XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Разработка анализатора высокочастотных электромагнитных излучений для экологического мониторинга жилых и производственных зон
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Современная цивилизация не в состоянии обойтись без широкомасштабных средств коммуникации и связи. Польза, которую приносят человечеству радиоволны как средство общения, поистине неоценима. Практически с самого начала использования электромагнитных волн человечеством, учёные задаются вопросом как влияют эти излучения на организм человека. Множество исследований, проводимых разными исследовательскими учреждениями и научными группами, дают совершенно различные результаты, поэтому единого мнения на этот счёт по-прежнему нет. Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания, которые распространяются со световой скоростью. Частота радиодиапазона может составлять от 100 кГц до 300 ГГц. Волнами эти колебания называют потому, что переменное электромагнитное поле непрерывно изменяет своё состояние. Волновую природу имеют свет, звук и даже радиоактивное излучение. Весь частотный диапазон регламентируется официальными документами и международными соглашениями. Источниками естественных электромагнитных полей являются атмосферное электричество, космические лучи, излучение солнца, а искусственные источники: различные генераторы, лазерные установки, линии электропередач, измерительные приборы, средства информации и связи. Частоты электромагнитных излучений широки, и используются в телерадиовещании, радионавигации. При воздействии высокой частоты электростатические свойства живых тканей сильно изменяются. Электромагнитные поля оказывают на организм человека тепловое и биологическое воздействие. Переменное поле вызывает нагрев тканей человека. Энергия проникшего в организм излучения многократно преломляется в многослойной структуре тела с разной толщиной слоев тканей. Экспериментально установлены особая чувствительность, к высокочастотному излучению, нервной системы, сердечно – сосудистой системы, половых органов. Электромагнитное излучение при действии на организм могут нарушать ранее приобретенную устойчивость к различным неблагоприятным факторам. В производственных условиях, дозы воздействия электромагнитного излучения находятся под постоянным мониторингом и строго регламентированы (в нашей стране) СанПиН. А вот в бытовых условиях, такой мониторинг, практически отсутствует. На самом деле, вопрос экологического мониторинга электромагнитного излучения в бытовых условиях, в современное время приобретает всё большую актуальность. Мы со всех сторон окружены электробытовыми приборами, вышками сотовой связи, средствами передачи и приёма информации, и постоянно находимся под потоком электромагнитного воздействия. Высокая актуальность вопроса бытового мониторинга электромагнитного воздействия на организм человека позволила выдвинуть гипотезу о реальности разработки и создания прибора регистрации и вектора направленности электромагнитных волн. Именно эти вопросы и легли в основу тематики данной проектной работы, и проведению первоначальных экологических исследований по оценке интенсивности бытового электромагнитного излучения.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является разработка и изготовление простого анализатора спектра электромагнитного излучения высокочастотного диапазона для проведения бытового мониторинга интенсивности и направленности электромагнитных волн. Цель работы предполагала решение следующих задач:
- ознакомление с доступными литературными и интернет – источниками по вопросам воздействия электромагнитного излучения высокочастотного диапазона на биологические объекты;
- изучение доступной литературы и интернет – источников по вопросам проектирования и разработки анализаторов электромагнитного излучения;
- на основе изученных литературных и интернет – источников разработка собственной концепции прибора регистрации высокочастотного электромагнитного излучения и вектора его направленности;
- на основе разработанной концепции, изготовление опытного образца анализатора электромагнитного спектра;
- проведение, с помощью изготовленного прибора, первоначального экологического мониторинга электромагнитного бытового излучения с целью оценки функциональных возможностей изготовленного прибора.
Экологические аспекты воздействия электромагнитного излучения высокочастотного диапазона на биологические объекты[1 - 4]
Совершенно невозможно представить себе современную жизнь человека без информационной среды общения, радиосвязи, телевидения и интернета. Огромное количество информации ежесекундно передается с помощью электромагнитных волн (электромагнитного излучения), которыми насыщено всё жизненное пространство человека. Радиочастотный диапазон представлен широким спектром радиочастот от 30 кГц до 300 ГГц, соответственно, от сверхдлинных до миллиметровых радиоволн. Современная наука находит убедительные доказательства пагубного влияния, электромагнитных волн большой интенсивности на человеческий организм, прежде всего на нервную систему и мозг. Человек, разговаривающий по мобильному телефону чувствует, что у него нагревается ухо. Сила нагрева, естественно, будет зависит от типа телефона и его антенны, а также мощности излучения. Степень такого излучения контролируется по специальному показателю SAR. Согласно нему, предельно допустимое значение мощности составляет 2 Вт на килограмм живого веса. Наиболее подвержены воздействию излучения от мобильных телефонов глаза. В 2003 году исследования шведских учёных доказали, что радиоизлучение повреждает нервные клетки головного мозга и нарушает его токи. В России для определения максимально возможной мощности излучения мобильных телефонов существует понятие значения плотности потока энергии (ППЭ), которое не должно превышать 500 мкВт на см2. Для уменьшения вредного воздействия телефонов на организм рекомендуется выбирать модели с меньшей мощностью излучения и использовать беспроводные гарнитуры. Внешние слои кожного покрова человека так же поглощают радиоволны, вследствие чего выделяется тепло, которое абсолютно точно можно зафиксировать экспериментально. Максимально допустимое повышение температуры для человеческого организма составляет 4 градуса. Из этого следует, что для серьёзных последствий человек должен подвергаться продолжительному воздействию довольно мощных радиоволн, что маловероятно в повседневных бытовых условиях. Но отдельные части тела человека, например глаза, вследствие меньшего снабжения кровью менее приспособлены к отводу тепла. Такие органы как мозг, глаза, почки и ткани человека, которые обладают слабо выраженной терморегуляцией, более чувствительны к облучению. Перегревание тканей и органов ведет к их заболеваниям. Отрицательное воздействие электромагнитного поля может привести к торможению рефлексов, понижению кровяного давления, замедлению сокращений сердца, изменению состава крови, помутнению хрусталика глаза (Приложение лист I, рис. 1).Смертельно опасны радиоволны для владельцев электрических кардиостимуляторов – последние имеют чёткий пороговый уровень, выше которого электромагнитное излучение, окружающее человека, выводит их из строя. Нетепловые эффекты от воздействия радиоволн также часто указываются в качестве возможных вредных факторов влияния на здоровье человека. Среди вероятных негативных эффектов озвучивают ухудшение кровообращения, затруднение деятельности головного мозга и даже генетические мутации. Кое-какие из этих предположений доказаны экспериментально, но испытания проводились либо на животных, либо на микроорганизмах. Определённую роль в экологической безопасности играют высоковольтные линии электропередачи. Предельно допустимая норма напряжения электрического поля составляет 5000 Вт/м, а применительно к магнитным полям – 100 мкТл. Высоковольтные линии электропередач ЛЭП излучают волны частотой 50 Гц. Мощность генерируемых волн зависит от силы напряжения, при 400 кВ она не превышает 60 мкТл. С увеличением расстояния до провода напряжённость электрического поля снижается. Среди лиц, которые проживают на расстоянии меньше 50 метров от высоковольтных линий электропередач, отмечается повышенная склонность к появлению болезни Альцгеймера. Среди детей, проживающих в таких местах, резко возрастает количество больных лейкемией. Показатель ППЭ для магнитных полей ЛЭП составляет 100 мкТл. Их напряжённость не должна превышать 5 кВ/м. Источниками электромагнитных излучений радиочастот являются мощные радиостанции, антенны, генераторы, установки индукционного и диэлектрического устройства, высокочастотные приборы в медицине и в быту. Источником повышенной опасности в быту являются микроволновые печи. В России, нормирование электромагнитного излучения на рабочих производственных местах определяется СанПиН. Весь радиочастотный диапазон разделен на три под диапазона:
1*104...3-104 Гц;
3*104...3-108 Гц;
3*108...3-10n Гц.
В первом частотном под диапазоне электромагнитное излучение нормируются раздельно по напряженности электрического В/м, и А/м, магнитного полей, в зависимости от продолжительности воздействия и накладывает ряд ограничений на продолжительность работы:
- если электромагнитное излучение(500 В/м, 50 А/м) воздействует на персонал – возможна работа в течение всей смены;
- если электромагнитное излучение (1000 В/м, 100 А/м) проведение работ возможно не более двух часов.
Для второго частотного диапазона разработаны показатели энергетической экспозиции электромагнитного излучения:
где Т — продолжительность воздействия в (ч), нормативные значения которых приведены в таблице приложения (Лист I, таблица 1).
Для третьего частотного под диапазона гигиеническим регламентом также является энергетическая экспозиция, однако она рассчитывается иначе:
где ППЭ — плотность потока энергии (вектор Умова — Пойнтинга), мкВт/см2.
Предельно допустимое значение ЭЭППэ составляет 200 мкВт/см2.Отдельного внимания заслуживает тема электромагнитной безопасности пользователей персональных компьютеров. Предельно допустимые нормы электромагнитного излучения для пользователей компьютеров приведены в таблице приложения (Лист I, таблица 2). Для жилых помещений и мест скопления людей, так же существуют определённые требования к интенсивности электромагнитного излучения (Приложение лист I, таблица 3). К сожалению, эти нормы, фактически мало соблюдаются и не контролируются соответствующими органами, поскольку служба экологического электромагнитного мониторинга существует только на промышленных предприятиях. Как определённый вывод к изложенному материалу, можно сказать об актуальности разработки простых устройств контроля электромагнитного излучения в бытовых условиях.
Теоретические основы схемотехники построения анализаторов спектра высокочастотного электромагнитного излучения[5]
Анализатор спектра электромагнитного излучения– это прибор, позволяющий проводить измерения и визуализацию амплитуды фазы гармонических колебаний в полосе частот. Любой электрический или электромагнитный сигнал состоит из одного или нескольких компонентов, каждый из которых имеет свою частоту, амплитуду и фазу. Анализатор спектра позволяет определить параметры составляющих в каждой конкретной частоте на работу с которыми он предназначен.Для измерений спектра сигналов высокой частоты, с которыми и планировалась основная работа, используют схемы на базе гетеродина – генератора колебаний вспомогательных частот, которые поступают на смеситель вместе с исследуемым сигналом. При этом разностная частота используется как промежуточная. Далее сигнал поступает на усилитель и детектор и отображается на визуализирующем устройстве. Каждый компонент спектра последовательно отображается на визуализирующем устройстве. Подобная схемотехника относится к принципу построения последовательного анализатора спектра (Приложение лист II, рис. 2).Преимуществом подобных анализаторов является относятся простота конструкции и низкая стоимость. Существенным недостатком является небольшая скорость измерений, поскольку каждая составляющая измеряется и выводится последовательно. Анализаторы параллельного действия выполнены на базе фильтров, настроенных на определенную частоту, что позволяет выводить на экран спектры нескольких частот одновременно (Приложение лист II, рис. 3).В современное время, в связи с появлением и развитием беспроводных сетей обмена данными, сотовой связи произошел резкий рост полосы частот, занимаемой сигналами. В результате этого, появилась необходимость определять характеристики широкополосных сигналов. Современные приборы выполнены по комбинированной схеме, сочетающей достоинства параллельной и последовательной схемотехники. Для анализа сигнала стали использовать аналогово - цифровую модуляцию и обработку сигнала с помощью микропроцессорной техники. Векторные анализаторы спектра, позволяют определять фазы и фазовые отношения спектральных компонентов(Приложение лист II, рис. 4).В функциональную схему добавляются: понижающий частоту преобразователь, аналогово-цифровой преобразователь, встроенная память и микропроцессор. Сигнал, проходя через аттенюатор, ослабляется. Это необходимо для увеличения отношения сигнал/шум. Затем сигнал, проходя через параллельные фильтры, поступает на смеситель и накладывается на определённую вспомогательную частоту. Проходя через усилитель и фильтр преобразователя частоты, сигнал поступает на АЦП. Аналогово-цифровой преобразователь отцифровывает сигнал. Все дальнейшие действия осуществляются в цифровой форме. Память прибора записывает значения амплитуды спектральных составляющих, данные о фазе и фазовых соотношениях компонентов. Микропроцессор осуществляет демодуляцию, обработку сигналов и отправку информации в удобной для восприятия форме на экран прибора или персональный компьютер.
Конструкция и схемотехника простого анализатора спектра электромагнитного излучения
1.Прототипы прибора (по интернет – источникам)
Построение схемы широкополосного анализатора спектра радиочастотного сигнала относительно сложная задача. Поэтому первоначальные эксперименты, было решено, начать с более простых устройств, анализирующих определённые радиочастотные диапазоны. Примеры, подобных устройств и их схемотехнику, можно найти на радиолюбительских сайтах интернета.
1.1. Простой аналоговый анализатор радиочастотного диапазона[6 - 9]
В публикациях немецкого журнала["Funk" N1/2004], а также в журналах ["QRP-Report" N 3/2004 и "CQ-PA" N 11/2004] рассматривается схема простого радиочастотного анализатора. Основой обеих схем является микросхема LTC1799 (фирма LinearTechnologies), которая представляет собой прецизионный генератор универсальных сигналов, генерирующий прямоугольные сигналы высокой частоты и стабильной амплитуды в широком диапазоне частот. Подобным, двойным, генератором частот является отечественная микросхема 531ГГ1. Принцип построения прибора очень простой: задающий генератор, мост и стабилизатор напряжения. Один из генераторов микросхемы 531ГГ1 включен по типовой схеме[В.Л. Шило, Популярные цифровые микросхемы, М.Радио и связь, 1987 г.]. В качестве моста использован вариант[LucPistorius F6BQU, "QRP-Report" N 3/2004, "CQ-PA" N 11/2004]. Дифференциальный мост, выполнен на ферритовом кольцеН600 диаметром 10 мм., и состоит из трех идентичных обмоток. На первую обмотку трансформатора Т1 подается высокочастотный сигнал с генератора. Две другие обмотки образуют мост, в одно плечо которого включена измеряемая антенна и постоянный конденсатор, а во второе - переменный резистор, и переменный конденсатор. Высокочастотное напряжение на вторичных обмотках моста выпрямляется германиевыми диодами типа (Д9) и поступает на микроамперметр. Германиевые диоды позволяют выпрямить более слабые сигналы и улучшить точность показаний микроамперметра. Баланс моста достигается в случае равенства значений активных и реактивных сопротивлений в обоих плечах. Прибор работает в радиочастотном диапазоне от 1,5 до 30 МГц (коротковолновый радиодиапазон). При перенастройке элементов обвязки микросхемы, можно расширить диапазон до 70МГц Принципиальная схема прибора приведена в приложении (Лист III, рис. 5). Монтажная схема и панель управления приведены на рисунке приложения (Лист III, рис. 6).
Настройка прибора:
- резистором 1,5 кОм выставляем края диапазона, при этом резистор 4,7 кОм (частота плавно) нужно поставить в среднее положение;
- на частоте, примерно, 15 МГц подключаем антенную нагрузку 50 Ом (можно использовать готовую рамочную антенну). Устанавливаем ручку конденсатора Cv примерно в среднее положение;
- резистором 510 Ом (уровень) увеличиваем сигнал до максимальных показаний микроамперметра;
- резистором 250 Ом (Z) ищем точку падения показаний микроамперметра. Эта позиция соответствует сопротивлению нагрузки и равняется 50 ом. Отмечаем эту позицию меткой (50);
- доводим показания прибора до абсолютного минимума переменным конденсатором(Cv) и отмечаем позицию (Cv) равную (0);
-промежуток между нулевым и максимальным значением емкости конденсатора (Cv) помечаем как (ёмкостная составляющая - XC), а промежуток от нуля до минимума (Cv) как (индуктивная составляющая - XL);
-измеряем омметром сопротивление резистора (Z) в разных положениях и наносим соответствующие метки на шкалу.
После настройки, отклонения микроамперметра покажут наличие сигнала радиочастоты в данном диапазоне. Чем сильнее будут эти отклонения, тем значительнее уровень сигнала. Проверка наличия сигнала радиочастоты, в домашних условиях, показала значительные пиковые отклонения на частотах от 17 до 26МГц (коротковолновой диапазон). При расширении измеряемого диапазона пиковые сигналы проявляются на частотах 40 - 60МГц (ультракоротковолновой диапазон) (Приложение лист III, рис. 7).
1.2. Простой анализатор спектра радиочастотного сигнала 2 - 3ГГц[10 - 11]
Используя материал веб – сайта[https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=63334, Miguel A. Vallejo]об анализаторе спектра ISM диапазона 2.4 ГГц на основе модуля CYWM6935 была изготовлена рабочая модель радиочастотного анализатора спектра (примерный диапазон 2 - 3ГГц.Модуль CYWUSB6935-48LFXC CYPRESS QFN48 CYWUS86935 стоимость 640 рублей (Приложение листIV, рис. 8). В проекте используется связь радиомодуля с персональным компьютером. Поэтому для изготовления автономного прибора необходимо использовать микроконтроллер и информационное устройство.Микроконтроллер:ATMega328. Микроконтроллер обладает достаточной производительностью работая даже на низких, внутренних тактовых частотах. В приборе выбрана частота16 МГц, и используется внешний генератор. Жидкокристаллический индикатор взят от сотового телефона Nokia5110. В нем используется контроллер PCD8544 который достаточно легко перепрошить под поставленную задачу. Принципиальная и монтажные схемы прибора приведены в приложении (ЛистIV – V, рис. 9 – 10).
Программа для микроконтроллера написана на языке программирования С [https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=63363].Подпрограммы для дисплея основаны на коде, написанном FandiGunawan для Nokia 3410 - 5110, а в основе подпрограмм для модуля CYWM6935 – коды, созданные JasonHecker.Программа работает непрерывно и сканирует весь диапазон (примерно 2 - 3ГГц) до семи раз в секунду, отображая данные практически в реальном времени. Программно реализовано 3 режима работы:
- быстрый -отображаются значения амплитуды сигнала непосредственно из радиомодуля, без какой-либо обработки. Осуществляет поиск аналоговых сигналов;
- медленный -информация об амплитуде обновляется на экране по рейтингу величины сигнала. Режим используется для поиска цифровых сигналов, которые обычно приходят короткими пачками;
- режим экспозиции. Используется для получения фотографии спектра. Кнопка «сброс» очищает экран, чтобы запустить новый цикл экспонирования.
Работа с изготовленным прибором показала определённые практические результаты. В условиях квартиры и подъезда относительный уровень радиочастотных сигналов очень высокий. Практически весь спектр сигналов относится к беспроводным радиоустройствам (WI-FI, Bluetooth, беспроводные камеры, домофон, телефоны, смарт – устройства, бытовая техника). На определённом расстоянии от жилых зон интенсивность сигналов снижается, но наблюдаются резкие и мощные скачки радиочастотного сигнала (возможно от вышек сотовой связи) (Приложение листV, рис. 11).
2.Широкополосный анализатор спектра радиочастотного сигнала[12 - 14]
2.1. Блок анализатора радиочастотного диапазона до 1 ГГц
Плата анализатора ТinySA (XBDTC)(Приложение лист V, рис. 12). Плата построена на процессоре STM32F, имеет полноценный выход на сенсорный информационный экран. Прошивка процессора ТinySA(NanoVNAV3.01) с открытым исходным кодом [https://github.com/OneOfEleven/NanoV...anoVNA-App.exe].Дисплей сенсорный, 2,8 дюйма SPI TFT (Приложение лист VI, рис. 13).Разрешение дисплея 320x240 пикселей. Низкочастотный вход: полоса - 100 кГц - 350 МГц; входное сопротивление - 50 Ом.Ручное и автоматическое ослабление входного сигнала от 0 дБ до 31 дБ с шагом 1 дБ. Минимально различимый сигнал с полосой фильтра 30 кГц -102 дБм; фазовый шум -90 дБ / Гц при отстройке 100 кГц и -115 дБ / Гц при отстройке 1 МГц; динамический диапазон при использовании фильтра 30 кГц - 70 дБ; выбираемые вручную фильтры разрешения 3, 10, 30, 100, 300, 600 кГц, автоматический выбор одного из 57 фильтров разрешения. Высокочастотный вход: полоса от 240 МГц до 960 МГц. Уровень выходного сигнала выбирается с переменным шагом от -38 дБм до +13 дБм; возможна узкая FM и широкая FM модуляция или медленная развертка по выбираемому диапазону частот. Таким образом, плата сканера позволяет отследить спектр частот, пиковые режимы и интенсивность электромагнитного излучения всего радиочастотного диапазона.
2.2. Блок анализатора радиочастотного диапазона 1 - 3 ГГц
Для изготовления сканера СВЧ – диапазона использована платаLanYuXuan.(Приложение лист VI, рис. 14)Плата построена на процессоре STM32F.Прошивка процессора ТinySA (NanoVNARV3.06) с открытым исходным кодом. Сканер работает как в радиочастотном диапазоне, так и СВЧ – диапазоне. В нашем случае, настройки сканера осуществляются перекрытием частотных полос, включая WiFi, Bluetooth, беспроводное аудио и видео, LTE, GSM, GPRS, спутниковую связь, CATV. Отражение мощности сигнала и основных настроек осуществляется на ЖК – экран типа Nokia 5110(Приложение лист VI, рис. 15) (прошивка платы осуществляет связь с подобным типом дисплея). В дальнейшем, рассматриваем вариант, перепрошивки данной версии платы под сенсорный экран. В этом есть несколько положительных сторон:
- у платы имеется серийный порт PL2303SA-usb для связи с персональным компьютером, с помощью которого спектрограмму можно вывести на монитор (встроенный экран эту возможность не позволяет сделать);
- перепрошивка платы позволит использовать возможность отображения информации на встроенный дисплей с использованием настроек в сенсорном режиме.
Диапазон частот измеренного сигнала:83,5-3000 МГц. Диапазон мощности измеренного сигнала: от-70 дБм до + 10 дБм. Разрешение частоты: 1 кГц. Стабильность частоты и точность (типичное значение): ± 0,5 ppm. Внешний вид анализатора спектра радиочастотного диапазона представлен в приложении (ЛистVII, рис, 16).
Экспериментальные исследования по определению мощности и частотным характеристикам электромагнитного излучения в рамках экологического обследования бытовых условий проживания[15]
Прежде чем проводить исследования по изучению мощности электромагнитного излучения, необходимо было выяснить, что из себя представляют единицы измерения этого значения. В радиоэлектронике применяется относительная величина мощности какого - либо сигнала – децибел(дБ).Децибел (дБ) — единица измерения уровня звука, уровней мощности или амплитуды электрических сигналов путем сравнения их с заданным уровнем с применением к полученному отношению логарифмического масштаба. В науке и технике, в частности, в электронике, радиотехнике и теории управления, децибел применяется для измерения отношения некоторых величин — «энергетических» (мощности, энергии, плотности потока мощности) или «амплитудных» (силы тока, напряжения, силы звука).Децибел является относительной единицей. Напряжение является абсолютной величиной, поскольку речь идёт о разности потенциалов между двумя точками (обычно имеется в виду потенциал одного узла относительно узла земли 0 В).
Ток также является абсолютной величиной, поскольку единица измерения (ампер) включает в себя определенное количество заряда в течение определенного количества времени. Децибел, это единица измерения, которая включает в себя логарифм отношения между двумя числами. Например - если мощность входного сигнала усилителя равна 1 Вт, а мощность выходного сигнала равна 5 Вт, мы имеем коэффициент 5 (Приложение листVIII, рис. 16):
Т аким образом, этот усилитель обеспечивает усиление по мощности 7 дБ, то есть соотношение между мощностью выходного сигнала и мощностью входного сигнала может быть выражено как 7 дБ. Децибел является отношением и, следовательно, не может описывать абсолютные значения мощности и амплитуды сигнала, но это не совсем удобно в практических измерениях мощности.
Поэтому радиоинженерами, в практических вычислениях была введена единица измерения (дБм- dBm)содержащую опорное значение. В случае (дБм) опорное значение равно 1 мВт. Таким образом, если у нас есть сигнал 5 мВт, и мы хотим оставаться в области дБ, мы можем выразить мощность этого сигнала как 7дБм:
Таким образом, шкала (дБ) представляет собой метод выражения отношений между двумя величинами. Она удобна и широко используется в контексте радиочастотного проектирования и тестирования.Хотя значения в (дБ) по своей природе относительны, в ней могут быть выражены и абсолютные величины с помощью единиц измерения, которые включают в себя стандартизированное опорное значение. Как вывод в выше сказанному, можно привести следующее:
- наиболее распространенной абсолютной единицей измерения в (дБ) является (дБм- dBm), которая выражает мощность сигнала в (дБ) относительно 1 мВт;
- единица измерения (дБн- dBc) выражает мощность по отношению к мощности сигнала, связанного с измерением (с несущей частотой) (Приложение листVIII, рис. 17);
- единица измерения (дБи- dBi) выражает коэффициент усиления антенны относительно отклика идеализированной точечной (изотропной) антенны.
На рисунке приложения (Лист VIII, рис. 18), приведены некоторые примеры спектрограмм, полученных в результате замеров в разных частях квартиры и при определённых условиях. В дальнейшем, был проведён ряд экспериментальных исследований, которые обобщены в графическом материале приложения (Лист IX–X, таблица 4, рис. 19 – 23).
Выводы
В результате проведённой работы можно сделать следующие выводы:
- изучены доступные литературными и интернет – источниками по вопросам воздействия электромагнитного излучения высокочастотного диапазона на биологические объекты, основным вопросам проектирования и разработки анализаторов электромагнитного излучения;
- на основе изученных литературных и интернет – источников разработана конструкция прибора регистрации высокочастотного электромагнитного излучения и вектора его направленности;
- на основе теоретических разработок, изготовлен опытный образец анализатора электромагнитного спектра;
- с помощью изготовленного прибора, проведён первоначальный экологический мониторинг электромагнитного излучения некоторых объектов и районов города проживания, с целью оценки функциональных возможностей, изготовленного прибора.
Список литературы и интернет - источников
1.https://studme.org/388954/ekologiya/elektromagnitnye_polya_radiochastotnogo_diapazona - Электромагнитные поля радиочастотного диапазона.
2.https://medbe.ru/news/nauka-i-tekhnologii/vliyanie-radiovoln-na-organizm-cheloveka/ - Влияние радиоволн на организм человека.
3.https://eduherald.ru/ru/article/view?id=18230 - Электромагнитное поле и его влияние на здоровье человека.
4.А.М. Гайзетдинова, Г.А. Гайсина, Электромагнитное поле и его влияние на здоровье человека // Международный студенческий научный вестник. № 3-1, 2018 г.
5.https://baz-alt.ru/stati/analizatory_spektra_prosto_o_slozhnom/ - Анализаторы спектра: просто о сложном.
6.Hans Nussbaum (DJ1UGA) «Funk» N1/2004, с.38-41
7.Luc Pistorius F6BQU, "QRP-Report" N 3/2004, "CQ-PA" N 11/2004
8.В.Л.Шило, Популярные цифровые микросхемы, М.Радио и связь, 1987 г.
9.http://ra3tox.qrz.ru/s11/ant-analizator.html - Самодельный антенный анализатор
10.https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=63334 - Портативный анализатор спектра.
11.https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=63363 – Программа микроконтроллера
12.Владимир Дьяконов,Ликбез по массовымцифровым анализаторамспектра радиочастот, Компоненты и технологии № 6, 2010 г.
13.https://zdamsam.ru/a66477.html - Особенности архитектур анализаторов спектра.
14.https://radioprog.ru/post/1014 - Входная радиочастотная часть анализаторов спектра.
15.https://radioprog.ru/post/379 - О децибелах для радиоинженеров.
П риложение
Рис. 1. Влияние электромагнитного излучения на организм человека.
Т аблица 1.Предельно – допустимые условияэнергетических экспозиций электромагнитного диапазона частот 3-104...3-108 Гц.
Таблица 2.Предельно – допустимые условия электромагнитных полей на рабочих местах
п ользователей персональных компьютеров.
Таблица 3.Допустимые уровни электромагнитного излучения диапазона частот 30 кГц — 300 ГГц для населения внутри жилых помещений и в местах массового отдыха.
Рис. 2.Общая схемапоследовательного анализатора спектра.
Рис. 3.Общая схемапараллельного анализатора спектра.
Рис. 4.Общая схемаанализатора радиосигнала с цифровой модуляцией.
Рис. 5.Простой аналоговый анализатор радиочастотного диапазона.
Рис. 6. Монтажная схема прибора и панель управления.
Рис. 7. Относительный уровень радиосигнала по частотным диапазонам, замеренный в бытовых условиях.
Рис. 8. Радиочастотный модульCYWUSB6935-48LFXC.
Рис. 9.Принципиальная схема портативного анализатора спектра диапазона 2 - 3 ГГц
Рис. 10. Монтаж прибора.
Рис. 11. Относительный уровень радиосигнала 2,0 -3,0 ГГц, замеренный в бытовых условиях.
Рис. 12. Плата радиочастотного анализатора спектраТinySA (XBDTC).
Рис. 13.Сенсорный дисплей 2,8 дюйма SPI TFT.
Рис. 14.Плата LanYuXuan сканера СВЧ – диапазона.
Рис. 15.Варианты ЖК – дисплея сканера СВЧ - диапазона.
Рис. 15. Внешний вид, изготовленного сканера радиочастотных диапазонов.
Рис. 16. Отношение напряжений сигналов на выходе и входе усилителя
Рис. 17. Неравномерное распределение излучаемой энергии, которая приводит к усилению в прямом направлении.
Рис. 18. Примеры некоторых спектрограмм при проведении исследований характеристик и уровня электромагнитного излучения.
Таблица 4. Частотные диапазоны радиосвязи.
Рис. 19. Челябинск - центр (квартира).
Рис. 20. Челябинск – центр (улица).
Рис. 21. Челябинск – район аэропорта.
Рис. 22. Челябинск – район железнодорожного вокзала.
Рис. 23. Челябинск – район промышленных предприятий.