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Engineering

Analyse efficace des Conditions d’exposition humaine avec les dosimètres portés sur le corps dans la bande de 2,4 GHz

doi: 10.3791/56525 Published: May 2, 2018

Summary

Cette étude décrit un protocole visant à mesurer les niveaux d’exposition dans la bande de 2,4 GHz, évitant les incertitudes causées par l’utilisation de personnel exposimeters comme appareils de mesure. Ces modifications des niveaux d’exposition doivent tenir compte, en particulier dans les essais, où sont définies les limites d’exposition de données non-perturbée.

Abstract

Une procédure expérimentale bien définie est mises en avant afin d’évaluer les conditions d’exposition maximale dans le pire des cas, tout en évitant les incertitudes causées par l’utilisation de personnel exposimeters (SEMP) comme appareils de mesure : le corps d’ombre effet (ESB), la plage de sensibilité limitée et le manque d’identification de la source de rayonnement. Une limite supérieure pour les niveaux d’exposition aux CEM dans plusieurs enclos intérieur a été mesurée et simulée. La fréquence utilisée pour l’étude est 2.4 GHz, comme c’est la bande plus couramment utilisée dans les communications intérieures. Bien que les valeurs enregistrées sont bien inférieurs à la Commission internationale pour les niveaux de référence de Protection contre les rayonnements Non ionisants (ICNIRP), il y a un besoin particulier de fournir des niveaux d’exposition fiables dans les environnements particulièrement sensibles. En ce qui concerne l’exposition de champ électromagnétique (EMF), limites fixées par les normes nationales et internationales pour la protection de la santé ont été établies pour des conditions d’exposition non perturbé ; autrement dit, les données d’exposition réelle et objective qui n’ont pas été modifiées de quelque façon.

Introduction

L’utilisation de réseaux locaux sans fil (WLAN) s’est considérablement répandue ces dernières années. Technologies sans fil sont devenus des alternatives à accès fixe traditionnelle ones, et par conséquent, un grand nombre de points d’accès (AP) ont été installé dans des zones résidentielles, professionnel et public1,2. Ce grand nombre d’AP et d’appareils de communication personnels a conduit à un intérêt substantiel dans les risques possibles associés à l’exposition de champ électromagnétique (EMF)3.

Exposimeters personnels (SEMP) sont des dispositifs portatifs pour la mesure de l’exposition d’un individu, généralement utilisée dans le domaine de l’épidémiologie. Plusieurs études ont détecté des incertitudes lors de l’utilisation de SEMP mesures EMF. Ces résultats montrent les effets que SEMP ont sur le niveau de fiabilité dans les résultats obtenus4. Certaines solutions ont été proposées pour réduire au minimum l’effet de ces incertitudes, comme les bonnes techniques PEM à l’usure, intervalles d’échantillonnage petit et Mensurations de suffisante longueur5.

Certains auteurs ont publié des travaux sur l’importance de considérer le facteur d’utilisation (ou cyclique) dans les mesures de l’exposition. Dans les situations du monde réel, appareils Wi-Fi jamais transmettent avec un cycle complet. Les signaux Wi-Fi se composent d’éclats intermittents de l’énergie de radiofréquence (RF) et les périodes sans toute transmission. Par conséquent, il y a une grande partie des mesures d’exposition rapportés qui sont très faibles, souvent inférieures à la plage de sensibilité, et qui ne sont connectés que non détecte par SEMP. Plusieurs ouvrages proposent l’utilisation de facteurs pour obtenir les valeurs réelles via un calcul théorique6.

L’incertitude de l’effet d’ombre du corps humain a été traitée avec un intérêt particulier, tel que SEMP est conçus pour être portés par l’utilisateur, avec la présence du porteur provoquant des incertitudes dans les données enregistrées. Connaissances et la quantification de l’ESB aident à fournir des interprétations correctes des données exposition, faute de quoi, il serait nécessaire d’effectuer des procédures de mesure stricte. L’ESB peut être évité en portant plusieurs SEMP, situés sur différentes parties du corps humain7, ou en appliquant des facteurs de correction pour les résultats obtenus5,9,10,11,12 . Pendant ce temps, dans d’autres cas, le corps a été substitué dans les techniques de simulation avec l’utilisation de bouteilles à13. Certaines œuvres proposent la mise en œuvre de techniques de mesure spécifique afin d’éviter l’influence du corps humain13. La présente étude propose une méthode de mesure qui permet d’éviter l’influence du corps dans des enclos intérieurs réel sans manipuler des données sur l’exposition.

Une caractéristique des SEMP est le manque d’identification de la source de rayonnement. SEMP mesure les niveaux de champ électrique (E-field) dans certaines bandes de fréquences, mais si plusieurs sources ou dispositifs rayonnent à la même fréquence, le PEM mesure les niveaux de champ électrique sans identifier la contribution de chaque source particulière.

Par conséquent, en raison de ces sources d’incertitudes dans les données enregistrées des SEMP, analyse de l’exposition niveau nécessite des procédures pour l’évaluation expérimentale et la prédiction numérique des niveaux EMF afin d’obtenir des résultats fiables. Cet ouvrage présente une méthodologie appropriée qui peut être utilisée pour évaluer l’exposition aux E-champs (fréquence de 2,4 GHz) dans des enclos intérieur. En utilisant cette méthode, les incertitudes mentionnées précédemment causés par une sous-estimation en raison de l’ESB, surestimation causée par non-détecte, et le manque de fiabilité de la manque d’identification de la source de rayonnement sont évités. Cette fiabilité accrue signifie que les données obtenues à l’aide de la méthode proposée fournissent une limite supérieure dans le cas de conditions défavorables à l’exposition aux CEM. Les limites d’exposition établies dans le national et les normes internationales pour la protection de la santé ont été définis pour les données EMF imperturbable, altérées par l’effet ou le mandataire. La procédure expérimentale proposée est appropriée en ce qui concerne la conformité de l’essai réglementaire, puisque les incertitudes sont évités dans les données enregistrées, fournissant des informations fiables qui peuvent être mis en contraste avec les seuils d’exposition.

Après l’application du protocole expérimental, les résultats obtenus ont été comparés aux seuils et recommandés des valeurs d’exposition dans la législation européenne. Cela a été fait afin de vérifier la conformité réglementaire de l’exposition aux CEM à cause des systèmes Wi-Fi dans les environnements intérieurs typiques, qui représentent à leur tour des contextes de travail commun. Actuellement, une connexion Wi-Fi fréquence de 2,4 GHz est un des groupes de communication pour lesquels il existe des données disponibles plus largement sur l’exposition au grand public. L’intérêt politique dans cette bande spécifique est due à des préoccupations répandues concernant la santé possible effets d’une exposition à l’énergie radioélectrique émis par les périphériques sans fil dans les environnements sensibles, tels que les centres de soins de santé, hôpitaux, écoles et même milieu familial15.

Cet ouvrage présente un protocole visant à fournir des mesures non perturbés en ce qui concerne les conditions d’exposition E-champ, en évitant les incertitudes associées à l’utilisation de SEMP. Le but de ce travail est d’améliorer l’utilisation de SEMP comme des appareils de mesure dans les tests de conformité.

Protocol

Le protocole proposé suit les directives de Carlos III Institute´s de la santé Comité d’éthique de la recherche humaine.

1. pièce jointe sélection et essai de contrôle de l’environnement électromagnétique

  1. Sélectionnez un enclos spacieux, au moins 20 m3 de volume, qui est assez grand pour que l’évanouissement du signal est perceptible dans le PEM les données enregistrées. De préférence, le boîtier doit être vide, même si ce n’est pas absolument nécessaire car les petits obstacles, tels que des meubles, ne sont pas pris en compte dans les modèles de propagation qui servent à prévoir les niveaux de champ électrique dans l’enclos intérieur16.
  2. Désactiver l’interface Wi-Fi de périphériques proches, tels que les téléphones mobiles, ordinateurs, ordinateurs portables, points d’accès, etc.. Une incertitude PEM est l’identification non spécifique de la source de rayonnement, c'est-à-dire SEMP mesure le champ électrique pour chaque fréquence sans identifier chaque dispositif de transmission. Par conséquent, assurez-vous qu’il n’y a aucun périphérique Wi-Fi fonctionnant dans la bande de 2,4 GHz qui pourrait interférer avec l’expérience.
  3. Configurer un PEM avec une fréquence d’échantillonnage de 4 s avec le logiciel spécifique fourni avec le PEM.
  4. Placez le PEM à hauteur de la taille, bien que dans ces mesures préliminaires, l’endroit où le PEM est User n’est pas pertinent.
  5. Démarrer le PEM et que l’utilisateur de marcher d’un bout de l’enceinte vers l’autre, à un rythme d’environ 10 cm/s. niveaux de champ électrique sont les données enregistrées par le PEM, tandis que l’utilisateur se trouve à quelques.
  6. Télécharger les données enregistrées avec le logiciel spécifique fourni avec le PEM. Vérifiez que toutes les données enregistrées sont à la limite inférieure de la plage de sensibilité de la PEM, 0,05 V/m pour la bande de fréquences de 2,4 GHz.
  7. Effectuer les mesures de contrôle à des jours différents pour assurer la reproductibilité de l’expérience et d’obtenir la cohérence dans les résultats, sans variation significative qui pourraient nuire à leur fiabilité.
    Remarque : Si les tests de contrôle sont vérifiés sur des jours différents, on peut supposer l’absence de sources de rayonnement d’une connexion Wi-Fi, et les données enregistrées peuvent être dues uniquement à la contribution de la source de rayonnement de l’expérience.

2. fixer la Position de l’appareil de mesure

  1. Effectuer ce test préliminaire dans une des enceintes intérieures à l’aide de trois SEMP. Les positions des trois SEMP seront évaluées simultanément pour fixer la position de la PEM qui évite le mieux l’influence de l’usager dans les données enregistrées.
  2. Configurer la trois SEMP avec une fréquence d’échantillonnage de 4 s à l’aide du logiciel de configuration fourni avec chaque PEM.
  3. Placez le premier dosimètre sur la partie inférieure de l’arrière dans la région lombaire, où le corps est protégeant au maximum le PEM. Placez le deuxième dosimètre à hauteur de la taille, en ligne de mire (LoS) avec la source de rayonnement.
  4. Placez le dosimètre troisième un mètre de l’utilisateur (à l’extrémité d’un tube tenu par l’utilisateur à leur épaule) où il ne seront pas affecté par l’ESB. Utiliser un tube de carton de 1 m de longueur ; par exemple, un titulaire de carte. Les localisations de la trois SEMP sont illustrées à la Figure 1.
  5. Utiliser un point d’accès réel comme une source de rayonnement.
  6. Allumez le SEMP simultanément juste avant d’effectuer les mesures.
    Remarque : Un petit écart entre les données des différents SEMP peut se produire ; ce ne sera pas pertinent pour les résultats. Cet écart est généralement sur 2 ou 3 exemples, et le nombre total d’échantillons est d’environ 300.
  7. Demandez à l’utilisateur de marcher lentement vers, puis de la source de rayonnement à un rythme de 10 cm/s, avec l’AP située avant et arrière à l’utilisateur, respectivement. La figure 2 est un diagramme de l’enceinte expérimentale et montre les directions des chemins prédéfinis et les postes du SEMP.
  8. Télécharger les données de la SEMP.

3. Source de rayonnement

  1. Pour la source de rayonnement utilisée à l’étape 4, utilisez un générateur de signal analogique relié à une antenne biconique avec un câble à faible perte. L’antenne biconique est une antenne à large bande couvrant la gamme de fréquence de 80 MHz à 3 GHz.
  2. Configurer le générateur de signaux analogiques pour générer un signal continu, sans modulation, et à une fréquence de 2 437 MHz, car c’est un des plus couramment utilisés fréquences par des systèmes Wi-Fi.
  3. Configurer la puissance de signal généré avec un équivalent isotrope rayonnée (équivalente pire) de 100 mW, la P.I.R.E. maximale autorisée en Europe.
  4. Placez l’antenne biconique au centre d’un côté de l’enceinte (Figure 2) pour faciliter la réalisation de l’expérience dans des conditions dynamiques.
  5. Aligner l’antenne biconique avec l’utilisateur, afin que l’utilisateur fait face directement à la source, afin de détecter la sous-estimation de l’ESB maximale dans les données enregistrées par la non-ligne de mire (NLoS) PEM, en ce qui concerne les niveaux enregistrés par le PEM pas affectée par l’ESB.

4. méthode de mesure

  1. Effectuer des mesures à l’aide de deux SEMP. Configurer la SEMP avec une période d’échantillonnage de 4 s avec le logiciel de configuration fourni avec chaque PEM.
  2. Centrez le premier dosimètre sur le dos, complètement ALN avec la source de rayonnement, et où le corps est protégeant au maximum le PEM.
  3. Placez le deuxième dosimètre à une distance de 1 m de l’utilisateur (à l’extrémité du tube tenu par l’utilisateur à leur épaule) afin d’éviter l’influence du corps humain. Cette position a été déterminée à l’étape 2. Les positions des deux SEMP sont indiquées à la Figure 3.
  4. Placez l’antenne biconique en position verticale.
  5. Allumez le SEMP simultanément juste avant d’effectuer les mesures. Comme au point 2.6, un petit espace ici ne sera pas pertinent pour les résultats.
  6. Créer un utilisateur marcher lentement dans la direction opposée du couloir vers la source de rayonnement, selon l’itinéraire indiqué sur la Figure 3, à un rythme lent continu d’environ 10 cm/s. Alors que l’utilisateur est en marche, le PEM est enregistrer les données de champ électrique.
  7. Télécharger les données de la SEMP à l’aide du logiciel fourni.
  8. Répétez les étapes 4.5, 4.6 et 4.7 avec l’antenne biconique en position horizontale, afin de détecter l’influence du type de polarisation.

5. Ray Tracing modélisation

  1. Développer ou utiliser un logiciel de ray-tracing basé sur la théorie de l’image (une stratégie utilisée en ray-tracing techniques pour l’analyse de la propagation des champs électromagnétiques16) afin de vérifier l’efficacité de la méthode par comparaison expérimentale et résultats simulés. Le modèle doit prévoir les niveaux de champ électrique dans les espaces vides et permettre une interaction des ondes électromagnétiques avec le milieu environnant. Lors du développement de ce logiciel, procédez comme suit :
    1. Développer le modèle en différentes étapes afin de produire des chemins 3D basés sur la génération d’images 2D, dans les plans horizontales et verticales. Calculer le champ électrique comme la somme vectorielle de la raie principale et d’autres contributions en raison des réflexions et des diffractions des ondes électromagnétiques qui sont enregistrés à chaque point de l’évaluation dans le milieu environnant. Calculer la valeur de champ électrique en un point d’évaluation comme la somme vectorielle de toutes les contributions (rayons) de la source après un certain nombre maximal d’interactions avec l’environnement. Utilisez le numéro de réflexions sur les murs de l’enceinte comme paramètre d’entrée, avec 10 comme la valeur maximale de11.
    2. Employer une extension du coefficient de diffraction heuristique Holm pour la modélisation de la diffraction, telle que proposée par Netchaïev et Constantinou et utilisée en Rodríguez et al. 10
  2. En tant que paramètres de configuration, utiliser les fonctionnalités de l’installation expérimentale : les dimensions et la permittivité et la conductivité des matériaux qui font partie de chaque enceinte mis à l’essai. 1 tableau11 présente les paramètres électromagnétiques des matériaux utilisés dans la simulation. Le coefficient de réflexion associé à des matériaux conducteurs a une magnitude plus élevée. La valeur des coefficients de réflexion des médias non magnétiques et non conductrice est suffisamment élevée pour influencer le champ E, soit la somme de la contribution principale du rayon direct et les autres contributions de diffractions et réflexions.
  3. Introduire les paramètres de configuration les propriétés de l’antenne biconique, le diagramme de rayonnement et la polarisation.
  4. Introduire en tant que paramètres de configuration de la fréquence (2 437 MHz) et la puissance (20 dBm) du générateur de signaux analogiques.
  5. Exécutez le programme après avoir correctement inclus toutes les entrées.
  6. Quantifier les résultats à des intervalles de 0,01 V/m, dans le but d’imiter les conditions de travail de la PEM.
  7. Substituer les résultats qui sont au-dessous de la limite inférieure de sensibilité PEM avec une valeur de 0,05 V/m, afin de reproduire la détecte non connecté par SEMP.

Representative Results

Quatre enceintes intérieures de différentes tailles ont été retenus pour effectuer les mesures expérimentales, dont les volumes ont été 63 m3 (dimensions 1,26/3 × 12 × 2,45 m), 162 m3 (27.15 × 3,1 × 1,93 m), 57 m3 (9 × 2,56 × 2,47 m) et 63 m3 (10 × 2,56 × 2,47 m). La largeur de la première enceinte n’était pas constante. Dans les enceintes des premières et la deuxième, la longueur du chemin prédéfini a été 12 m. Dans les troisième et quatrième enclos, la longueur du chemin prédéfini était de la plus grande dimension, soit 9 et 10 m, respectivement. Un facteur qui influe sur l’ESB est le type de matériaux faisant vers le haut de l’enceinte intérieure, puisque l’exposition niveaux augmentent dans le cas des environnements avec des matériaux conducteurs. Plus précisément, les enclos, nous avons utilisé étaient composés de matériaux non réfléchissante. Dans ces conditions, l’ESB devient pertinente, comme les rayons réfléchis connectés par PEM en vertu de l’ESB sont plus faibles que dans le cas de matériaux conducteurs.

Les résultats obtenus dans la phase préliminaire sont résumées dans la Figure 4, qui compare les données enregistrées par le trois SEMP (l’un à l’arrière, l’autre à l’avant et le troisième situé 1 m), tandis que l’utilisateur se promenait vers et loin de la AP. E-champ les niveaux enregistrés par le PEM usé en LoS avec la source de rayonnement sont très similaires à ceux enregistrés par le PEM situé à 1 m du porteur, en LoS avec la source de rayonnement, même s’il est appréciable que le PEM en contact avec le corps enregistre des niveaux inférieurs7 . Pour les deux chemins, recueillies par SEMP usés dans la zone d’ombre des niveaux sont inférieurs à données recueillies par SEMP usé et pas usés à LoS.

Niveaux de champ électrique connectés par SEMP dans toutes les positions étaient très semblables dans les deux chemins, mais il y avait quelques différences. Si l'on considère le chemin de l’AP, analyse de différences finies du domaine temporel (FDTD) a montré que les ondes incidents peuvent plier autour de l’utilisateur du corps et atteindre la PEM usé sur le côté opposé, et même le PEM situé à 1 m de distance, où l’ESB est plus faible. Cet effet est plus important dans les environnements intérieurs, comme la région ombrée du corps est petite. C’est pourquoi les données enregistrées par SEMP situé à 1 m de l’utilisateur dans les deux chemins étaient semblables aux conditions exposées.

Au sujet de la SEMP usé, l’effet de l’accouplement avec le corps provoque une distorsion dans le diagramme de rayonnement de PEM (RD) qui affecte par la suite les données enregistrées. Toutefois, comme les données enregistrées par SEMP usés dans LoS tendent à être similaires, mais plus faible que les données enregistrées par SEMP situé à 1 m de distance, il peut être conclu que dans des conditions de LoS, le corps humain a une influence négligeable en comparaison avec les distorsions en raison de l’ESB.

Comme on le voit à la Figure 4, dans toutes les positions de PEM le champ E niveaux tendent à être plus faible pour la voie de l’AP, où la position de l’utilisateur est frontale à la source de rayonnement. Dans la gamme GHz, le SAR dans le corps entier (SARWB) est légèrement supérieur au titre d’une onde plane incidente frontalement à cause de la morphologie humaine : plus grandes zones de la peau et les surfaces plus rugueuses (orteils, pieds, menton, visage) figurent sur la face frontale du corps. Le champ électrique peut effectivement empiéter sur ces parties du corps petit, qui sont des lieux de SAR pic typiques dans la gamme de GHz17.

La transmission de l’AP est discontinue, donc beaucoup de niveaux connectés par SEMP n’atteignent pas le seuil de sensibilité plus faible, et le nombre de non-détecte devient trop grande. Le pourcentage de non-détecte considéré comme acceptable est inférieur à 60 %, où la substitution pourrait être acceptable, comme l’a expliqué Helsel18. Bien que dans les résultats affichés dans la Figure 4, le nombre maximal de non-détecte est 50 %, près du niveau de 60 %, les essais avec un AP accepté sont assez fiables pour confirmer que 1 m est une distance optimale pour éviter l’ESB.

Par conséquent, la position de la PEM situé à 1 m de l’utilisateur est optimale pour ouvrir une session fiables niveaux d’exposition à l’E-champ et n’est pas affectée par la sous-estimation causée par l’influence du corps. Compte tenu de ces considérations, les mesures ont été effectuées dans les quatre environnements sélectionnés, en polarisation horizontale et verticale et en suivant la méthode décrite dans la section précédente : avec deux SEMP, une portée par l’utilisateur et en ALN et le second situé loin de l’utilisateur et en 1 m LoS avec la source de rayonnement.

Figure 5 et Figure 6 montrent les niveaux de champ électrique dans les premiers et deuxième enclos, dans une échelle semi-logarithmique et dans les deux polarisations le long du chemin vers la source de rayonnement composé d’une antenne biconique et un générateur de signal. La sous-estimation de l’ESB est directement liée à la taille de l’environnement : la sous-estimation est supérieure dans la deuxième enceinte, et à son tour, l’effet est supérieur dans des enclos en plein air, plutôt que d’intérieur,. Il est à noter que la sous-estimation de l’ESB est plus grande avec verticale qu’avec polarisation horizontale, étant donné que le type de polarisation de la source de rayonnement principal affecte le degré d’influence de l’ESB. Afin d’éviter le grand nombre de non-détecte dans le cas de l’ombre sans un traitement ultérieur de données enregistrées, les mesures dans les deux polarisations ont été répétées avec une puissance d’émission de 25 dBm (316.12 mW) dans la deuxième enceinte. La figure 6 présente les mesures ramenées à 20 dB dans les deux polarisations et dans une échelle semi-logarithmique à percevoir les niveaux de champ électrique dans le cas de l’ombre. Dans le cas de la polarisation horizontale, la non-détecte pu être évité, même si en polarisation verticale, le pourcentage est encore considérable.

Mesures dans les deux polarisations ont été effectuées dans toutes les enceintes dans des conditions de test. La figure 5 montre les résultats de la première enceinte, occulté des données semblables dans les deux polarisations. Toutefois, les résultats de la deuxième enceinte, la plus grande salle, illustré à la Figure 6, la différence de données occultées dans les deux polarisations est plus marquée que dans la Figure 5.

Afin de quantifier la différence de données occultées dans les deux polarisations dans chaque enclos, le tableau 2 présente le facteur de polarisation (PF) qui concerne les rapports entre les moyennes des données non ombragées et occultées dans les deux polarisations, comme indiqué dans (1) :

Equation 1(1)

On peut déduire du tableau 2 que l’enceinte est grande, plus les différences constatées entre les données non ombragées et occultées pour polarisation verticale. Les résultats de cette étude montrent une sous-estimation de la plus importante en vertical qu’en polarisation horizontale, parce que pour les fréquences autour de 2 100 MHz, le SAR localisé dans les membres et le tête/tronc est plus élevé pour une polarisation verticale, en position debout et quand vagues empiètent sur le corps de l' avant ou arrière17. En outre, l’utilisateur n’est pas faible par rapport à la longueur d’onde, donc la polarisation verticale est à un niveau plus pessimiste en ce qui concerne l’absorption de l' onde incidente24. Lorsque l’axe principal du corps humain est parallèle au vecteur de champ électrique (ce qui arrive lorsque la polarisation de l’antenne biconique est verticale), le débit d’absorption spécifique (SAR) du corps humain atteint des valeurs maximales19. Théoriquement, les ondes polarisées verticalement sont en grande partie protégés par le corps humain, en comparaison avec les ondes polarisées horizontalement. Cela est dû au fait qu’en polarisation verticale, le champ électrique oscille parallèlement à l’axe longitudinal du porteur8. La polarisation de l’antenne étant un facteur clé pour l’ESB, la polarisation correcte est verticale, afin de détecter l’influence maximale de la présence de l’utilisateur sur les mesures de la PEM usé et l’ALN20.

Les niveaux d’exposition obtenus dans les quatre enclos dans des conditions de test sont indiquées à la Figure 7 dans une échelle semi-logarithmique. Les résultats de la simulation sont présentés avec les mesures, à chaque point de l’itinéraire prédéfini, ce qui démontre que les deux types de données varient de la même façon par rapport à leur distance à la source de rayonnement.

Le tableau 3 résume les niveaux de champ électrique mesurées et simulés, respectivement. Pour chaque enceinte intérieure de la moyenne, écart-type et les valeurs maximales et minimales sont fournies. Il est intéressant de noter la similitude entre les valeurs statistiques des données expérimentales et simulées. La similitude entre chaque paire de série de données expérimentales et simulées a également été vérifiée sur le plan de la p-valeur obtenue avec le test de Kolmogorov-Smirnov (KS). Les p-valeurs sont indiquées dans le tableau 3. Les p-valeurs étaient toujours supérieures au niveau de signification de 0,05, alors il existe une correspondance suffisante entre chaque paire de série de données expérimentales et simulées. En outre, il a également été confirmé en utilisant le test de KS que la fonction de distribution cumulative (CDF) de chaque série, expérimentale ou simulée, suit toujours la distribution suivant une loi lognormale statistique dans les deux polarisations.

La figure 7 montre les données mesurées et simulées dans les enclos intérieur utilisés pour les essais et la conformité avec les seuils établis dans la législation européenne, basée sur l’ICNIRP, qui constitue la base de nombreuses normes d’exposition actuellement appliqué dans le monde entier dans des contextes généraux, domestiques et professionnelles. Dans le cas de la population en général, la limite d’exposition à des rayonnements non ionisants à la fréquence de 2,4 GHz est 61 V/m. La valeur de 61 V/m, établi dans la CIPRNI n’est pas la limite plus restrictive en matière d’exposition humaine. Autres normes existent partout dans le monde : en Amérique du Nord, IEEE établit des limites moins restrictives : 66,7 V/m pour les environnements non contrôlées, l’équivalent pour le grand public à l’ICNIRP. En outre, une réglementation plus restrictive existe en Europe de l’est, comme dans le cas de la Russie où la limite plus stricte pour l’ensemble de la population est de 3,14 V/m. Dans la Figure 7, les mesures contre le seuil de l’ICNIRP ne sont pas affectés par les incertitudes de la PEM, offrant une fiabilité dans les extraites conclusions en ce qui concerne le respect du règlement.

Figure 1
Figure 1 : Emplacement du SEMP pendant l’expérience.

Figure 2
Figure 2 : Prédéfinies chemins de tests de contrôle, direction et loin de la source de rayonnement et position des trois dosimètres.

Figure 3
Figure 3 : Chemin d’accès prédéfini de la mesure effectuée dans quatre enceintes, vers la source de rayonnement et les positions des dosimètres. La longueur de la zone de test dans les premiers et deuxième enclos, 12 m, est affichée.

Figure 4
Figure 4 : CDFs des résultats des trois SEMP dans différentes positions. Résultats sont présentés à 1 m de distance, usés par l’utilisateur dans LoS et porté par l’utilisateur dans l’ALN pour les deux chemins d’accès prédéfinis-vers et loin de la source de rayonnement.

Figure 5
Figure 5 : Les données expérimentales obtenues dans la première enceinte de 63 m3 . Les données sont indiqués pour :uneverticale et polarisation horizontale (b), avec et sans influence de corps, avec une puissance d’émission de 100 mW. Les données sont indiquées en fonction du nombre d’échantillons enregistrés par le PEM, tandis que l’utilisateur est la marche vers la source. Les résultats sont présentés dans une échelle semi-logarithmique.

Figure 6
Figure 6 : Données expérimentales obtient dans le 162 m 3 deuxième enceinte. Les données sont indiqués pour :uneverticale et polarisation horizontale (b), avec et sans influence de corps, avec une puissance d’émission de 25 dBm (316.12 mW) et redimensionnée à 20 dBm (100 mW). Les données sont indiquées en fonction du nombre d’échantillons enregistrés par le PEM, tandis que l’utilisateur est la marche vers la source. Les résultats sont présentés dans une échelle semi-logarithmique.

Figure 7
Figure 7 : Mesuré et simulé des niveaux du E-champ de polarisation verticale. Niveaux sont indiqués pour le (a) premier (63 m3), (b) deuxième (162 m3), (c) troisième (57 m3) et (d) quatrième enclos (63 m3). Les niveaux sont présentés en fonction du pourcentage de la limite d’exposition ICNIRP de 61 V/m pour l’ensemble de la population et pour la bande des 2,4 GHz. Les données sont indiquées en fonction du nombre d’échantillons enregistrés par le PEM, tandis que l’utilisateur est la marche vers la source.

Matériel Conductivité Relative
(S/m) permittivité
Plafond : panneaux de particules 0,001 2.5
Sol : marbre 0,00022 7
Parois latérales 0,005 3
Metal 100 3
Verre 1E-10 6
Bois 0,0006 2

Tableau 1 : Paramètres électromagnétiques utilisés dans la simulation.

Enceinte Volume Polarisation
(m3) Facteur de
1 63 1.0635
2 162 1,3325
3 57 1.0235
4 63 1.0590

Tableau 2 : Facteur de polarisation pour chaque enceinte, calculée comme la relation entre les moyennes des données non-ombre et ombres. La taille des enceintes est indiquée.

Enceinte Taille Moyenne (V/m) STD (V/m) Max (V/m) Min (V/m) p-valeur p-valeur
(m3) Exp SIM Exp SIM Exp SIM Exp SIM PolV Paolo
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

Tableau 3 : Valeurs statistiques principales des résultats expérimentaux et simulés dans quatre enceintes dans des conditions d’essai pour la polarisation horizontale et verticale. La taille des enceintes est indiquée.

Discussion

L’aspect du présent protocole qui est essentielle pour la collection fiable de données sur l’exposition, sans l’influence des incertitudes PEM, est l’emplacement de la PEM. Le PEM doit se situer 1 m loin de l’utilisateur afin d’éviter une sous-estimation causée par l’influence du corps, et implicitement, pour éviter un grand nombre de non-détecte dans les données enregistrées. Il y a les aspects du protocole pouvant être modifiés ; modifications et les limites de la technique proposée sont évalués comme suit.

L’instrument de mesure retenu pour réaliser l’expérience est le PEM, qui a été utilisée dans de nombreuses études pour l’analyse de l’exposition aux CEM dans les environnements extérieurs, dynamiquement et dans les grandes zones géographiques24,25, 26. Bien que les données mesurées avec le SEMP ne sont pas aussi précises que les mesures fournies par un analyseur de spectre (SA), de nombreuses études épidémiologiques utilisent SEMP dû à leur manipulation aisée et en mesurant les taux26, 4 s étant la période minimum d’échantillonnage. SEMP utilisé dans les travaux ont une limite minimale de la plage de sensibilité de 0,05 V/m. SEMP plus modernes ont été commercialisés avec des plus larges gammes de sensibilité, 0,005 V/m étant la limite la plus basse de la bande de fréquences de 2,4 GHz, donc le nombre de non-détecte sera plus faible lorsque le corps protège la PEM. Toutefois, ce fait n’est pas pertinent pour cette expérience, les résultats obtenus sans l’incertitude de l’ESB étant toujours supérieures à 0,05 V/m. Il existe d’autres modèles de SEMP avec des périodes d’échantillonnage plus faibles, mais le modèle utilisé dans cette expérience a été choisi parce qu’il est facile à transporter sur le corps, à la hauteur de la taille, où le corps est protégeant au maximum le PEM.

Dans des expériences préliminaires, un point d’accès Wi-Fi fonctionnant dans la bande de fréquence du Wi-Fi 2,4 GHz a été employé comme une source de rayonnement. Après avoir évalué la puissance émise par le point d’accès avec une SA, une vérification a été effectuée pour confirmer que des paquets d’information n’ont été transmises en continu et qu’il y a des périodes de temps sans transmission27,28. En conséquence, une proportion importante des niveaux RF EMF étaient inférieures au seuil de détection (0,05 V/m) du SEMP. Le cycle d’utilisation Wi-Fi AP minimum a été fixé par des signaux de balise et était d’environ 0,01 %. Pendant ce temps, un signal continu, avec la limite supérieure obligation de cycle de 100 %, reproduit les conditions d’exposition les plus pessimistes, tout en évitant l’incertitude détecte. Pour cette raison, un générateur de signaux et une antenne biconique servaient comme sources de rayonnement à générer une onde continue de puissance de 100 mW, à la fréquence Wi-Fi gratuite et sans modulation.

Les niveaux de champ électrique, dans les enclos intérieur sélectionnés quatre, ont été prédits avec un logiciel de ray-tracing basé sur la théorie de l’image. L’évaluation des résultats expérimentaux à l’aide d’une autre technique expérimentale, comme une SA avec une sonde, n’a pas été examinée, étant donné que l’objectif est d’analyser l’influence de l’ESB et autres incertitudes PEM et pas de la PEM capacité à fonctionner comme un autre appareil de mesure. Les limites de la théorie de l’image sont en raison des conditions environnementales non idéales, c'est-à-dire lorsque les surfaces réfléchissantes ne sont pas minces, plat ou planaires. Résultats du modèle de propagation recueillent l’incertitude des coefficients de réflexion lorsque les conditions environnementales sont non idéales. Lorsque les surfaces sont limitées dans la mesure où, il est possible d’éliminer les rayons intercepter avec eux. Comme le nombre de réflexions augmente, la taille des ellipsoïdes de Fresnel augmente, et le rapprochement est pire. Cependant, les rayons de réflexions multiples seront plus faibles et ont moins d’influence sur le résultat final.

L’approche naïve est appliquée pour résoudre l’incertitude de la non-détecte. Cette méthode consiste à la substitution des valeurs inférieures à la limite de plage de sensibilité avec le plus faible détection limite29. D’autres méthodes existent pour corriger l’incertitude de non-détecte avec la substitution des données enregistrées. La régression robuste sur le mode de commande statistique (ROS) prévoit les valeurs non détectées, considérant qu’ils suivent une distribution log-normale. Autres méthodes peuvent être appliquées aux données, mais les estimations présentent toujours une marge d’erreur. La méthode de substitution de la limite inférieure de détection a été utilisée, comme la substitution par une valeur fixe permet d’identifier le détecte pas. En outre, cette région de la SFMC ne présente pas de différences pertinentes entre les plusieurs cas sous analyse.

L’incertitude de l’effet d’ombre du corps humain doit être abordé avec un intérêt particulier, étant donné que SEMP est conçus pour être portés par l’utilisateur, et la présence du porteur est la cause de cette incertitude. En outre, la sous-estimation de l’ESB peut entraîner une augmentation dans les détecte. L’ESB peut également être évité en portant plusieurs SEMP sur différentes parties du corps30,31; en moyenne les données enregistrées de deux SEMP situés sur les côtés opposés du corps conduit à une sous-estimation de plus petite et une plus petite incertitude que les données enregistrées d’un unique PEM5. Une autre méthode alternative est de prendre en compte la modification des niveaux d’exposition en raison de l’ESB dans l’interprétation des données d’exposition et d’appliquer des facteurs de correction appropriées. Toutefois, ceux-ci doivent être déterminés individuellement en fonction de l’activité et l’environnement et sont très complexes à appliquer correctement. En outre, la technique utilisée dans cette étude propose un moyen pratique d’éviter l’ESB qui ne nécessite qu’un seul PEM, évitant le traitement des données.

Prenant en compte les avancées dans la technologie mobile et l’intérêt pour l’atténuation du corps humain à l’avenir 5G ((cinquième génération) radio systèmes32, la technique présentée dans cette étude peut être utilisé pour évaluer l’exposition humaine aux réseaux de nouvelle génération évitant les incertitudes susmentionnées.

Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Ce travail a été soutenu par le projet « Caractérisation électromagnétique dans des environnements intelligents des soins de santé » et leur implication dans les personnels, Occupational and Environmental Health, (DGPY-1285/15, PI14CIII/00056) et avec les ressources humaines de la projet « Réseau plate-forme pour le développement de télémédecine en Espagne » (DGPY-1301/08-1-TS-3), les deux fonds de sous-sous sous-direction générale d’évaluation de la recherche et de Promotion (Institut de santé Carlos III).

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

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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).
Analyse efficace des Conditions d’exposition humaine avec les dosimètres portés sur le corps dans la bande de 2,4 GHz
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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).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).

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