice) a špecializovaných mobilnýchrádiových službách sú predmetom merania RF vyžiarenia pred ich schválením alebopoužitím. Nelicencované PCS, a zariadenia pracujúce na milimetrových vlnáchhodnotené organizáciou Industry Canada sú tiež predmetom merania RF vyžarovaniapred ich schválením alebo použitím. Všetky vyššie uvedené zariadenia sú zahrnuté vpríslušných špecifických rádiových normách.V tejto práci sa merania budú vykonávať na prenosných rádiových a mobilnýchzariadeniach. Pre účely vyhodnocovania RF vyžarovania je prenosné zariadeniedefinované ako vysielacie zariadenia, ktoré je v priamom kontakte s telom používateľa prinormálnych prevádzkových podmienkach. Prenosné zariadenia sú hodnotené s ohľadomna limity SAR pre RF vyžarovanie. Kritéria sú založené na zisteniach, že pri úrovni SARv priemer 4W/kg na celom tele môžu nastať škodlivé biologické účinky. Pre väčšinuprenosných vysielačov je príslušný limit SAR v priemere 1,6W/kg na 1 gram tkanivadefinovaného ako tkanivo v objemovom tvare kocky. [5]6.2 Procedúry pre vyhodnocovanie prenosných zariadeníPrenosné komunikačné zariadenia typicky pracujú v rozsahu menšom ako 100mW až do niekoľkých wattov a používajú analógové alebo digitálne modulačné techniky.Väčšina prenosných zariadení má anténu, ktorá vyžaruje niekoľko centimetrov od telapoužívateľa. Intenzita poľa a rozloženie poľa v blízkosti antény je vysoko závislé odpolohy, orientácie a elektromagnetických charakteristík okolitých objektov. Hlava, rukaa telo používateľa sú v oblasti blízkeho poľa antény kde EMF je zväčša nešírivé. Energiaabsorbovaná v hlave, v ruke a v tele je spôsobená elektrickými poľami indukovanýmimagnetickými poľami generovanými prúdmi tečúcimi v bode napájania antény, pozdĺžantény a tela prenosného zariadenia. RF energia sa potom rozptyľuje a utlmuje pri šírení vtkanive a maximum absorpcie energie sa očakáva vo viac absorbujúcich tkaniváchs vysokým obsahom vody v blízkosti povrchu tela, hlavy a ruky . Vyhodnotenie týchtoúčinkov sa robí pomocou realistických modelov zvaných fantóm.Vyhodnotenie SAR nízko výkonových zariadení sa môže vykonať pomocoumeraní elektrického poľa vo vnútri tkaniva. SAR sa potom určí podľa nasledujúcehovzorca:23

SAR = σ E i 2ρ (19)Kde:E i- rms hodnota intenzity elektrického poľa v tkanive tela vyjadrovanej v [V/m]σ - vodivosť tkaniva tela vyjadrovaná v [S/m]ρ - hustota tkaniva tela vyjadrená v [kg/m3]Za určitých okolností je možné určiť SAR na základe zvýšenia teploty v tkanivepodľa nasledujúceho vzorca:Kde:SAR = c id Tdtc i - teplotná kapacita tkaniva vyjadrená v [J/kg K]dT - je vzostup teplotydt - je trvanie ožiarenia(20)Avšak pri použití tejto techniky je nutný vysoký výkon spolu s krátkym trvanímožiarenia, aby sa zabránilo chybám v dôsledku termálnej difúzie. Preto je táto metódaväčšinou nepoužiteľná pre vyhodnocovanie SAR nízko výkonových vysielačov, ale jeužitočná pri kalibrácii meracích sond.Pri zariadeniach nosených pri tele, ako napr. vysielače na pleci, na páse alebo nahrudi sa SAR vyhodnocuje podľa pokynov výrobcu na prevádzkovú polohu zariadeniaa zahŕňajú tiež iné typické prevádzkové polohy, pri ktorých nastáva maximum absorpcieenergie do používateľa alebo okolitých osôb. Pokiaľ je anténa vyťahovateľná, je potrebnévykonať merania so stiahnutou aj vytiahnutou anténou. Nie je totiž vždy s istotou možnéurčiť, ktorá konfigurácia spôsobí maximálnu absorpciu energie v tkanivách. Je tospôsobené dizajnom a vlastnosťami antény a jej interakciou s telom prístroja v obidvochpolohách. [5]24

7. Poloautomatické pracoviska na meranie SARPoloautomatické pracovisko na meranie SAR (viď. obr.7.1) sa skladá z malejizotropnej sondy elektrického poľa, držiaka sondy, prístrojového a počítačovéhovybavenia používaného na meranie a spracovanie výsledných hodnôt z meraní. Tiež jepotrebné doplnkové vybavenie na kalibráciu sondy a materiál na zhotovenie simulácietkaniva.Obr. 7.1 Bloková schéma poloautomatického pracoviska na meranie SARNa obrázku 7.2 je fotografia profesionálneho pracoviska na meranie SAR, ktoré jeale na naše podmienky veľmi nákladné a jeho cena sa pohybuje v niekoľkých miliónovSK. Pracovisko je plnoautomatické, takže doba merania je omnoho kratšia ako napoloautomatickom pracovisku, kde jedno meranie trvá 30 až 50 min. Záleží od hustotyrastra a rozmerov fantóma.25

Obr. 7.2 Profesionálne pracovisko na meranie SAR7.1 Popis zhotovenia sondy na meranie elektrického poľaSonda je trojkanálové zariadenie používané na meranie RF elektrických polí.Senzory sú tri dipóly, každý dlhý 9 mm, ktorými sa odmeria intenzita poľa v troch nasebe kolmých rovinách. V každom kanáli sondy je dipól a vysoko impedančné vedenieumiestnené na plochom substráte. V strede dipólu je Schottkyho dióda (obr.7.4).Schottkyho dióda má volt-ampérovú charakteristiku podobnú charakteristikekremíkovej diódy s výnimkou prahového napätia UF = 0,3 V (oproti 0, 7V pre kremíkovédiódy). Ked' Schottkyho dióda pracuje v priamom smere, prúd je vyvolaný pohybomelektrónov z kremíka typu N krížom cez priechod a cez kov . Pretože sa elektróny v kovepohybujú relatívne voľne, rekombinačný čas je malý, rádovo 10 ps. Je to rýchlejšie, ako vobyčajných diódach s priechodom PN. Kapacita spojená s touto diódou je veľmi malá. [6]Každý dipól je na plošnej doske umiestnený pod uhlom 54, 7º. Jednotlivé dipólysú zoskupené do tvaru trojuholníka (obr.7.5). Výstup z každej sondy je pomocoutienených vodičov privedený cez prepínač na vstup operačného zosilňovača (OZ). Sondaje umiestnená v ochrannom obale (obr.7.3), aby sa zabránilo styku s korozívnymizložkami simulovaného tkaniva. Celková dĺžka sondy je asi 25cm. Držiak sondy jevyrobený z nevodivého materiálu, aby výrazne neovplyvňovala merané pole. Sonda jekrehká, pri manipulácii s ňou je potrebná zvýšená opatrnosť. [7]26

Obr. 7.3 Reálne zhotovenie sondyObr. 7.4 Schéma zapojenia sondyAko je zo zapojenia sondy (obr.7.4) vidieť, uprostred dipólu je zapojenáSchottkyho dióda, ktorá mení vysoko frekvenčné napätie (VF) na nízko frekvenčnénapätie (NF). Dipól slúži ako detektor. Induktory L 1 a L 2 eliminujú vplyv zvyškuspojenia dipólu, aby prepojovací drôt mal čo najmenší vplyv na charakteristiku dipólu.Kapacitori C 1, C 2 a C 3 skratujú VF a zamedzujú vplyv okolia na charakteristiku dipólu.Výstup zo sondy je privedený na vstup OZ.27

Obr. 7.5 Zapojenie dipólov do trojuholníka7.1.1 Testovanie sondy a charakteristika dipóluZariadenie Výrobca Typ zariadeniaGenerátor KALMUS –Voltmeter Rodhe & Schwarts –Napájací zdroj – ZSZ 75PC ACER Acros 486Programovací jazyk – PascalPrepojovací kábel PC-VM Hewlett-Packard HPIBTab.7.1 Zoznam použitých meracích zariadeníPostup testovania sondy je nasledujúci:• Zapojiť prístroje podľa (obr.7.1).• Nastaviť RF generátor na frekvenciu 1GHz a určiť meranú hodnotu z voltmetra.• Sondu ožarujeme hornovou anténou v horizontálnej polohe.• Po dosiahnutí tejto polohy je potrebné ju udržať počas celého merania.• Postupne nastaviť RF generátor pozri (tab. 7.2) na ďalšiu požadovanú frekvenciuaž do 2,4 GHz.28

F [GHz] 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4U [mV] 42 41 40 41 62 71 36 30 29 16 12 8 6 5 3Tab.7.2 Namerané hodnoty80706050U [mV]4030201001 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4f [GHz]Graf 7.1 Výsledná charakteristika dipólu7.1.2 Zosilnenie výstupného napätia zo sondyNa výstupe sondy je veľmi nízke jednosmerné, usmernené napätie okolo 4 mV,ktoré je na meranie nepostačujúce. Preto je potrebné výstupné napätie zo sondy zosilniťpomocou neinvertujúceho zapojenia OZ - MAA 741 . Schéma zapojenia OZ je na (obr.7.6).29

Obr.7.6 Schéma neinvertujúceho zapojenia OZ – MAA 741Na základe zapojenia z (obr. 7.6) sme dosiahli požadovaný zisk z OZ G = 1000.Rezistor R 1 v zapojení slúži na zaťaženie vstupu aby sa zamedzilo elektromagnetickémurušeniu z okolia. Kondenzátor C 1 slúži na odrušenie napájania integrovaného obvodu.Výstup zo zosilňovača je pomocou konektora vyvedený na voltmeter. Zosilňovač jenapájaný zo zdroja +U cc = 15 V.7.1.3 Kalibrácia sondyPred začatím merania je potrebné sondu nakalibrovať. Kalibrácia sondy budevykonaná pri frekvencii 850 MHz. Objem kvapaliny, v ktorej bude kalibrácia sondyvykonaná je 4litre. Princíp kalibrácie môže vychádzať z definície SAR podľa vzorca 20kde je absorbovaný výkon definovaný ako zmena teploty ožarovaného materiálu počasurčitého času alebo podľa vzorca 19 kde je SAR vyjadrený v závislosti na intenzite poľavodivosti a hustote tkaniva. Aby bolo možné kalibrovať sondu je potrebné, aby bolomožné rovnomerne absorbovať známy výkon do známeho množstva materiálusimulujúceho ľudské tkanivo. Kalibrácia bola vykonaná na uzavretom vlnovode, kde jepredpoklad rovnomerného rozloženia výkonu. (pozri obrázok 7.7). Do vlnovodu bolavložená kvapalina simulujúca tkanivo. Táto bola vložená v igelitovom sáčku tak, aby30

nedošlo k vodivému skratovaniu žiariča so stenami vlnovodu. Do otvoru na vrchu bolavložená sonda, ktorá bola ponorená do polovice vlnovodu, tak aby sa nachádzalapribližne v jeho strede. Vlnovod bol použitý z toho dôvodu, aby došlo k čonajrovnomernejšiemu rozloženiu výkonu v tekutine. VF výkon bol do vlnovodudodávaný pomocou žiariča pripojeného na N- konektor. Prispôsobenie bolo zabezpečenétým, že celé to bolo konštruované ako prechod koaxiál – vlnovod pre frekvenčné pásmo0,8 – 2 GHz. Výkon do vlnovodu sa postupne zvyšoval tak, aby bolo dosiahnutý SARvo vlnovode v rozmedzí 0,2 až 1,7 W/kg . Výššie úrovne nám neumožňoval zdroj VFsignálu. Ako zdroj signálu bol použitý výkonový generátor (pozri obr.7.8) Výsledkyz kalibrácie sú uvedené v (tab. 7.3).Výkon SAR U v [V][W] [W/kg]0,8 0,2 0,871,2 0,3 2,31,6 0,4 2,82 0,5 4,362,4 0,6 4,432,8 0,7 5,73,2 0,8 5,93,6 0,9 64,0 1,0 7,94,4 1,1 8,04,8 1,2 12,75,2 1,3 15,15,6 1,4 16,56 1,5 17,066,4 1,6 17,346,8 1,7 17,5Tab.7.3 Výsledné hodnoty z kalibrácie sondy31

UzavretývlnovodObr. 7.7 Kalibrácia sondy vo vlnovodeObr. 7.8 Výkonový generátor7.2 Zhotovenie plochého fantóma na meranie SARPre tento prípad bol zvolený fantóm podľa EN 50 383. V tomto prípade ideo fantóm, ktorý má simulovať oblasť tela užívateľa (aplikuje sa pre rádiové zariadenia,ktoré sa nosia pri tele). Fantóm simuluje veľkosť, obrysy a elektrické vlastnosti ľudskéhotkaniva pri normálnej telesnej teplote. Je zložený z pevného obalu a syntetického roztokuekvivalentného ľudskému tkanivu.32

Obr. 7.9 Plochý fantómPevný obal plochého fantóma (obr.7.9) je vyrobený z plexiskla, ktorý jetransparentný voči šíreniu elektromagnetickej energie (teda má veľmi nízku absorpciu RFenergie) a je čo najtenší pri zachovaní pevnosti potrebnej na udržanie hmotysimulovaného tkaniva. Plochý fantóm v tvare kvádra má rozmery 40 x 20 x 9. Jednotlivéčasti plochého fantóma sú spojené akrylovým lepidlom.7.3 Simulácia tkaniva pre meranie SARModely tkaniva používané pre testovanie ručných zariadení musia byťzodpovedajúce pre pracovnú frekvenciu testovaného zariadenia. Tkanivá tela sú typickyrozlišované na základe obsahu vody. Tkanivá s vysokým obsahom vody, ako napr. svalya koža, absorbujú viac RF energie ako tkanivá s nízkym obsahom vody, ako napr. tuk,kosti alebo lebka. Elektrické vlastnosti tkanív na RF a mikrovlnných frekvenciách súcharakterizované permitivitou a vodivosťou pri bežnej teplote ľudského tela, okolo 37°C.Tieto parametre tkaniva sú tiež teplotne závislé. Pri tkanivách s vysokým obsahom vodypermitivita klesá o hodnotu asi 0,5%/°C a vodivosť stúpa asi o 2%/°C. Simulovanétkanivá používané pri meraniach SAR sa väčšinou správajú podobne. Sú typickynamiešané pre použitie pri izbovej teplote s ekvivalentnými vlastnosťami tkaniva priteplote 37°C. [5]Sú dva spôsoby prípravy simulovaných tkanív s vysokým obsahom vody. Jednýmje nepriehľadný gél zložený z vody, soli, polyetylénového prášku a želatínového činidlaoznačovaného ako TX-151. Druhým typom je kvapalina zložená z vody, cukru, soli33

a zložky zvanej HEC, ktorou sa nastavuje viskozita kvapaliny. Gél sa väčšinou používapre merania SAR u vysoko výkonových aplikácií použitím termografov alebo metóds meraním teploty. Tekutý materiál je priehľadný, ponúka výhody pri skladaní meracejzostavy a meraniach a používa sa len jeden typ tkaniva, ten s najväčšou absorpcioureprezentujúci najhoršie podmienky. V tomto prípade sa kvapalné tkanivo umiestni donádoby tvaru hlavy alebo inej časti tela, ktorá je tvorená stenami o hrúbke 3-5mm typickytvorenej z plexiskla alebo iných plastických materiálov s veľmi nízkou absorpciou RFenergie Priemerné parametre tkaniva mozgu a svalov uvedené v procedúre môžu poslúžiťako návod na vývoj vhodných fantómov pre merania SAR. Vo všeobecnosti je ťažképripraviť materiály s presnými vlastnosťami, preto sme v meraní použili bežne dostupnézložky na simuláciu tkaniva.(tab. 7.4).ZložkyVodaSoľMnožstvo2,5 l66 gCukor2,14 kgTab. 7.4 Použité zložky a množstvo na simuláciu tkaniva34

8. Princíp činnosti programu pre spracovanie výsledkov zmeraniaProgram na meranie a zobrazenie výsledkov bol napísany v programovacomjazyku Pascal. Program bol rozdelený na dve časti. Prvý program s označenímVoltmeterx (obr. 8.2) zabezpečuje meranie napätí v jednotlivých miestach fantóma. Nazačiatku programu sa zadá názov súboru, kde sa uložia výsledky z merania. Potom sazadajú počty bodov v X ovej a Y ovej súradnici. Tieto hodnoty určia hustotu výslednéhorastru v zobrazení rozdelenia SAR. Program pracuje v poloautomatickom režime tzn. žemeranie napätia je automatické a posúvanie sondy na jednotlivé pozície v rastria prepínanie jednotlivých detektorov (v x-ovej, y-ovej a z-ovej rovine) je manuálne. Poskončení merania sú namerané honoty uložené do súboru s určeným názvom. Druhýprogram s názvom graph2 (obr. 8.1) slúži na spracovanie nameraných hodnôt do grafu,ktorý zobrazuje rozloženie SAR v rovine X, Y. Program Voltmeterx je navrhnutý tak, žev prípade nechceného prerušenia merania z dôvodu výpadku el. energie, alebo inýchpríčin je možné pokračovať v meraní tam, kde bolo prerušené meranie, pretože programukladá medzivýsledky. Zo sondy sú výstupom tri napätia z troch smerov žiarenia, ktoré saz voltmetra ukladajú do počítača. Program si ukladá a vypočíta výsledné napätie podľanasledujúceho vzorca.(21)U v = U x2+ U y2+ U z2Pre vykreslenie grafu je potrebné zadať názov súboru kde sú uložené výsledkyz merania, z ktorého chceme vykresliť graf. Ďalej je potrebné zadať frekvenciu na ktorejbolo meranie vykonané. Prideľovanie k hodnotám získaným z voltmetra hodnotu SARzískanú z kalibrácie vykonáva táto procedúra:35

1. begin2. roz1:=abs(value[j,i]- kalo[f-1]);3. roz2:=abs(value[j,i]- kalo[f]);4. if roz1>=roz2 then value[j,i]:=f*0.1;5. if roz2>roz1 then value[j,i]:=(f-1)*0.1;6. f:=16;7. end;ZačiatokNačítanie názvu súboru, kde sú uložené nameranéhod.Načítanie názvu súboru, kde sú uvedenékalibračné dátaNačítanie hodnôt z jednotlivých súborovVýpočet hodnôt SAR pre jednotlivé body mriežkyVykreslenie grafuKoniecObr. 8.1 Vývojový diagram pre vykreslenie grafu36

Obr. 8.2 Vývojový diagram programu pre spracovanie údajov z voltmetra37

8.1 Komunikácia počítača s voltmetromProgramovací jazyk Pascal dokáže spolupracovať aj s externým zariadením.V tomto prípade je to voltmeter.Na to aby, bolo možné prijímať merané hodnoty z voltmetra je potrebné, aby bolozariadenie k počítaču pripojené a mohlo s ním komunikovať. Toto je možné vďakarozhraniu HPIB. Cez kartu obsahujúcu toto rozhranie je pripojený voltmeter. Spojeniepočítača s voltmetrom je vytvorené pomocou dátového kábla Advantech 10488.8.1.1 Rozhranie HPIBSpoločnosť Hewlett – Packard vyvinula v roku 1960 rozhranie pre počítačmiriadené meracie systémy. Toto rozhranie nazvali HPIB (Hewlett – Packard Interface Bus).HPIB sa rýchlo stalo populárnym, preto z neho organizácia na tvorbu noriem IEEE(Institute for Electrical and Electronics Engineers) vytvorila štandard s označením GPIB(General Purpose Instrumentation Bus). IEEE 488 (štandard opisujúci toto rozhranie ) bolprvý krát zavedený v roku 1978. V roku 1980 bol tento štandard doplnený o novéskutočnosti. To viedlo k jeho premenovaniu na IEEE 488.1. Najnovší štandard máoznačenie IEEE 488.2.IEEE 488.2 zahŕňa minimálne požiadavky pre ovládače (kontroléry) a možnosti(funkcie) zariadení (vysielač, prijímač, kontrolér). Takisto je v novej špecifikácii (oprotiIEEE 488.1) podrobnejšie definovaný formát, kódovanie údajov, štruktúrakomunikačného protokolu a správ medzi kontrolérom a zariadením.Vlastnosti rozhrania HPIB:• prenosová rýchlosť 1 MB/s• maximálne 14 meracích zariadení pripojených na 1 riadiaci počítač• maximálna dĺžka zbernice je 20 m• maximálna vzdialenosť medzi zariadeniami je 2 m• dáta sa vysielajú po 1 bajte ( 8 bitov súčastne - paralelný prenos )24 zbernicových vodičov sa delí na 4 skupiny:38

• informačné / adresné vodiče ( DIO 1 – DIO 8 ) – prenos dát obojsmerne• vodiče riadenia prenosu dát ( DAV, NDAC, NRFD )• vodiče riadenia obecných funkcií sústavy ( ATN, IFC, REN, SRQ, EOI )• uzemňovacie a tieniace vodičeZariadenia môžu byť pripojené na počítač pomocou zbernice do hviezdy alebosériovo (sekvenčne) za sebou. V praxi je možné zapojiť maximálne tri konektory jeden nadruhý (vzhľadom na dĺžku prepojovacieho kábla ). [8]39

9. Meranie SARCelé meranie SAR sa vykonávalo v tienenej komore umiestnenej vo výskumnomlaboratóriu Výskumný ústav spojov v Banskej Bystrici. Merané zariadenia boliumiestnené vnútri tejto komory z dôvodu minimalizovania okolitých vplyvov pri meraní.Meranie SAR týchto zariadení:1. Lieviková anténa – parametre:- Pracovné frekvenčné pásmo : 1 GHz až 18 GHz- Pomer stojatých vĺn (PSV, VSWR) : < 1.5:1- Impedancia : 50 Ω- Výstupný konektor typu : N- Rozmery : 24,4 cm x 27,9 cm x 15,9 cm (vrátane apertúry)- Váha : 1,8 kg- Výrobca : THE ELECTRO-MECHANICS CO2. Plochá anténa pre pásmo GSM 9003. Mobilný telefón Samsung SGH – X480Zariadenie Výrobca Typ zariadeniaGenerátor Marconi –Voltmeter Rodhe & Schwarts –Napájací zdroj – ZSZ 75PC ACER Acros 486Programovací jazyk – PascalPrepojovací kábel PC-VM Hewlett-Packard HPIBTab. 9.1 Zoznam použitých meracích zariadeníVýsledky merania na jednotlivých zdrojoch elektromagnetického vyžarovania súfarebne znázornené na grafoch (9.1 - 9.4). Na grafe 9.1 sú uvedené hodnoty napätiav jednotlivých bodoch rastru. V tomto meraní sa použila sonda len s jedným dipólom,ktorý bol orientovaný do tej istej polarizácie ako anténa, ktorá bola zdrojomelektromagnetického žiarenia. Toto meranie sa vykonalo na súradnicovej sieti 38x1940

odov. Zdrojom elektromagnetického žiarenia v tomto prípade bola lieviková anténa . Nagrafoch (9.2 - 9.4) sú výsledky SAR merané na hore uvedených zariadeniach. Tietomeranie sa vykonali so sondou, ktorá mala tri navzájom kolmé dipóly podľa kapitoly 7.1.Merania sa vykonali len v súradnicovej sieti 12 x 6 bodov z časového dôvodu. V každombode sa meranie napätia vykonalo tri krát (na každom dipóle osobitne) a výslednáhodnota napätia sa získala podľa vzorca 21. Jednotlivým napätiam sa pomocoukalibračnej tabuľky 7.3 priradili hodnoty SAR a týmto hodnotám odpovedá farba poľa nadanej súradnici podľa tabuľky 9.3.Graf 9.1 Napätia na jednotlivých súradniciach pri meraní so sondou s jedným dipólom41

FarbaU [V]Modrá 1 – 2Zelená 2 – 3Zelenomodrá 3 – 4Červená 4 – 5Fialová 5 – 6Hnedá 6 – 7Svetlo šedá 7 – 8Tmavošedá 8 – 9Svetlomodrá 9 – 10Svetlozelená 10 – 11Svetlo zelenomodrá 11 – 12Svetločervená 12 – 13Svetlofialová 13 – 14Žltá 14 - 15Tab. 9.2 Farba priradená k výslednému napätiuGraf 9.2 Farebne znázornená úroveň SAR lievikovej antény42

Pri meraní s lievikovou anténou bol fantóm položený na jej ústí (obr. 9.1).V tomto prípade meranie sa vykonalo v oblasti blízkeho poľa antény, kde rozloženie poľaje rovinné a prejavujú sa odrazy od vodivých častí antény. Z toho dôvodu najväčšie SARbolo namerané na okrajoch antény (v jej rohoch) graf 9.2.fantómlievikováanténaObr. 9.1 Fantóm s lievikovou anténouGraf. 9.3 Farebne znázornená úroveň SAR plochej antény pre pásmo GSM 900V tomto prípade ide o plochú anténu, ktorá pri meraní bola prilepená zo spodnejčasti fantóma. Najvyššie hodnoty SAR nie sú priamo pred anténou, ale na okraji fantómu,43

čiže vo vzdialenosti viac ako 5 cm od antény. Je to spôsobené tým, že tieto miesta sú vovzdialenom poli, kde sa prejavuje zisk antény, kým miesta v strede fantómu sanachádzajú v blízkom reaktívnom poli antény, kde sa neprejavuje zisk antény (graf 9.3).Graf. 9.4 Farebne znázornená úroveň SAR pre mobilný telefón Samsung SGH-X480V tomto prípade bol telefón upevnený v strede fantómu užívateľskou stranouotočenou k fantómu (aby sa simulovalo priloženie telefónu k hlave užívateľa). Aj v tomtoprípade priamo pred anténou je najmenšie SAR. Je to z toho dôvodu, že antényv mobilných telefónoch sú smerované tak aby sa minimalizoval výkon smerovaný dohlavy účastníka. Hodnoty v týchto miestach sú maximálne 0,6 – 0,7 W/kg čo odpovedáhodnotám definovaných výrobcom telefónu. Najvyššie namerané hodnoty SAR boli 1,2W/kg ale tieto sa nachádzajú na okrajoch fantómu ale vo fantóme (graf 9.4), ktorýsimuluje hlavu (na ktorom sa merania telefónov vykonávajú) by tieto miesta boli mimofantómu.44

Farba SAR [W/kg]Modrá 0,2 – 0,3Zelená 0,3 – 0,4Zelenomodrá 0,4 – 0,5Červená 0,5 – 0,6Fialová 0,6 – 0,7Hnedá 0,7 – 0,8Svetlo šedá 0,8 – 0,9Tmavošedá 0,9 – 1,0Svetlomodrá 1,0 – 1,1Svetlozelená 1,1 – 1,2Svetlo zelenomodrá 1,2 – 1,3Svetločervená 1,3 – 1,4Svetlofialová 1,4 – 1,5Žltá 1,5 – 1,6Biela 1,6 – 1,7Tab.9.3 Priradená farba výsledného SAR k jednotlivým napätiam9.1 Systémová chyba meraniaNeistota merania SAR je výsledkom neistôt jednotlivých prvkov systémua neistoty v skenovacom procese. Hlavné vplyvy na neistotu merania majú tietoskutočnosti:1. izotropia sondy2. kalibrácia sondy3. tvar fantómu a pozícia skúšaného zariadenia4. systém na skenovanie a získavanie dátTvar fantómu, pozícia sondy a kalibrácia majú najväčší vplyv na celkovú neistotumerania.1. Izotropia sondy - je spôsobená tým, že pri prekrytí smerových charakteristíkv dipóle má výsledná charakteristika tvar gule (obr. 9.2). Pri zobrazení výslednéhonapätia na jednotlivých dipóloch pri otáčaní sondy o 360° je možné vidieť poklesycelkového napätia pri jednotlivých uhloch otočenia sondy (graf 9.5).45

Rozoznávame :• Osová izotropia - je maximálna odchýlka pri otáčaní sondy okolo vlastnej• Hemisferická izotropia – maximálna odchýlka pri otáčaní sondy okolo osi kolmejna vlastnú os.Obr. 9.2 Priestorové zobrazenie izotropie sondyZ grafu 9.5 je viditeľné, že maximálna odchýlka pri súčtovom výsledku jednotlivýchnapätí (na obrázku je to horná spojitá čiara) sa pohybuje v rozsahu 63 – 68 mV, čomuodpovedá neistota ±3,8 %.Graf 9.5 Napätia na jednotlivých dipóloch pri otáčaní sondy okolo vlastnej osy2. Kalibráciu sondy - je možné vykonať viacerými spôsobmi. V tomto prípade bolapoužitá kalibrácia pomocou vlnovodu (obr. 7.7). Princíp tejto kalibrácie spočíva46

v tom, že pomocou žiariča je vyžiarený výkon do vnútra vlnovodu. Tu sanachádza tekutina oddelená od žiariča dielektrickou doskou (v našom prípade bolpoužitý igelitový sáčok). V tekutine sa nachádza sonda. Vlnovod zabezpečípribližne rovnomerné rozloženie výkonu v tekutine. Keďže výkon z generátora dovlnovodu je známy a je nastaviteľný a hmotnosť tekutiny je tiež známa je možnénastavovať SAR (W/kg). Chyba kalibrácie vzniká hlavne tým, že tekutina nie jev celom priestore vlnovodu. V našom prípade to bolo približne 80 % priestoru,takže maximálny príspevok neistoty spôsobený kalibráciou je ±10%.3. Tvar fantóma a presnosť nastavenia pozície sondy - v tomto prípade boli použitépomerne veľké kroky a preto presnosť nastavenia (maximálne ±3 mm pri kroku 3cm) spôsobovala neistotu maximálne ±10%. Chyba spôsobená tvarom fantómu(odrazy od stien a rohov) by z dôvodu jednoduchosti jeho tvaru a minimálnejvodivosti stien nemala prekročiť ±3%.4. Systém na získavanie dát - v tomto prípade sa na tomto procese podieľajú hlavnedva prvky tohto reťazca – operačný zosilňovač a Voltmeter. Chyba voltmetru jedefinovaná výrobcom maximálne na ±3% chybu spôsobenú OZ je možné lenodhadnúť (približne ±3%, čo je spôsobené hlavne stabilitou zdroja napájania).Celkovú neistotu merania získame pomocou vzorca:m2 2c i.ii = 1u = ∑ c u(22)Kde u i sú jednotlivé neistoty uvedené vyššie a c i sú váhové koeficienty (podľa EN 50 383=1)Celková neistota merania pre tento prípad vychádza hodnota ±15,1% čo je menšieako maximálna doporučená neistota podľa normy ±20%. Z tohto dôvodu je možnékonštatovať že uvedené zariadenie je možné použiť na skúšanie rádiových zariadenípodľa normy EN 50 383.47

10. ZáverCieľom tejto diplomovej práce bolo navrhnúť a zostrojiť poloautomaticképracovisko na meranie SAR na plochom dvojrozmernom fantóme pre frekvenčnú oblasťod 800 MHz do 3000 MHZ.Na začiatku práce je stručný úvod do problematiky elektromagnetického žiarenia,ktoré je vytvárané elektromagnetickým poľom ako aj magnetickým a elektrickým poľom.Ďalej sú v práci uvedené fyzikálne základy a pojmy súvisiace s riešenou problematikou.V štvrtej kapitole je rozbor vplyvov elektromagnetického poľa na ľudský organizmusz pohľadu medzinárodnej organizácie pre neonizujúce žiarenie ICNIRP ako ajeurópskych a amerických normalizačných inštitúcii.Návrh a popis samotnej realizácie poloautomatického pracoviska na meranie SARzačína v siedmej kapitole. Bolo nutné zhotoviť a skonštruovať sondu na meranieelektrického poľa. Navrhnúť a vykonať metodiku jej kalibrácie. Ďalej bolo treba vyrobiťplochý fantóm, ktorý má simulovať oblasť ľudského tela. V ôsmej kapitole je popisprogramov na spracovanie výsledkov z voltmetra a na vykreslenie grafov. Programy bolinapísané v programovacom jazyku Pascal. V deviatej kapitole je popis merania SAR,zhodnotenie a neistota merania SAR. Meranie SAR bolo vykonané na rôznych rádiovýchzariadeniach ako sú lieviková anténa, plochá anténa pre pásmo GSM 900 a mobilnýtelefón Samsung SGH-X480. Pri mobilnom telefóne boli najvyššie namerné hodnotySAR 1,2 W/kg.. Hodnoty SAR namerané na mobilnom telefóne odpovedajú hodnotámdefinovaným výrobcom.Na poloautomatickom pracovisku je možné vykonávať meranie SAR na rôznychprenosných rádiových zariadeniach. No pre urýchlenie jednotlivých meraní odporúčamzhotoviť automatizované pracovisko, kde pohyb sondy by bol zabezpečený elektronickya nie manuálne.48

Zoznam použitej literatúry[1] NOVOTNÝ, K.: Teorie elektromagnetického pole I. Praha: ČVUT, 2000. 187 s.ISBN 80-01-01774-5[2] http://www.bbemg.ulg.ac.be/UK/2Basis/emwave.html - Vznik elektromagnetickéhoŽiarenia.[3] http://www.standardsdirect.org/ - norma BS EN 50 383[4] http://www.icnirp.de/documents/emfgdl.pdf - smernica ICNIRP[5] http://www.spectrum-sciences.org/research/31-SSI_DRB_TP_D01_031Ver5.PDF- SAR Measurements requirements[6] http://www.spectrum-sciences.org/research/32-SSI_DRB_TP_D01_032Rev4.PDF- Probe design and calibration requirements[7] MICHAELI, L.: Základy Elektroniky. Košice: FEI TU, 2006. 45 s.[8] http://sk.wikipedia.org/ - rozhranie HPIB (GPIB)49

ČESTNÉ VYHLÁSENIEVyhlasujem, že som zadanú diplomovú prácu vypracoval samostatne, pododborným vedením vedúceho diplomovej práce Ing. Romana Ščehoviča a používal somlen literatúru uvedenú v práci.Súhlasím so zapožičiavaním diplomovej práce.V Žiline dňa ............................. .....................................

POĎAKOVANIEÚprimne ďakujem vedúcemu diplomovej práce Ing. Romanovi Ščehovičovi zaodborné vedenie, konzultácie, všetky rady a pripomienky, ktorými ma viedol privypracovávaní tejto diplomovej práce.