Радіобіологічно безпечний мобільний радіотелефон
Власники патенту UA 2540979:
У безпосередній близькості до апарату рівень випромінювання істотно більший. Критерієм безпеки МРТ там є величина питомої поглиненої енергії випромінювання (SAR - Specific absorption rate) в тканинах людини, що дорівнює США 0,8 Вт/кг (з 2001 року). Слід зазначити, що в Україні санітарні норми для МРТ набагато жорсткіші, ніж на Заході. Західні норми не зважають на особливості нетеплових хвильових біологічних ефектів. Виміряти SAR дуже складно, і досі немає єдиної методики визначення. Тому апарати МРТ, які надходять в Україну з-за кордону, як правило, не задовольняють українську норму (100 мкВт/см 2 ). Великий рівень випромінювання поблизу МРТ накладає жорстке обмеження на час перебування поблизу живої тканини. Добове енергетичне навантаження при використанні МРТ не повинно перевищувати 200 мкВт·год/см 2 (див. СанПіН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гігієнічні вимоги до розміщення та експлуатації засобів сухопутного рухомого радіозв'язку» [2]). Тому за рекомендаціями Центру електромагнітної безпеки при інституті біофізики РАН разова розмова МРТ, коли він прикладений до вуха, не повинен перевищувати 2-3 хвилини, після чого потрібно робити паузу не менше 15 хвилин. Загальний час розмови МРТ для дорослої людини не повинен становити більше однієї години на добу (див. Григор'єв О.А. Радіобіологічна оцінка впливу електромагнітного поля рухомого стільникового зв'язку на здоров'я населення та управління ризиками. Автореферат дисертації наукового ступеня доктора біологічних наук. Москва, 2012 [3]). Дітям та підліткам до 18 років використання МРТ обмежене: розмова має здійснюватися з використанням навушників та бути короткою за часом. Вагітні жінки повинні завжди розміщувати МРТ на відстаніщонайменше 0,75 м від тіла [2, 3]. Слід зазначити, що небезпека електромагнітного випромінювання (ЕМІ) проявляється під час роботи МРТ лише режимі передачі, оскільки коли абонент говорить, включається передавач МРТ. У режимі прийому (абонент слухає) передавач вимикається, а сигнали, що приймаються від БС, за рівнями дуже малі і не небезпечні.
На даний момент у світі проведено достатню кількість досліджень, що підтверджують, що випромінювання МРТ призводить до астенізації, підвищеної дратівливості, стомлюваності абонента, а хронічне – щоденне, протягом тривалого часу – вплив випромінювання МРТ на живий організм послаблює імунну систему, стимулює зміни в клітинах , Викликає порушення генного порядку, сприяє появі хворих клітин і навіть пухлин. У 2009 році рішенням Міжнародного агентства з вивчення раку Всесвітньої організації охорони здоров'я випромінювання МРТ класифіковано як канцерогенне класу 2B.
Існуючі конструкції МРТ не забезпечують радіобіологічну безпеку для людини. ЕМІ МРТ відноситься до небезпечних для здоров'я факторів. Вплив ЕМІ відбувається в неконтрольованих умовах, без обмеження за тривалістю, часом та періодичністю використання.
З рівня техніки відомі пристрої МРТ із провідною та бездротовою головною гарнітурою. Гарнітура - це комплект навушників та мікрофона, що приєднується до корпусу МРТ, призначений для прийому/передачі інформаційного сигналу низькочастотного. У гарнітурі відсутні високочастотні випромінювання, тому її застосування є ефективним засобом для захисту голови (мозку, очей і т.д.) людини від впливу ЕМІ. Але ці технічні рішення (режим hands-free, технологія bluetooth), що створюють певний комфорт при використанні, роблять вільними руки таусувають небезпеку безпосереднього на мозок і очі, повністю вирішують проблему електромагнітної безпеки в людини. При використанні гарнітури джерело ЕМІ, а саме корпус МРТ, знаходиться найчастіше біля користувача (у кишені, у сумочці тощо) і впливає на органи людини. Слід також зауважити, що в цих випадках корпус МРТ, як правило, знаходиться в неоптимальних умовах (за висотою розміщення та положення), і тому ефективність вбудованої в нього антени істотно знижується, що погіршує радіозв'язок з БС.
В даний час відомо безліч різних пристроїв МРТ, оголошених безпечними. Зокрема, зниження впливу ЭМИ на користувача пропонується вводити у корпус МРТ захисні екрани, поглиначі, додаткові антени тощо. Однак усі ці способи мають загальний недолік. У ближню зону випромінювання антени, вбудованої в корпус МРТ, вторгаються сторонні провідні або напівпровідні тіла. Ці тіла стають частиною єдиної електродинамічної антени і впливають на характеристики випромінювання антени. Вторинні поля від сторонніх тіл, складаючись із полем антени, змінюють вихідну ДН, формуючи в ній провали та максимуми випромінювання. Причому максимуми у бік мозку можуть виявитися навіть більшими, ніж за відсутності сторонніх тіл.
Відома конструкція МРТ, в якому ослаблення ЕМІ в бік абонента досягається тим, що в тій частині корпусу МРТ, де знаходиться антена, встановлюється рефлектор тонкої титанової пластини, що закріплюється на корпусі за допомогою стрижня, що ковзає. У центральній частині рефлектора розміщено динамік, пов'язаний зі схемою МРТ гнучким кабелем. У складеному стані рефлектор не виходить за габарити корпусу.
Відома конструкція МРТ фірмиMurata Manufacturing Co. Ltd (Японія) з двома антенами та екраном. Для ослаблення випромінювання однієї з антен у бік голови у корпусі МРТ встановлений екран. Друга антена, змонтована на корпусі МРТ, призначена лише прийому.
Завданням заявленого винаходу є створення радіобіологічно безпечного для людини та практичного у використанні МРТ.
Технічний результат винаходу полягає в усуненні впливу небезпечного електромагнітного випромінювання користувача при одночасному розширенні функціональних можливостей пристрою.
Крім того, зазначений технічний результат досягається в окремих варіантах реалізації винаходу за рахунок того, що:
- у пристрої використано оптичний кабель, що з'єднує зовнішню антену та МРТ через зовнішні аналого-цифровий та цифроаналоговий перетворювачі,
- гарнітура включає оголов'я, при цьому згадана зовнішня антена вбудована в оголов'я,
- оголов'я забезпечене вставкою з радіопрозорого діелектричного матеріалу, що охоплює згадану зовнішню антену,
- як радіопрозорий діелектричний матеріал використаний спінений полістирол,
- як зовнішню антену використана штирева або дипольна антена.
Заявлений пристрій, також як і найближчий аналог, включає пов'язану з МРТ гарнітуру, забезпечену зовнішньою антеною для зв'язку з БС. Однак у конструкції, що заявляється, дана особливість використовується для забезпечення радіобіологічної безпеки, оскільки зовнішня антена може бути виготовлена з такою формою ДН, яка дозволяє надійно підтримувати радіозв'язок з БС за відсутності випромінювання в бік голови. При цьому на відміну від аналога зберігається внутрішня антена, а корпус МРТ вбудовується перемикач,що дозволяє для зв'язку з БС робити вибір - включати внутрішню або зовнішню антену, що розширює функціональні можливості пристрою.
Заявлений пристрій пояснюється кресленнями, де:
на фіг.1 зображено схема заявленого пристрою;
на фіг.2 показана діаграма спрямованості штирьової або дипольної антен, які можуть бути застосовані в заявленому пристрої.
МРТ (1) являє собою стандартний МРТ, конструкцію якого вбудований апаратний перемикач (8) для роботи з антенами (2) або (4). Конструкція даного перемикача (8) опціонально може забезпечувати автоматичне перемикання пристрою на роботу із зовнішньою антеною (4) при підключенні до МРТ (1) гарнітури (3) та перемикання на роботу з внутрішньою антеною (2) при відключенні гарнітури (3) (за аналогією з тим, як здійснюється автоматичне перемикання звуку на гарнітуру при її підключенні до стандартних МРТ).
Головна гарнітура переважно включає оголовник (9), навушники та мікрофон (на кресленнях не показано). При цьому зовнішня антена (4) вбудована в оголовник (9) і при одяганні гарнітури на голову вертикально орієнтована.
Оголовник (9) гарнітури може містити вставку (10) з радіопрозорого діелектричного матеріалу, що охоплює згадану зовнішню антену (4). Розміщення зовнішньої антени в діелектричному середовищі дозволяє вкоротити довжину робочої хвилі в 1/2 раз (ε - відносна діелектрична проникність), зменшити вертикальний розмір антени і, відповідно, товщину оголовника.
Зовнішня антена може бути з'єднана з МРТ звичайним коаксіальним кабелем товщиною 1/4″ (типу Heliax або Cellflex), що передає сигнали в аналоговому вигляді, або оптичним кабелем, що передає сигнали в цифровому вигляді. Оптичний кабель є більшлегким, немає втрат і дозволяє підтримувати зв'язок з БС при менших потужностях передавача МРТ. У разі застосування оптичного кабелю на кінцях він має перетворювачі: аналого-цифровий (АЦП) (6) з боку зовнішньої антени (4) та цифроаналоговий (ЦАП) (7) з боку МРТ (1).
Електроживлення перетворювачів здійснюється від МРТ за допомогою двожильного дроту живлення (11).
Пристрій функціонує в такий спосіб.
У режимі очікування виклику абоненту не потрібно ходити з одягненою на голову гарнітурою.
Вхідний зв'язок може здійснюватися традиційним способом за допомогою внутрішньої антени (2), вбудованої в МРТ корпус (1). В абонента з'являється можливість вибору: вести розмову, використовуючи внутрішню антену (2), або переключитися на зовнішню антену (4) гарнітури. Якщо розмова очікується коротка за часом, то одягати навушники з оголовьем може бути і не потрібно. Якщо ж розмова очікується довга або абонентом є та персона, якою не рекомендовано користуватися МРТ (діти, підлітки, вагітні жінки або люди, які страждають підвищеним страхом по відношенню до ЕМІ), то необхідно скористатися гарнітурою та переключити роботу з внутрішньої антени (2) на зовнішню антену (4).
Вихідний зв'язок (абонент ініціює зв'язок) може здійснюватися з використанням лише зовнішньої антени (4). У цьому випадку абонент одягає на голову гарнітуру (3), підключає її до MPT (1), перемикає роботу з внутрішньої антени (2) на зовнішню антену (4) і здійснює звичайну процедуру входження у зв'язок.
Зовнішня антена (4), на відміну внутрішньої антени (2), не надає небезпечного на користувача (див. ДН на фіг.2). До того ж при однакових габаритних розмірах зовнішня антена (4) у порівнянні з внутрішньою антеною(2) може мати більшу ефективність, оскільки в зоні її максимального випромінювання відсутні сторонні провідні або напівпровідні тіла (частини корпусу МРТ і голова людини). Підвищення ефективності антени, що здійснює радіозв'язок з БС, дає можливість працювати при менших потужностях передавача МРТ і, відповідно, знижувати енергоспоживання від акумулятора.
Таким чином, запропонований пристрій вирішує проблему радіобіологічної безпеки МРТ для всіх користувачів і, що особливо важливо, для дітей, підлітків та вагітних жінок, для яких гігієнічними вимогами передбачено обмеження використання стандартними МРТ.
Слід зазначити, що режим встановлення зв'язку (виклик) є найнебезпечнішим з погляду електромагнітного впливу. При виклику МРТ випромінює максимальний рівень потужності, і лише після встановлення зв'язку цей рівень може зменшитись на два-три порядки. Рівнем потужності МРТ управляє БС через обмін сигнальною інформацією каналу управління. Зазвичай встановлюється мінімальний рівень потужності, достатній для певного зв'язку. Якщо БС знаходиться близько, потужність сигналу передавача МРТ може становити одиниці міліватів. Якщо МРТ знаходиться на межі зони покриття БС, то потужність сигналу передавача МРТ може бути максимальною і складатиме 1 Вт і більше.
Практична реалізація пропонованого пристрою не потребує будь-яких змін у стандартах мобільного стільникового зв'язку.
У конструкцію існуючої головної гарнітури, а саме в оголов'ї, вбудовується малогабаритна антена, і додатково вводяться два тонкі кабелі для з'єднання з МРТ.
2. Пристрій п.1, в якому використаний оптичний кабель, що з'єднує зовнішню антену (4) і MPT (1) через зовнішні аналого-цифровий (6) іцифроаналоговий (7) перетворювачі.
3. Пристрій п.1, в якому гарнітура (3) включає оголов'я (9), при цьому згадана зовнішня антена (4) вбудована в оголов'я (9).
4. Пристрій п.3, в якому оголов'я (9) забезпечене вставкою (10) з радіопрозорого діелектричного матеріалу, що охоплює згадану зовнішню антену (4).
5. Пристрій п.4, в якому в якості радіопрозорого діелектричного матеріалу використаний спінений полістирол.
6. Пристрій за будь-яким з пп.1-5, в якому як зовнішню антену (4) використана штирева або дипольна антена.