Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Effectieve analyse van menselijke blootstellingsvoorwaarden met lichaamsgebonden Dosimeters in de 2,4 GHz-Band

Published: May 2, 2018 doi: 10.3791/56525
Automatic Translation
1, 2, 1
1Telemedicine and e-Health Research Unit, Instituto de Salud Carlos III, 2Signal Theory and Communications, and Telematic Engineering Department, Universidad de Valladolid

Summary

Deze studie beschrijft een protocol voor het meten van de niveaus van blootstelling in de 2,4-GHz band, het vermijden van de onzekerheden die veroorzaakt door het gebruik van persoonlijke exposimeters zoals meettoestellen. Deze veranderingen van de niveaus van blootstelling moeten worden rekening gehouden, met name in compliance testen, waarin de blootstellingslimieten uit niet-verstoord gegevens zijn gedefinieerd.

Abstract

Een goed gedefinieerde experimentele procedure wordt voorgesteld om te evalueren van maximale blootstellingsvoorwaarden in een worst-case scenario, terwijl het vermijden van de onzekerheden die veroorzaakt door het gebruik van persoonlijke exposimeters (PEMs) als kwikhoudende meettoestellen: het lichaam schaduw effect (BSE), de beperkte gevoeligheidsbereik, en de niet-identificatie van de stralingsbron. Een bovengrens voor de niveaus van blootstelling aan EMV in verschillende indoor behuizingen is gemeten en gesimuleerd. De frequentie gebruikt voor de studie is 2,4 GHz, want het is de meest gebruikte band in binnen communicatie. Hoewel opgenomen waarden ruim onder de Internationale Commissie voor Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) referentieniveaus zijn, is er een bijzondere behoefte aan betrouwbare blootstellingsniveaus binnen bijzonder gevoelige omgevingen. In termen van blootstelling van elektromagnetische veld ("EMF"), zijn in nationale en internationale normen voor de bescherming van de gezondheid gestelde grenzen vastgesteld voor onverstoorbaar blootstellingsvoorwaarden; dat wil zeggen voor reële en objectieve gegevens over de blootstelling die niet zijn gewijzigd op enigerlei wijze.

Introduction

Het gebruik van draadloze LAN-netwerken (WLAN) is in de afgelopen jaren aanzienlijk meer wijdverspreid geworden. Draadloze technologieën zijn alternatieven voor traditionele vaste toegang degenen geworden, en daarom een groot aantal toegangspunten (AP) geïnstalleerd zijn in residentiële, beroeps-, en openbare terreinen1,2. Dit grote aantal AP en persoonlijke communicatieapparaten heeft geleid tot aanzienlijke belangstelling voor de mogelijke risico's van elektromagnetische veld ("EMF") blootstelling3.

Persoonlijke exposimeters (PEMs) zijn draagbare apparaten voor het meten van de individuele blootstelling, meestal gebruikt op het gebied van epidemiologie. Verschillende studies hebben onzekerheden ontdekt bij het gebruik van PEMs in EMF metingen. Deze bevindingen tonen de gevolgen dat PEMs op het niveau van betrouwbaarheid in de verkregen resultaten4 hebben. Enkele oplossingen zijn voorgesteld om te minimaliseren van het effect van deze onzekerheden, zoals goede PEM-dragen technieken, kleine steekproef intervallen en metingen van voldoende lengte5.

Bepaalde auteurs hebben gepubliceerd werk over het belang van de plicht factor (of taakcyclus) overwegen in het blootstelling metingen. In levensechte situaties overbrengen Wi-Fi-apparaten nooit met een volledige duty cycle. Wi-Fi signalen bestaan uit periodieke uitbarstingen van radiofrequente (RF) energie en perioden zonder eventuele overbrengingen. Daarom is er een groot aantal gerapporteerde blootstelling metingen die zijn zeer laag, vaak vallen onder het gevoeligheidsbereik, en die worden geregistreerd als niet-gedetecteerd door PEMs. Verscheidene werken stellen het gebruik van factoren om echte waarden via een theoretische berekening6te verkrijgen.

De onzekerheid van het schaduweffect van het menselijk lichaam is behandeld met speciale interesse, zoals PEMs zijn ontworpen om te worden gedragen door de gebruiker, met de aanwezigheid van de drager veroorzaakt onzekerheid in de geregistreerde gegevens. Kennis en kwantificering van de BSE bijdragen aan een juiste interpretaties van de gegevens over de blootstelling, waarzonder, moet de meting van de strikte procedures uit te voeren. De BSE kan worden vermeden door het dragen van verschillende PEMs, gelegen op verschillende delen van het menselijk lichaam7, of door het toepassen van correctiefactoren naar de verkregen resultaten5,9,10,11,12 . Ondertussen, in andere gevallen, het lichaam heeft vervangen in simulatietechnieken met het gebruik van cilinders13. Sommige werken voorstellen ter uitvoering van specifieke meettechnieken teneinde de invloed van het menselijk lichaam13. De huidige studie stelt een meetmethode die de invloed van het orgaan in echte indoor behuizingen vermijdt zonder het manipuleren van gegevens over de blootstelling.

Een kenmerk van PEMs is de niet-identificatie van de stralingsbron. PEMs meten de niveaus van de elektrische (E-veld) in bepaalde frequentiebanden, maar als meerdere bronnen of apparaten op dezelfde frequentie stralen, de PEM E-veld niveaus maatregelen zonder de bijdrage van elke bepaalde bron te identificeren.

Daarom, vanwege deze bronnen van onzekerheid in de PEMs logboekgegevens, blootstelling niveau analyse vereist procedures voor de experimentele evaluatie en de numerieke voorspelling van de EMF-niveaus om betrouwbare resultaten te verkrijgen. Dit werk presenteert een geschikte methode die kan worden gebruikt voor de evaluatie van de blootstelling aan E-velden (2,4 GHz frequentie) in overdekte behuizingen. Met gebruikmaking van deze methodiek, de eerder genoemde onzekerheden veroorzaakt door onderschatting als gevolg van de BSE, overschatting veroorzaakt door niet-vaststelt, en de onbetrouwbaarheid van de niet-identificatie van de stralingsbron worden vermeden. Deze verbeterde betrouwbaarheid betekent dat de gegevens die zijn verkregen met behulp van de voorgestelde methode een bovengrens in het geval van ongunstige omstandigheden in het blootstelling aan elektromagnetische velden bieden. De blootstellingslimieten opgericht in de nationale en internationale normen voor de bescherming van de gezondheid werden vastgesteld voor onverstoorbaar EMF gegevens, ongewijzigd door een effect of agent. De voorgestelde experimentele procedure past op het gebied van de naleving van de regelgeving test, aangezien de onzekerheden in de gelogde gegevens, het verstrekken van betrouwbare informatie die kan worden vergeleken met de drempels van de blootstelling worden voorkomen.

Na uitvoering van het experimentele protocol, zijn de verkregen resultaten vergeleken met de drempels en richtwaarden van de blootstelling in de Europese wetgeving. Dit is gedaan om zich te vergewissen van de naleving van de regelgeving van blootstelling aan elektromagnetische velden als gevolg van Wi-Fi systemen, in typische indoor omgevingen, die op zijn beurt gemeenschappelijke werkplek contexten vertegenwoordigen. Een Wi-Fi-frequentie van 2,4 GHz is momenteel een van de bands van de communicatie waarvoor er meer algemeen beschikbare gegevens op blootstelling aan het grote publiek is. De politieke belangstelling voor deze specifieke band is als gevolg van wijdverspreide bezorgdheid over de mogelijke gezondheid gevolgen van blootstelling aan RF-energie wordt uitgestraald door draadloze apparaten in gevoelige omgevingen, zoals medische centra, ziekenhuizen, scholen, en zelfs huishoudelijke instellingen15.

Dit werk presenteert een protocol om onverstoorbaar metingen met betrekking tot E-veldomstandigheden blootstelling, het vermijden van de onzekerheden in verband met het gebruik van PEMs. Het doel van dit werk is om het gebruik van PEMs als kwikhoudende meettoestellen in nalevingstoetsen.

Protocol

Het voorgestelde protocol volgt de richtsnoeren van Carlos III gezondheid Institute´s menselijke onderzoek ethisch comité.

1. behuizing selectie en controle Test van elektromagnetische omgeving

  1. Selecteer een ruime behuizing, ten minste 20 m3 in volume, dat groot genoeg is, dat signaal langzaam verdwijnende is merkbaar in de PEM geregistreerde gegevens. Bij voorkeur, de behuizing moet leeg zijn, hoewel dit niet absoluut noodzakelijk zijn is als kleine obstakels, zoals meubels, niet in de voortplanting-modellen die worden gebruikt voor het voorspellen van de niveaus E-veld in overdekte behuizingen16rekening wordt gehouden.
  2. Zet de interface van de Wi-Fi van de apparaten in de buurt, zoals mobiele telefoons, computers, laptops, toegangspunten, enz. Een PEM-onzekerheid is de niet-specifieke identificatie van de stralingsbron, dat wil zeggen PEMs het E-veld voor elke frequentie meten zonder het identificeren van elk verzendende apparaat. Dus, zorg ervoor dat er geen Wi-Fi-apparaten die op de 2,4 GHz-band die met het experiment interfereren kan.
  3. Configureren van een PEM met een sampling rate van 4 s met de specifieke software die wordt geleverd met de PEM.
  4. Plaats de PEM op taille hoogte, hoewel in deze voorlopige metingen, de locatie waar de PEM wordt gedragen niet relevant is.
  5. Start de PEM, en laat de gebruiker lopen van de ene kant van de ruimte naar de andere, in een tempo van ongeveer 10 cm/s. E-veld niveaus worden de logboekgegevens door de PEM terwijl de gebruiker loopt.
  6. De gelogde data met de specifieke software die wordt geleverd met de PEM downloaden. Controleer of alle logboekgegevens op de laagste limiet van het gevoeligheidsbereik van de PEM, 0,05 V/m bij de frequentieband van 2,4 GHz.
  7. Het uitvoeren van de Controlemetingen op verschillende dagen om de herhaalbaarheid van het experiment en te verkrijgen van de consistentie in de resultaten, met geen aanzienlijke variaties die hun betrouwbaarheid kunnen aantasten.
    Opmerking: Als de controles zijn gecontroleerd op verschillende dagen, het ontbreken van Wi-Fi stralingsbronnen kan worden aangenomen en de logboekgegevens mag uitsluitend het gevolg zijn van de bijdrage van de stralingsbron van het experiment.

2. vaststelling van het standpunt van het meetinstrument

  1. Deze oriënterende proef in één van de overdekte bijlagen met behulp van drie PEMs verrichten. De standpunten van de drie PEMs zal gelijktijdig om te herstellen van de positie van de PEM die best de invloed van de drager in de geregistreerde gegevens vermijdt worden geëvalueerd.
  2. De drie PEMs configureren met een sampling rate van 4 s met behulp van de configuratiesoftware die wordt geleverd met elke PEM.
  3. Plaats de eerste dosismeters op het onderste deel van de rug in het lumbale gebied, waar het lichaam is maximaal afscherming de PEM. Plaats de tweede dosismeters op taille hoogte, in de lijn van het zicht (LoS) met de stralingsbron.
  4. De derde dosismeters één meter afstand van de gebruiker (aan het eind van een buis gehouden door de gebruiker aan hun schouder) plaatsen, waar het zal worden niet beïnvloed door de BSE. Gebruik een kartonnen buis van 1 m in lengte; bijvoorbeeld een kaart-houder. De locaties van de drie PEMs zijn weergegeven in Figuur 1.
  5. Gebruik een echte toegangspunt als een stralingsbron.
  6. Zet de PEMs gelijktijdig vlak voor het uitvoeren van de metingen.
    Opmerking: Een kleine kloof tussen verschillende PEMs gegevens kan optreden; Dit zal niet relevant zijn voor de resultaten. Meestal deze kloof is over 2 of 3 monsters, en het totale aantal monsters is ongeveer 300.
  7. Laat de gebruiker lopen langzaam richting, dan uit de buurt van de stralingsbron in een tempo van 10 cm/s, met de AP gelegen vooruit voor en achter de gebruiker, respectievelijk. Figuur 2 is een diagram van de experimentele behuizing en toont de richtingen van de vooraf gedefinieerde paden en de standpunten van de PEMs.
  8. De gegevens van de PEMs downloaden.

3. de stralingsbron

  1. Voor de stralingsbron in stap 4 hebt gebruikt, gebruikt u een analoog signaalgenerator aangesloten op een biconische antenne met een verliesarme kabel. De biconische antenne is een breedband antenne die betrekking hebben op de frequentiebereik van 80 MHz tot 3 GHz.
  2. Configureer het analoge signaalgenerator voor het genereren van een continu signaal, zonder modulatie, en op de frequentie van 2,437 MHz, want dit een van is de meest gebruikte frequenties door Wi-Fi systemen.
  3. Configureren van de gegenereerde signaal met een equivalent isotroop uitgestraald vermogen (EIRP) van 100 mW, de maximale EIRP dat is toegestaan in Europa.
  4. Plaats de biconische antenne in het midden van de ene kant van de ruimte (Figuur 2) ter vergemakkelijking van de realisatie van het experiment in dynamische omstandigheden.
  5. Hiermee lijnt u de biconische antenne met de gebruiker, zodat de gebruiker wordt direct geconfronteerd met de bron, om te ontdekken de maximale onderschatting van BSE in de geregistreerde gegevens door de niet-lijn van het zicht (NC) PEM, met betrekking tot de geregistreerde niveaus door de PEM onaangetast door de BSE.

4. de meetmethode

  1. Uitvoeren van metingen met behulp van twee PEMs. De PEMs configureren met een bemonstering van 4 s met de configuratiesoftware die bij elke PEM wordt geleverd.
  2. Centreren van de eerste dosismeters achterop, volledig NC met de stralingsbron, en waar het lichaam is maximaal afscherming de PEM.
  3. Plaats de tweede dosismeters op een afstand van 1 meter van de gebruiker (aan het einde van de buis gehouden door de gebruiker aan hun schouder) om te voorkomen dat de invloed van het menselijk lichaam. Dit standpunt werd vastgesteld in stap 2. De standpunten van beide PEMs zijn aangegeven in Figuur 3.
  4. Plaats de antenne biconische in een verticale positie.
  5. Zet de PEMs gelijktijdig vlak voor het uitvoeren van de metingen. Zoals in stap 2.6, een kleine opening is hier niet relevant zijn voor de resultaten.
  6. Laat de gebruiker langzaam lopen van de overkant van de gang naar de stralingsbron, volgens de gedefinieerde route wordt weergegeven in Figuur 3, over een continu trage tempo van ongeveer 10 cm/s. Terwijl de gebruiker loopt, is de PEM E-veldgegevens logboekregistratie.
  7. De gegevens van de PEMs met behulp van de meegeleverde software downloaden.
  8. Herhaal stap 4.5, 4.6 en 4.7 met de biconische antenne in een horizontale positie, om op te sporen van de invloed van het type polarisatie.

5. Ray Tracing modellering

  1. Ray-tracing software gebaseerd op de theorie van de afbeelding (een strategie gebruikt in ray-tracing technieken voor het analyseren van de voortplanting van elektromagnetische velden16) gebruiken of ontwikkelen om zich te vergewissen van de doeltreffendheid van de methodologie door het vergelijken van experimentele en gesimuleerde resultaten. Het model moet voorspellen de niveaus E-veld in lege ruimten en interactie van elektromagnetische golven met de omgeving. Bij het ontwikkelen van deze software, gaat u als volgt te werk:
    1. Het ontwikkelen van de model in verschillende fasen om te produceren 3D paden gebaseerd op 2D beeldvorming, in zowel horizontale als verticale vlakken. De E-inhoud van het veld berekend als de som van de vector van de belangrijkste ray en andere bijdragen als gevolg van de analyses en de diffractions van de elektromagnetische golven die zijn geregistreerd op elk punt van de evaluatie in de omgeving. Berekenen van de waarde van het E-veld in een punt van de evaluatie als de vector som van alle bijdragen (stralen) uit de bron na een bepaald maximum aantal interacties met het milieu. Gebruik de aantal reflecties op de muren van de behuizing als invoerparameter, met 10 als de maximumwaarde11.
    2. Een uitbreiding van de Holm heuristische diffractie coëfficiënt voor diffractie modellering, als voorgesteld door Netchajev en Constantinou en gebruikt in Rodríguez et al. in dienst 10
  2. Functies van de experimentele opstelling als configuratieparameters, gebruiken: de afmetingen en de permittiviteit en de geleidbaarheid van de materialen die deel uitmaken van elke bijlage wordt getest. Tabel 111 toont de elektromagnetische parameters van de gebruikte materialen in de simulatie. De reflectiecoëfficiënt verbonden met geleidende materialen heeft een hogere magnitude. De waarde van de coëfficiënten van de reflectie van niet-magnetische en niet-geleidend media is hoog genoeg om de invloed van het E-veld, berekend als de som van de belangrijkste bijdrage van de directe straal en de andere bijdragen van diffractions en reflecties.
  3. De eigenschappen van de antenne biconische stralingsdiagram en polarisatie als configuratieparameters te introduceren.
  4. De frequentie (2,437 MHz) en kracht (20 dBm) van het analoge signaalgenerator als configuratieparameters in te introduceren.
  5. Voer het programma na het correct met inbegrip van alle ingangen.
  6. Kwantificeren van de resultaten met tussenpozen van 0,01 V/m, met als doel de arbeidsomstandigheden van de PEM emuleren.
  7. Vervangen door de resultaten die onder de laagste limiet van PEM gevoeligheid met een waarde van 0.05 V/m, teneinde te reproduceren de non-speurder geregistreerd door de PEMs.

Representative Results

Vier overdekte bijlagen van verschillende maten werden geselecteerd voor het uitvoeren van de experimentele metingen, waarvan volumes 63 m3 (afmetingen van 12 × 1,26/3 × 2,45 m), 162 m3 (27.15 × 1.93 × 3.1 m), 57 m3 (9 × 2,56 × 2,47 m) en 63 m3 (10 werden × 2,56 × 2,47 m). De breedte van de eerste ruimte was niet constant. In de eerste en tweede behuizingen was de lengte van de vooraf gedefinieerde pad 12 m. In de derde en vierde behuizingen, de lengte van de vooraf gedefinieerde pad was van de maximale dimensie, dat wil zeggen, 9 en 10 m, respectievelijk. Een factor die van invloed is op de BSE is het type van materialen maken van het overdekte behuizingen, als de blootstelling te verhogen in het geval van omgevingen met geleidende materialen. In het bijzonder waren de behuizingen die we gebruikten samengesteld uit niet-reflecterende materialen. In die omstandigheden wordt de BSE betrokken, zoals de teruggekaatste stralen door PEM onder BSE geregistreerd zwakker dan in het geval van geleidende materialen zijn.

De resultaten van de voorbereidende fase zijn samengevat in Figuur 4, die de logboekgegevens door de drie PEMs (één aan de achterzijde, een ander in de voorkant, en de derde ligt 1 meter vergelijkt) terwijl de gebruiker liep naar en uit de buurt van het AP. E-veld geregistreerd door de gedragen PEM in LoS met de stralingsbron niveaus zijn zeer gelijkaardig aan die opgenomen door de PEM gelegen op 1 m afstand van de drager, zowel in LoS met de stralingsbron, hoewel het is merkbaar dat de PEM in contact met het lichaam lagere niveaus7 registreert . Voor beide paden zijn niveaus verzameld door versleten PEMs in het schaduw gebied lager dan de gegevens die zijn verzameld door versleten en niet versleten PEMs in LoS.

E-veld niveaus geregistreerd door de PEMs in elke positie waren zeer vergelijkbaar in beide paden, maar er waren enkele verschillen. Gezien het pad uit de buurt van de AP, eindig-verschil tijdsdomein (FDTD) analyse toonde aan dat incident golven kunnen buigen rond de gebruiker van het lichaam en de versleten PEM aan de overkant te bereiken, en zelfs de PEM gelegen 1 meter, waar de BSE is zwakker. Dit effect is belangrijker in overdekte omgevingen, zoals de schaduw regio van het lichaam klein is. Dit was de reden waarom de gegevens die worden opgeslagen door PEMs gelegen 1 meter van de gebruiker in beide paden vergelijkbaar met de blootgestelde voorwaarden was.

Met betrekking tot de versleten PEMs veroorzaakt het effect van de koppeling met het lichaam een verstoring in het stralingsdiagram van PEM (RD) die vervolgens van invloed is op de logboekgegevens. Echter, aangezien logboekgegevens door versleten PEMs in LoS neigen te zijn vergelijkbaar, maar lager dan de logboekgegevens door PEMs gelegen 1 meter, kan worden geconcludeerd dat LoS voorwaarden, het menselijk lichaam een te verwaarlozen invloed heeft in vergelijking met de verstoringen als gevolg van de BSE.

Zoals te zien in Figuur 4, in alle PEM posities het E-veld niveaus zijn vaak lager voor de weg naar de AP, waar de positie van de gebruiker is frontaal naar de stralingsbron. In de GHz-band, de SAR in het hele lichaam (SARWB) enigszins hoger is geplaatst onder een frontaal incident vliegtuig Golf vanwege menselijke morfologie: grotere gebieden van de huid en ruwer oppervlakken (tenen, voeten, kin, gezicht) op de frontale zijde van het lichaam bevinden. Het E-veld kan effectief afbreuk mogen doen aan deze kleine lichaamsdelen, die typische piek SAR locaties van het GHz bereik17.

De overdracht van de AP is discontinue, dus veel van de geregistreerde niveaus door de PEMs de lagere gevoeligheid drempel niet bereiken, en het aantal niet-detecteert te groot wordt. Het percentage niet-detecteert als aanvaardbaar geacht lager is dan 60%, waar vervanging acceptabel, wellicht zoals uitgelegd door Helsel18. Hoewel in de resultaten die worden weergegeven in Figuur 4, het maximum aantal niet-is 50%, dicht bij de geaccepteerde niveau van 60%, de tests met een AP zijn betrouwbaar genoeg zijn om te bevestigen dat 1 m is een optimale afstand detecteert om te voorkomen dat de BSE.

Dus, de positie van de PEM gelegen 1 meter van de gebruiker is optimaal te melden betrouwbare niveaus van blootstelling aan het E-veld, en wordt niet beïnvloed door de onderschatting veroorzaakt door de invloed van het orgaan. Rekening houdend met deze overwegingen, de metingen werden uitgevoerd in de vier geselecteerde omgevingen, in zowel de horizontale als de verticale polarisaties en na de methodologie beschreven in de vorige sectie: met twee PEMs, een gedragen door de gebruiker en in NC, en de tweede gelegen 1 meter van de gebruiker en in LoS met de stralingsbron.

Figuur 5 en Figuur 6 laten zien de niveaus E-veld in de eerste en tweede behuizingen, in een semi-logaritmische schaal en in beide polarisaties langs de weg naar de stralingsbron bestaat uit een biconische antenne en een signaalgenerator. De onderschatting van de BSE is rechtstreeks afhankelijk van de omvang van de omgeving: de onderschatting is groter in de tweede behuizing, en op zijn beurt het effect is groter in buiten, in plaats van indoor, behuizingen. Het is opmerkelijk dat BSE onderschatting groter met is verticale dan met horizontale polarisatie, aangezien de polarisatie van de belangrijkste stralingsbron is van invloed op de mate van invloed van de BSE. Om te voorkomen dat het grote aantal niet-detecteert in het geval van schaduw zonder een verdere behandeling van logboekgegevens, de metingen in beide polarisaties werden herhaald met een zendvermogen van 25 dBm (316.12 mW) in de tweede behuizing. Figuur 6 presenteert de herschaalde metingen tot 20 dB in beide polarisaties en in een semi-logaritmische schaal om het waarnemen van de niveaus E-veld in het geval van schaduw. In het geval van horizontale polarisatie, de non-speurder worden vermeden, hoewel in verticale polarisatie, het percentage nog steeds groot is.

Metingen in beide polarisaties werden uitgevoerd in alle bijlagen onder testomstandigheden. Figuur 5 toont de resultaten van de eerste behuizing, schaduw gegevens vergelijkbaar zijn in beide polarisaties. Echter, uit de resultaten van de tweede behuizing, de grootste, weergegeven in Figuur 6, het verschil van schaduw gegevens in beide polarisaties is meer opmerkelijke dan in Figuur 5.

Om het kwantificeren van het verschil van schaduw gegevens in beide polarisaties in elke bijlage, presenteert tabel 2 de polarisatie factor (PF), die heeft betrekking op de verhouding tussen de middelen voor niet-schaduw en schaduw data in beide polarisaties, zoals blijkt uit (1) :

Equation 1(1)

Uit tabel 2 kunnen worden afgeleid dat hoe groter de ruimte is, hoe groter de verschillen gevonden tussen niet-schaduw en schaduw gegevens voor verticale polarisatie. De resultaten van deze studie tonen een belangrijkere onderschatting naar verticaal dan in horizontale polarisatie, omdat Voorfrequenties ongeveer 2100 MHz, de gelokaliseerde SAR in ledematen en hoofd/kofferbak is hoger voor verticale polarisatie, in een staande positie, en wanneer golven van invloed zijn op het lichaam van de voorste of achterste17. Bovendien, is de gebruiker niet klein ten opzichte van de golflengte, dus de verticale polarisatie een worst-case niveau in termen van absorptie van het incident Golf24 is. Wanneer de hoofdas van het menselijk lichaam is parallel aan de vector elektrisch veld (wat gebeurt wanneer de polarisatie van de antenne biconische verticale is), bereikt de specifieke absorptie ratio (SAR) van het menselijk lichaam maximumwaarden19. De verticaal gepolariseerde golven zijn theoretisch, grotendeels afgeschermd door het menselijk lichaam, ten opzichte van de horizontaal gepolariseerde golven. Dit is vanwege het feit dat in verticale polarisatie, het E-veld evenwijdig aan de lengteas van de drager8 oscilleert. De polarisatie van de antenne is een belangrijke factor in de BSE, is de juiste polarisatie verticaal, om op te sporen van de maximale invloed van de aanwezigheid van de gebruiker op de metingen van de versleten PEM en in NC20.

De niveaus van blootstelling aan verkregen in de vier bijlagen onder testomstandigheden staan in Figuur 7 in een semi-logaritmische schaal. De simulatieresultaten worden weergegeven samen met de metingen op elk punt van de vooringestelde route, demonstreren dat beide soorten gegevens op dezelfde manier ten opzichte van de afstand tot de stralingsbron variëren.

Tabel 3 geeft een overzicht van de gemeten en gesimuleerde E-veld niveaus, respectievelijk. Voor elke indoor behuizing worden het gemiddelde, standaarddeviatie, en de maximale en minimale waarden geleverd. Het is vermeldenswaard de gelijkenis tussen de statistische waarden van de experimentele en gesimuleerde gegevens. De gelijkenis tussen elk paar van experimentele en gesimuleerde gegevensreeks is ook gecontroleerd op het gebied van de p-waarde, verkregen met de Kolmogorov-Smirnov (KS) test. De p-waarden worden weergegeven in tabel 3. De p-waarden waren altijd groter is dan het significantieniveau van 0,05, dus er een passende match tussen elk paar van experimentele en gesimuleerde gegevensreeks is. Bovendien, heeft het ook bevestigd met behulp van de KS-test dat de cumulatieve verdelingsfunctie (CDF) van elke reeks, experimentele of gesimuleerde, altijd de logaritmische normale statistische verdeling in beide polarisaties volgt.

Afbeelding 7 toont de gemeten en gesimuleerde gegevens in de overdekte bijlagen wordt gebruikt voor het testen en de naleving van de drempels die zijn vastgesteld in de Europese wetgeving, gebaseerd op de ICNIRP, dat de basis voor veel blootstelling normen momenteel vormt wereldwijd toegepast in algemene, binnenlandse en beroepsmatige contexten. In het geval van de algemene bevolking is de limiet van de blootstelling aan niet-ioniserende straling op de 2,4 GHz frequentie 61 V/m. De waarde van 61 V/m, gevestigd in de ICNIRP is niet de meest beperkende limiet in termen van blootstelling van de mens. Andere normen bestaan over de hele wereld: in Noord-Amerika, IEEE stelt minder beperkende grenzen: 66,7 V/m bij ongecontroleerde omgevingen, het equivalent voor het grote publiek in de ICNIRP. Bovendien, meer restrictieve regelgeving bestaat er in Oost-Europa, zoals het geval van Rusland waar de strengste limiet voor de algemene bevolking 3.14 V/m is. In Figuur 7, worden de metingen ten opzichte van de ICNIRP-drempel niet beïnvloed door de onzekerheden van de PEM, betrouwbaarheid in de uitgepakte conclusies met betrekking tot de naleving van de verordening.

Figure 1
Figuur 1 : Locatie van de PEMs tijdens het experiment.

Figure 2
Figuur 2 : Vooraf gedefinieerde paden van controles, naar en uit de buurt van de stralingsbron, en de positie van de drie dosimeters.

Figure 3
Figuur 3 : Vooraf gedefinieerde pad van de meting uitgevoerd in de vier bijlagen, naar de stralingsbron, en de standpunten van de dosimeters. De lengte van het testgebied binnen de eerste en tweede behuizingen, 12 m, wordt weergegeven.

Figure 4
Figuur 4 : CDFs van de resultaten van de drie PEMs in verschillende posities. Resultaten worden weergegeven van 1 meter, gedragen door de gebruiker in LoS en versleten door de gebruiker in NC voor beide vooraf gedefinieerde paden-naar en weg van de stralingsbron.

Figure 5
Figuur 5 : Experimentele gegevens verkregen in de eerste ruimte van 63 m3 . Gegevens worden getoond (een) verticale en horizontale polarisatie (b), met en zonder lichaam invloed, met een zendvermogen van 100 mW. De gegevens worden weergegeven in functie van hetaantal monsters door de PEM geregistreerd, terwijl de gebruiker is wandelen naar de bron. De resultaten worden weergegeven in een semi-logaritmische schaal.

Figure 6
Figuur 6 : Experimentele gegevens verkregen in de 162 m 3 tweede behuizing. Gegevens worden getoond (een) verticale en horizontale polarisatie (b), met en zonder lichaam invloed, met een zendvermogen van 25 dBm (316.12 mW) en schaal gebracht weglating naar 20 dBm (100 mW). De gegevens worden weergegeven als een functie van het aantal monsters door de PEM geregistreerd, terwijl de gebruiker is wandelen naar de bron. De resultaten worden weergegeven in een semi-logaritmische schaal.

Figure 7
Figuur 7 : Gemeten en gesimuleerde niveaus van het E-veld voor verticale polarisatie. Niveaus worden weergegeven voor het (een) eerste (63 m3), (b) tweede (162 m3), (c) derde (57 m3) en (d) vierde (63 m3) kasten. De niveaus worden weergegeven als een functie van het percentage van de ICNIRP blootstellingslimiet van 61 V/m voor de algemene bevolking en voor de 2,4 GHz-band. De gegevens worden weergegeven als een functie van het aantal monsters door de PEM geregistreerd, terwijl de gebruiker is wandelen naar de bron.

Materiaal Geleidbaarheid Relatieve
(S/m) Permittiviteit
Plafond – spaanplaat 0,001 2.5
Floor-marmer 0.00022 7
Laterale muren 0.005 3
Metaal 100 3
Glas 1E-10 6
Hout 0.0006 2

Tabel 1: Elektromagnetische parameters die worden gebruikt in de simulatie.

Behuizing Volume Polarisatie
(m3) Factor
1 63 1.0635
2 162 1.3325
3 57 1.0235
4 63 1.0590

Tabel 2: Polarisatie factor voor elke bijlage telt, berekend als de verhouding tussen de middelen van niet-schaduw als schaduw gegevens. De grootte van de bijlagen worden aangegeven.

Behuizing Grootte Gemiddelde (V/m) STD (V/m) Max (V/m) Min (V/m) p-waarde p-waarde
(m3) EXP SIM EXP SIM EXP SIM EXP SIM PolV PolH
1 63 0.27 0,29 0,17 0.22 1.45 1.36 0,05 0,05 0.7296 0.8924
2 162 0.22 0,24 0.2 0.23 1.47 1.41 0,05 0,05 0.4579 0.3802
3 57 0,25 0.26 0,15 0,17 1.18 0.9 0,05 0,05 0.3740 0.3452
4 63 0.23 0,25 0.20 0.21 1.24 1.18 0,05 0,05 0.4679 0.4263

Tabel 3: Main statistische waarden van de experimentele en gesimuleerde resultaten in de vier bijlagen onder testomstandigheden voor verticale en horizontale polarisatie. De grootte van de bijlagen worden aangegeven.

Discussion

Het aspect van dit protocol dat essentieel is voor het betrouwbaar verzamelen van gegevens over de blootstelling, zonder de invloed van de PEM onzekerheden, is de locatie van de PEM. De PEM 1 meter van de gebruiker moet liggen om te voorkomen dat van onderschatting veroorzaakt door de invloed van het orgaan en impliciet, om te voorkomen dat een groot aantal niet-detecteert in de geregistreerde gegevens. Er zijn aspecten van het protocol dat kan worden gewijzigd; wijzigingen en beperkingen van de voorgestelde techniek worden als volgt beoordeeld.

Het meetinstrument geselecteerd voor het uitvoeren van het experiment is de PEM, die is gebruikt in tal van studies voor de analyse van de blootstelling aan elektromagnetische velden in openlucht omgevingen, dynamisch en in grote geografische gebieden24,25, 26. Hoewel gegevens gemeten met de PEMs zijn niet zo nauwkeurig als de metingen verstrekt door een spectrum analyzer (SA), talrijke epidemiologische studies PEMs gebruiken als gevolg van hun eenvoudige bediening en het meten van snelheid26, 4 s wordt de minimale bemonstering. De PEMs gebruikt in het werk hebben een minimumgrens van gevoeligheidsbereik van 0,05 V/m. Modernere PEMs hebben gebracht met bredere gevoeligheid bereiken, 0,005 V/m is de laagste limiet voor de frequentieband van 2,4 GHz, dus het aantal niet-detecteert lager zal zijn wanneer het lichaam is de PEM afscherming. Echter, dit feit is niet relevant voor dit experiment, aangezien de verkregen resultaten zonder de onzekerheid van de BSE-altijd groter is dan 0,05 V/m waren. Er zijn andere modellen van PEMs met lagere bemonstering periodes, maar in dit experiment gebruikte model is geselecteerd omdat het is gemakkelijk draagbaar op het lichaam, op de taille hoogte, waar het lichaam is maximaal afscherming de PEM.

In voorbereidende experimenten, was een Wi-Fi-Toegangspunt op de Wi-Fi-frequentieband van 2,4 GHz werkzaam als een stralingsbron. Na beoordeling van het vermogen uitgezonden door AP met een SA, werd een controle uitgevoerd om te bevestigen dat de informatiepakketten niet voortdurend werden toegezonden en dat er perioden zonder transmissie27,28 waren. Dientengevolge een aanzienlijk deel van de EMF RF niveaus waren onder de detectiegrens (0,05 V/m) van de PEMs. De minimale taakcyclus van Wi-Fi AP werd bevestigd door baken signalen en was ongeveer 0,01%. Ondertussen, een continu signaal, met de bovenste plicht cyclus limiet van 100%, reproduceert de worst-case blootstellingsomstandigheden, terwijl het vermijden van de non-speurder onzekerheid. Om deze reden werden een signaalgenerator en een biconische antenne gebruikt als stralingsbronnen voor het genereren van een continue wave van 100 mW power, op de frequentie van de Wi-Fi, en zonder modulatie.

De niveaus E-veld, in de vier geselecteerde indoor behuizingen, hebben voorspeld met een ray-tracing software gebaseerd op de theorie van de afbeelding. De evaluatie van de experimentele resultaten met behulp van een andere experimentele techniek, zoals een SA met een sonde, is niet behandeld, aangezien het doel is het analyseren van de invloed van de BSE- en andere PEM onzekerheden, en niet van de PEM vermogen om te werken als een ander meettoestel. De beperkingen van de theorie van de afbeelding zijn als gevolg van de niet-ideale milieu-omstandigheden, dat wil zeggen, wanneer de reflecterende oppervlakken niet dunne, platte of vlakke. De modelresultaten propagatie verzamelen de onzekerheid van reflectie coëfficiënten wanneer de omgevingsomstandigheden niet-ideale zijn. Wanneer de oppervlakken zijn beperkt in omvang, is het mogelijk om te elimineren van de stralen die niet met hen onderscheppen doen. Naarmate het aantal reflecties toeneemt, de grootte van de Fresnel-ellipsoïdes verhoogt, en de onderlinge aanpassing is erger. De stralen van de meervoudige reflecties zal echter worden zwakker en minder invloed hebben op de eindresultaten.

De naïeve aanpak wordt toegepast om te lossen van de onzekerheid van de non-speurder. Deze methode bestaat uit het vervangen van de waarden onder de gevoeligheid bereik limiet met de lagere limiet detectie-29. Andere methoden bestaan om te corrigeren van de onzekerheid van niet-detecteert met de vervanging van logboekgegevens. De robuuste regressie op volgorde statistieken (ROS) methode voorspelt de onopgemerkt waarden, gezien het feit dat zij een logaritmische normale verdeling volgen. Andere methoden kunnen worden toegepast op de gegevens, maar de schattingen presenteren altijd een marge van fout. De methode van de vervanging door de ondergrens voor detectie is gebruikt, zoals de vervanging door een vaste waarde de identificatie van maakt de niet-detecteert. Bovendien, aanwezig deze regio van de CDFs relevante verschillen tussen de verschillende gevallen onder analyse niet.

De onzekerheid van het schaduweffect van het menselijk lichaam moet worden aangepakt met speciale belangstelling, gezien het feit dat PEMs zijn ontworpen om te worden gedragen door de gebruiker en de aanwezigheid van de drager is de oorzaak van deze onzekerheid. Daarnaast kan de onderschatting van de BSE een verhoging in niet-detecteert. De BSE kan ook worden vermeden door het dragen van verschillende PEMs op verschillende delen van het lichaam30,31; de logboekgegevens van twee PEMs gelegen aan weerszijden van het lichaam gemiddeld leidt tot een kleinere onderschatting, en een kleinere onzekerheid dan de logboekgegevens van één enkele PEM5. Een andere alternatieve methode is rekening te houden met de wijziging van de niveaus van blootstelling als gevolg van de BSE-gevallen in de interpretatie van de gegevens over de blootstelling en toepassing van passende correctiefactoren. Echter, deze moeten individueel worden bepaald in functie van de activiteit en het milieu, en zijn zeer complex om het correct toepassen. Ook stelt de techniek die gebruikt wordt in deze studie een praktische manier om te voorkomen dat de BSE die slechts een enkele PEM vereist, het vermijden van de verwerking van gegevens.

Rekening houdend met de vooruitgang in mobiele technologie, en de interesse in het menselijk lichaam demping in de toekomst 5G (vijfde generatie) radio systemen32, de techniek in deze studie gepresenteerd kan worden gebruikt voor de evaluatie van de blootstelling van de mens aan de nieuwe generatie netwerken het vermijden van de genoemde onzekerheden.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd gesteund door het project "Elektromagnetische karakterisering in slimme omgevingen van de gezondheidszorg", en hun betrokkenheid bij Personal, beroepsziekte, en milieu en gezondheid, (DGPY-1285/15, PI14CIII/00056), en met de personele middelen van de project "Netwerk Platform voor de ontwikkeling van telegeneeskunde in Spanje" (DGPY-1301/08-1-TS-3), beide financiering uit Sub-Directorate-General voor onderzoek beoordeling en bevordering (Carlos III Health Institute).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Personal exposimeter SATIMO EME SPY 121/100 Worn personal exposimer to log expsure data
Personal exposimeter ANTENNESSA EME SPY 121/120 Worn personal exposimer to log expsure data
Wi-Fi Access Point CISCO Aironet 1130 Wi-Fi access point, vertial polarization 
Analog Signal Generator  AGILENT N5181A MXG  Analog Signal Generator 
Precision Conical Dipole  SEIBERSDORF  PCD 8250 Broadband antenna 80 MHz - 3 GHz. Dipole-like radiation pattern that is omnidirectional in the horizontal plane
Cable ROHDE & SCHWARZ LARG-214/U  Low loss cable

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Aguirre, E., et al. Analysis of estimation of electromagnetic dosimetric values from non-ionizing radiofrequency fields in conventional road vehicle environments. Electromagn. Biol. and Med. 34 (1), 19-28 (2015).
  2. Aguirre, E., et al. Estimation of electromagnetic dosimetric values from non-ionizing radiofrequency fields in an indoor commercial airplane environment. Electromagn. Biol. and Med. 33 (4), 252-263 (2014).
  3. Barbiroli, M., Carciofi, C., Guiducci, D. Assessment of population and occupational exposure to Wi-Fi systems: Measurements and simulations. IEEE Trans. Electromagn. Compat. 53 (1), 219-228 (2011).
  4. Knafl, U., Lehmann, H., Riederer, M. Electromagnetic field measurements using personal exposimeters. Bioelectromagnetics. 29 (2), 160-162 (2008).
  5. Bolte, J. F. Lessons learnt on biases and uncertainties in personal exposure measurement surveys of radiofrequency electromagnetic fields with exposimeters. Environ. Int. 94, 724-735 (2016).
  6. Bechet, P., Miclaus, S., Bechet, A. C. Improving the accuracy of exposure assessment to stochastic-like radiofrequency signals. IEEE Trans. Electromag. Comp. 54 (5), 1169-1177 (2012).
  7. Najera Lopez, A., Gonzalez-Rubio, J., Villalba Montoya, J. M., Arribas, E. Using multiple exposimeters to evaluate the influence of the body when measuring personal exposition to radio frequency electromagnetic fields. COMPEL. 34 (4), 1063-1069 (2015).
  8. Bolte, J. F. B., van der Zande, G., Kamer, J. Calibration and uncertainties in personal exposure measurements of radiofrequency electromagnetic fields. Bioelectromagnetics. 32 (8), (2011).
  9. Blas, J., Lago, F. A., Fernández, P., Lorenzo, R. M., Abril, E. J. Potential exposure assessment errors associated with bodyworn RF dosimeters. Bioelectromagnetics. 28 (7), 573-576 (2007).
  10. Rodríguez, B., Blas, J., Lorenzo, R. M., Fernández, P., Abril, E. J. Statistical perturbations in personal exposure meters caused by the human body in dynamic outdoor environments. Bioelectromagnetics. 32 (3), 209-217 (2011).
  11. De Miguel-Bilbao, S., García, J., Ramos, V., Blas, J. Assessment of human body influence on exposure measurements of electric field in indoor enclosures. Bioelectromagnetics. 36 (2), 118-132 (2015).
  12. Neubauer, G., et al. The association between exposure determined by radiofrequency personal exposimeters and human exposure: A simulation study. Bioelectromagnetics. 31 (7), 535-545 (2010).
  13. Ghaddar, M., Talbi, L., Denidni, T. A., Sebak, A. A conducting cylinder for modeling human body presence in indoor propagation channel. IEEE Trans. Antennas Propag. 55 (11), 3099-3103 (2007).
  14. Thielens, A., et al. Personal distributed exposimeter for radio frequency exposure assessment in real environments. Bioelectromagnetics. 34 (7), 563-567 (2013).
  15. De Miguel-Bilbao, S., et al. Analysis of exposure to electromagnetic fields in a healthcare environment: Simulation and experimental study. Health Phys. 105 (5), S209-S222 (2013).
  16. Catedra, M. F., et al. Efficient ray-tracing techniques for three-dimensional analyses of propagation in mobile communications: application to picocell and microcell scenarios. IEEE Antennas Propagat. Mag. 40 (2), 15-28 (1998).
  17. Uusitupa, T., Laakso, I., Ilvonen, S., Nikoskinen, K. SAR variation study from 300 to 5000 MHz for 15 voxel models including different postures. Phys. Med. Biol. 55 (4), 1157-1176 (2010).
  18. Helsel, D. R. Fabricating data: How substituting values for nondetects can ruin results and what can be done about it. Chemosphere. 65 (11), 2434-2439 (2006).
  19. Ahlbom, A., et al. Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz). Health Phys. 74 (4), 494-522 (1998).
  20. De Miguel-Bilbao, S., Ramos, V., Blas, J. Assessment of polarization dependence of body shadow effect on dosimetry measurements in 2.4 GHz band. Bioelectromagnetics. 38 (4), 315-321 (2017).
  21. Lopez-Iturri, P., De Miguel-Bilbao, S., Aguirre, E., Azpilicueta, L., Falcone, F., Ramos, V. Estimation of radiofrequency power leakage from microwave ovens for dosimetric assessment at nonionizing radiation exposure levels. Biomed. Res. Int. 603260, 1-14 (2015).
  22. De Miguel-Bilbao, S., et al. Evaluation of electromagnetic interference and exposure assessment from s-health solutions based on Wi-Fi devices. Biomed. Res. Int. 784362, 1-9 (2015).
  23. Vermeeren, G., Joseph, W., Martens, L. Whole-body SAR in spheroidal adult and child phantoms in realistic exposure environment. Electron. Lett. 44 (13), 1-2 (2008).
  24. Beekhuizen, J., Vermeulen, R., Kromhout, H., Bürgi, A., Huss, A. Geospatial modelling of electromagnetic fields from mobilephone base stations. Sci. Total Environ. 445, 202-209 (2013).
  25. Gonzalez-Rubio, J., Najera, A., Arribas, E. Comprehensive personal RF-EMF exposure map and its potential use in epidemiological studies. Environ. Res. 149, 105-112 (2016).
  26. Urbinello, D., Huss, A., Beekhuizen, J., Vermeulen, R., Röösli, M. Use of portable exposure meters for comparing mobile phone base station radiation in different types of areas in the cities of Basel and Amsterdamn. Sci. Total Environ. 468, 1028-1033 (2014).
  27. Fang, M., Malone, D. Experimental verification of a radiofrequency power model for Wi-Fi technology. Health Phys. 98 (4), 574-583 (2010).
  28. Miclaus, S., Bechet, P. Electromagnetic field strength in proximity of WLAN devices during data and video file transmission. Electron. Lett. 50 (19), 1397-1399 (2014).
  29. Röösli, M., et al. Statistical analysis of personal radiofrequency electromagnetic field measurements with nondetects. Bioelectromagnetics. 29 (6), 471-478 (2008).
  30. Thielens, A., et al. On-body calibration and measurements using a personal, distributed exposimeter for wireless fidelity. Health Phys. 108 (4), 407-418 (2015).
  31. Thielens, A., et al. On-body calibration and processing for a combination of two radio frequency personal exposimeters. Radiat. Prot. Dosim. 163 (1), 58-69 (2015).
  32. Zhao, X., et al. Attenuation by human bodies at 26-and 39.5-GHz millimeter wavebands. IEEE Antennas Wireless Propag. Lett. 16, 1229-1232 (2017).

Tags

Engineering kwestie 135 draadloze LAN-netwerken (WLAN) numerieke dosimetrie PEM onzekerheden lichaam Shadow Effect (BSE) veld blootstelling aan radiofrequentie (RF) Ray Tracing
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

de Miguel-Bilbao, S., Blas, J.,… More

de Miguel-Bilbao, S., Blas, J., Ramos, V. Effective Analysis of Human Exposure Conditions with Body-worn Dosimeters in the 2.4 GHz Band. J. Vis. Exp. (135), e56525, doi:10.3791/56525 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter