Aplicatii ale Campului Electromagnetic In Terapia Cancerului, Folosind Nanostructuri

DESCRIEREA SISTEMULUI

Introducere:

1.1. Schema bloc a sistemului

1.2. Prezentarea sistemului

Sistemul de radiofrecvență

2.1.Generatorul de RF

2.2.Blocul de amplificare in RF

2.2.1.Amplificator de radiofrecvență de mica putere LPA

2.2.2.Amplificator de radiofrecvență de medie putere MPA

2.2.2.1.Schema bloc a MPA

2.2.2.2.Schema electronică a MPA

2.2.3.Amplificator de radiofrecvență de mare putere HPA

2.2.4.Rezultate experimentale

2.3.Sistemul radiant -Antena

2.3.1.Cerințele de proiectare

2.3.2.Schema electrică

2.3.3.Realizare practică, ținând cont de cerințele de proiectare

2.3.4.Distribuția de putere in zonele de interes (rezultate laborator Cluj+rezultate Craiova)

3.Protecția la radiații

3.1.Protecția la radiații la sistemul „Generator de Radiofrecvență de mare putere, folosit în studiul tratamentului cancerului” – rezultate experimentale

4.Sistemul de control

4.1. Sistemul de măsura a temperaturii

4.2.-Indicator calibrat

5.Grafic, armonici (rezultate cu Analizor de Spectru, Cluj)

6.Bibliografie

7.Anexa 1: Noțiuni introductive de protecție la radiații cu trimitere la anexe pentru partea teoretică si legislație

Anexa 2-Poze ale echipamentelor folosite

1.Introducere

1.1. Schema bloc

Sistemul de bază constă dintr-un generator și un lanț de amplificatoare de radiofrecvență, care debitează un câmp electromagnetic printr-o antenă direcțională.

Fig.1. Schema bloc a sistemului propus

1.2. Prezentarea sistemului

Scopul construirii acestui sistem este să obținem în antenă un câmp electromagnetic pe care să-l putem controla în frecvență și putere, astfel încât să putem pune la dispoziția laboratoarelor de medicină, farmacie sau chimie un instrument care să genereze energie electromagnetică și pe care să o focalizeze asupra unei probe.

Efectele asupra acestor probe se vor observa atât termic (cu sistemul nostru), cât și cu diverse alte echipamente de laborator (spectroscopie RAMAN, microscop cu fluorescență, microscop electronic etc.).

2.Sistemul de radiofrecvență

Pe baza schemei bloc din Fig. 1 vom descrie în detaliu blocurile funcționale ale sistemului.

2.1.Generatorul de radiofrecvență

Este folosit un generator de radiofrecvență de tip HP 8648B [HP-3], având următorii parametri:

Gama de frecvență:

9 KHz-2.000 MHz

Puterea maxima de ieșire:

100 kHz: +17 dBm (50 mW).

1000 MHz: +20 dBm (100 mW).

1500 MHz: +19 dBm (79,4mW).

2100 MHz: +17 dBm (50 mW).

2500 MHz: +15 dBm (31 mW).

4000 MHz: +13 dBm (20 mW)

SWR (ieșirea <–6 dBm), unde SWR înseamnă Standing Wave Ratio (raport de unde staționare)

HP 8647A<2.0:1

HP 8648A/B/C/D

<249 kHz: <2.5:1

<2500 MHz: <1.5:1

4000 MHz: <2.0:1

Impedanța de ieșire: 50 .

2.2.Amplificatorul de radiofrecvență

Amplificatorul de radiofrecvență este alcătuit din 3 etaje de amplificare și este reprezentat în figura 2.1.

Fig. 2.1. Schema – bloc a amplificatorului de radiofrecvență

2.2.1.Amplificatorul de putere mica (LPA)

Este realizat cu un etaj ZHL 32A [ZH-11] , având următorii parametri:

Gama de frecvență:

50 KHz-130 MHz

Câștigul:

25 dB

Puterea maximă de ieșire:

29 dBm (0,8 W)

VSWR (Voltage Standing Wave Ratio-coeficientul de unda staționară) este maxim 2, unde

, (2.1)

unde Pd este puterea directă si Pr este puterea reflectată.

Graficul (Puterea în funcție de frecvență) de la ieșirea LPA este prezentat în Fig.2.2:

Fig.2.2. Graficul de variație a puterii în funcție de frecvență (pentru banda 1-15 MHz) la 0, 3 si 6 dBm, măsurat la ieșirea amplificatorului de mica putere (LPA).

Puterea este debitată într-o sarcină artificială. Atât amplificatorul, cât și sarcina artificială sunt adaptate pe 50 Ω. Aceste măsurători de putere au fost făcute cu un aparat MJF-942 E.

După cum era previzibil, odată cu creșterea puterii debitate de generator, puterea la ieșirea Low Power Amplifier-ului crește proporțional.

În conformitate cu rezultatele experimentelor, amplificatorul funcționează optim pâna la 6 dBm (de la ieșirea generatorului), putere peste care semnalul începe să fie distorsionat.

2.2.2.Amplificatorul de putere medie (MPA) (manufacturat):

Având în vedere caracteristicile tehnice ale amplificatorului de mare putere (descrise în paragraful 2.2.3), a apărut necesitatea folosirii unui amplificator intermediar (denumit de putere medie-MPA), pentru a face trecerea între ieșirea amplificatorului de mica putere si intrarea amplificatorului de mare putere MPA. Deoarece nu am găsit în comerț un aparat care să corespundă cerințelor de putere și frecvență, acest amplificator a fost manufacturat după schemele prezentate în figurile 2.3, 2.4 si 2.5.

2.2.2.1.Schema bloc a amplificatorului de medie putere:

Figura 2.3. Schema-bloc a etajului de amplificare de putere medie.

Figura 2.3 reprezintă schema-bloc a etajului de amplificare de medie putere, compus din schema amplificatorului (descrisă în paragraful 2.2.2.2) și din schema filtrului pentru armonici (descrisă în paragraful 2.2.2.3)

2.2.2.2.Schema amplificatorului de medie putere[Va-05]

Schema amplificatorului de medie putere, manufacturat, este preluata din [Va-05] și prezentată în figura 2.4. Montajul afost manufacturat de autor.

Fig.2.4.Schema amplificatorului de putere medie (MPA) preluată din [Va-05]

Având în vedere că ieșirea etajului anterior (ZHL 32A) este de 1 W (nominal) și conform măsurătorilor în banda de lucru 0,3-0,4 W și amplificatorul final Ameritron 811 trebuie să aibă la intrare cel puțin 20 de W, a apărut necesitatea creerii unui etaj intermediar de amplificare de radiofrecvență, prezentat în figura 2.4.

Acest etaj a fost adaptat din zona radioamatorilor, astfel încât să îndeplinească următoarele cerințe:

Puterea de intrare – 0,3 W, puterea de ieșire minim 20W

Impedanța de intrare și de ieșire – 50 ohmi

Realizat cu MOSFET-uri în tehnologie push-pull

Deși este reglat pentru operare liniară în clasa AC, acest amplificator (ca și altele de acest tip) prezintă anumite grade de neliniaritate care generează armonici. Acest amplificator push-pull este proiectat astfel încât armonicile pare ( 2f-4f-6f ) de la ieșirea transformatorului T3 să fie anulate. Armonicile de ordin impar nu sunt anulate. Armonicile de ordin secund generate de amplificator au o valoare tipică mai mica de 30dBm (30dB sub purtătoare) în timp ce armonicile de ordinul trei au o valoare tipică sub 10dBm. Regulile FCC (Comisia Federală de Comunicații) cer ca toate armonicile la ieșire să fie cel puțin la nivelul 40dBm la nivele de putere între 50 si 500 W. Pentru a întruni această cerință este o practică comună pentru amplificatoare HF sa folosească filtre trece-jos. Filtre separate trece-jos se vor folosi pentru benzile 160, 80, 40 si 30 de metri. Banda de 20 si 17 metri poate să folosească acelasi filtru trece-jos. La fel banda de 15, 12 si 10 metri poate să folosească acelasi filtru trece-jos (figura 2.5).

Fig. 2.5. Schema electrică a filtrului pentru armonicele de ordin impar, preluată din [Va-05].

În montajul general în care circuitul de filtrare al armonicilor poate fi folosit în toată banda de frecvențe, se folosește și un comutator S1 cu 2 poli (la intrare S1A, la ieșire S1B) cu 6 poziții rotative pentru selectarea benzii de lucru.

Graficul puterii în funcție de frecvență a circuitului MPA arată importanța acordării circuitelor între ele. În graficul următor se observă amplificarea nefavorabilă a etajului manufacturat în domeniul de lucru (13,56 MHz) ales pentru a începe cercetările.

Fig. 2.6.Graficul puterii directe în funcție de frecvență la ieșirea circuitului MPA pentru banda 1-15 MHz, neacordat

Figura 2.6 reprezintă graficul puterii în funcție de frecvență având la ieșirea generaturului de semnal 0, 3 si 6 dBm, măsurat la ieșirea circuitului de radiofrecvență de medie amplificare (MPA), neacordat, debitând în sarcină artificială.

Pentru acord și măsurători s-a folosit un adaptor de antenă ANTENNA TUNER MJF 941 E (adaptor de impedanță între două etaje).

Fig. 2.7. Graficul puterii directe în funcție de frecvență la ieșirea circuitului MPA pentru banda 1-15 MHz, acordat.

Figura 2.7 reprezintă graficul puterii în funcție de frecvență având la ieșirea generatorului de semnal 0, 3 si 6 dBm, măsurată la ieșirea circuitului de radiofrecvență de medie amplificare (MPA), acordat între etaje, debitând în sarcină artificială.

Se observă în graficul 2.7 forma extrem de favorabilă, îmbunătățită față de graficul 2.6, care va permite ulterior să ne atingem scopul final, adică generarea unei benzi mari de frecvență pentru studiul efectelor câmpului electromagnetic asupra culturilor de celule.

2.2.3.Amplificatorul de radiofrecvență de mare putere (400W)

Primele încercări pentru a realiza un amplificator de mare putere au fost făcute cu un montaj promovat de firma IXYS Colorado [IXYS-04].

Acesta necesită ca semnalul de intrare sa aibă o putere de minim 2,5-7 W, are o putere de ieșire până la 400 W și o bandă de frecvență 2-30 MHz. Amplificatorul este în clasa AB, câștigul este de 18 +/- 1 dB. Amplificatorul este realizat cu doua MOSFET-uri specializate de radiofrecvență de tip IXZ210N50L.

Pe lângă costurile ridicate ale perechii de MOSFET-uri (aproximativ 200 euro perechea), montajul realizat a prezentat alte numeroase dezavantaje:

Alimentarea se face cu o sursă de 100 V +/- 5 V și 10 A

Necesită o altă sursă suplimentară de 12 V pentru V polarizare

Sarcina trebuie sa fie foarte bine adaptata pe 50 Ohmi (+/- 5%)

Răcirea circuitului trebuie asigurată cu un radiator cu apa, care sa parcurgă un circuit.

Montajul a fost realizat. Datorită dezadaptării de impedanță (care a fost în afara plajei recomandate (50 Ohmi+/- 2,5 Ohmi)), s-au ars 3 perechi de MOSFET-uri.

Această dezadaptare a fost factorul hotărâtor în eliminarea aceastei soluții, deoarece antena însăsi, chiar dacă o adaptăm la 50 Ohmi, se dezadaptează în momentul în care se introduce proba de laborator.

Următoarea încercare a fost făcută achizionând un amplificator din comerț, dedicat pentru radiofrecvență.

Studiind piața, s-a găsit un amplificator AMERITRON 811 AH [AM-02], prezentat în figura 2.8, un amplificator liniar dezvoltat de AMERITRON USA care folosește 4 tuburi 811 A (triode) și operează în clasă AB.

Alimentarea este simplă, la 220 V.

Nu necesită surse suplimentare pentru polarizare

Intrarea și ieșirea sunt adaptate pe 50 Ohmi.

VSWR-ul este maxim 1,3:

Intrarea este minimum 20 W, maximum 85 W, ieșirea până la 600 W CW

Dupa cum se observă, acesta are foarte multe avantaje asupra primei variante (alimentarea simplă, adaptare pe 50 Ohmi, VSWR foarte bun, puterea de ieșire mai mare). În plus, fără să fie trecut în datele de catalog, acesta permite o dezadaptare mare a antenei, la care ne așteptăm, având în vedere că probele de laborator așezate în interiorul antenei induc o dezadaptare de impedanță.

Comanda PTT este importată ca noțiune din zona comunicațiilor radio (Push to talk), fiind comandată de ieșirea controllerului, pentru a opri radiația în cazul în care temperatura probei depășește pragul fixat (Figura 1). Un alt mare avantaj este că funcționarea nu este limitată în timp (poate funcționa fără oprire, fără a se supraîncalzi).

Fig.2.8.Acesta este amplificatorul folosit AMERITRON 811H

2.2.4. Rezultate experimentale

Rezultatele experimentale ce vor fi prezentate în continuare se referă la circuitul de radiofrecvență de mare putere. Aparatul de măsură folosit a fost acelasi adaptor de antena ANTENNA TUNER MJF 941 E.

Graficele 2.9, 2.10 și 2.11 au fost făcute măsurând puterea între etajul final și antenă, cu antena acordată pe 13,56 MHz. Diferența între cele trei grafice este nivelul intrării, reglat din generatorul de frecvență HP 8648B la 0, 3 si 6 dBm.

Valorile măsurate au fost centralizate în tabelul 2.1:

Tabelul 2.1: Valorile puterii directe în intervalul de frecvență 1-15 MHz

2.9.Graficul puterii directe în funcție de frecvență (pentru banda 1-15 MHz) la ieșirea circuitului de radiofrecvență de mare putere, cu antena acordata pe 13,56 MHz, la 0dBm la ieșirea generatorului de semnal.

Figura 2.9 reprezintă graficul puterii în funcție de frecvență având la ieșirea generatorului de semnal 0 dBm, măsurată la ieșirea circuitului de radiofrecvență de mare putere HPA. Aceasta corespunde unei amplificari de aproximativ 51 dB (de la 0,001 mW, echivalentul a 0 dBm, până la 140 W, echivalentul a 51 dBm).

2.10. Graficul puterii directe în funcție de frecvență (pentru banda 1-15 MHz) la ieșirea circuitului de radiofrecvență de mare putere, cu antena acordata pe 13,56 MHz, la 3 dBm la ieșirea generatorului de semnal.

Figura 2.10 reprezintă graficul puterii în funcție de frecvență având la ieșirea generatorului de semnal 3 dBm, măsurată la ieșirea circuitului de radiofrecvență de mare putere HPA. Aceasta corespunde unei amplificari de aproximativ 51 dB (de la 0,002 mW, echivalentul a 0 dBm, până la 350 W, echivalentul a 55 dBm)..

Fig.2.11. Graficul puterii directe în funcție de frecvență (pentru banda 1-15 MHz) la ieșirea circuitului de radiofrecvență de mare putere, cu antena acordata pe 13,56 MHz, la 6 dBm la ieșirea generatorului de semnal.

Figura 2.11 reprezintă graficul puterii în funcție de frecvență având la ieșirea generatorului de semnal 6 dBm, măsurată la ieșirea circuitului de radiofrecvență de mare putere HPA. Aceasta corespunde unei amplificări de aproximativ 51 dB (de la 0,004 mW, echivalentul a 6 dBm, până la 480 W, echivalentul a 57 dBm).

Se observă caracteristica îngusta, astfel încât aceasta ne asigură că adaptarea este foarte bună.

Analizând ultimele trei grafice observăm că:

s-a reușit acordul întregului lanț de radiofrecvență pe frecvența dorită (13,56 MHz), incluzând în acest lanț si antena.

Amplificarea obținută a fost constantă (51 dB ), la cele trei nivele de puteri cu care s-a lucrat (0, 3 si 6 dBm), fără distorsiuni sau armonici.

Concluzionăm în urma acestor măsurători că sistemul de amplificare construit este performant din punct de vedere tehnic și poate folosi scopului propus.

2.3. Sistemul radiant [Pa-13]

Sistemul radiant a fost proiectat astfel încât să ofere un instrument de cercetare laboratoarelor de cercetări în domeniul chimiei, farmaciei sau oncologiei, respectându-se cerințele de proiectare impuse de domeniul aplicației.

2.3.1.Cerințele de proiectare impuse de aplicațiile oncologice

Cerințele de proiectare elaborate de laboratorul Institutului Oncologic “Ion Chiricuța” din Cluj-Napoca sunt:

Câmpul electromagnetic se aplică prin intermediul unei antene inductive, într-o zonă definita ca VOI (Volume of Interest)

VOI trebuie sa aibă dimensiunile minime de L=127 mm, l=87 mm, h=27 mm

Energia electromagnetică să poata fi masurată

Energia electromagnetică să fie constantă în timp

Energia electromagnetică să fie focalizată pe proba plasata în VOI

Sistemul trebuie să fie capabil să măsoare atât efectele termice, cât și efectele câmpului asupra celulelor

Operatorul uman trebuie să fie protejat contra radiațiilor

Antena se va folosi în regiunea de câmp apropiat

Cuplajul cu amplificatorul final de mare putere să fie pe 50 Ohmi

Cerințele de proiectare pot fi satisfăcute de o antenă bucla (loop antenna). Un alt factor care a fost luat în considerare și este extrem de important este zona în care se desfașoara experimentele, cunoscută ca “zona de camp apropiat”.

2.3.2. Schema de proiectare

Orice antenă este de fapt un circuit oscilant. Antena folosită este formată dintr-un condensator variabil C și o bobină variabilă L, pe care priza mediana o împarte în L1 si L2.

Fig.2.12 Schema electrică a antenei

În figura 2.12 am reprezentat antena, înfățișată ca un circuit oscilant, fiind alimentată printr-o priză mediană. Solenoidul L este împărțit de priza mediana în L1 si L1.

Măsuratorile statice (fără semnal la intrare), realizate cu un aparat Agilent U1731C, sunt:

L=55 µH

C=460 µF

L1=40 µH

L2=9 µH

Măsuratorile la frecvența de lucru – 13,56 MHz, a circuitului, între intrare și masă, efectuate cu analizorul de antenă MJF 259B [MJ-06], au dat următoarele rezultate:

L=0.205 µH

XL=17 Ω

Se observă că se verifică relația XL=2πfL

C=668 pF

XC=17 Ω

Se observă că se verifică relația XC=

Coeficientul de undă staționară VSWR=3,5

R=40 Ω

2.3.3. Realizarea practică

În cadrul cerințelor de proiectare, un rol important l-au avut specificațiile de gabarit, pentru ca placa cu 12 godeuri (figura 2.14) să intre în interiorul antenei.

În aceste godeuri se introduc substanțele supuse analizelor de laborator, în diferite concentrații, astfel încât cu o singura lucrare se pot efectua de fapt 12 analize simultan, comparându-se efectul câmpului electromagnetic de diferite intensități asupra probelor.

Dimensiunile plăcii cu godeuri:

Lungime 125 mm

Lătime 85 mm

Înalțime (adâncime) 23 mm

Diametrul celulei 22 mm.

Figura 2.14 Forma și dimensiunile plăcii cu godeuri

Au fost făcute experimente cu încă doua antene manufacturate:

Prototip 1 (poza-fig. 2.15, 2.16, 2.17)

Dimensiunile antenei Prototip 1 sunt:

Diametru 62 mm

Lungime 230 cm mm

Număr spire 22

Diametrul spirei 3 mm

Dezavantajele antenei Prototip 1 sunt:

Dimensiunile prea mici pentru introducerea plăcii cu 12 godeuri

Valorile obținute în focar (în punctul de referință PR) sunt de cca 4 ori mai mici decât valorile obținute cu antena Prototip 3

Figura 2.15Antena Prototip 1-vedere de sus

Figura 2.16.Antena Prototip 1-vedere transversală

Figura 2.17.Antena Prototip 1-vedere laterală

Prototip 2 (poză-fig. 2.18, 2.19, 2.20)– care are dimensiuni comparabile, dar dimensiunea spirei era 3 mm si câmpul final rezultat era sub valoarea câmpului antenei Prototip 3

Dimensiunile antenei Prototip 2 sunt:

Diametru 110 mm

Lungime 300 mm

Număr spire 35

Diametrul spirei 3 mm

Dezavantajele antenei Prototip 2 sunt:

Valorile obtinute în focar (atât in volumul de interes VOI, cât și în punctul de referință PR) sunt de cca 2 ori mai mici decât valorile obținute cu antena Prototip 3

Valorile din interiorul antenei sunt mult mai disproporționate decât la antena Prototip 3, dupa cum se vede din tabelul 2.2

Tabelul 2.2:Valorile câmpului electromagnetic în interiorul antenei Prototip 2

2.18.Antena Prototip 2-vedere de sus

2.19.Antena Prototip 2-vedere transversală

2.20.Antena Prototip 2-vedere laterala

Antena în varianta finală (denumita Prototip 3) este prezentată în figurile 2.21 și 2.22:

Fig.2.21. Antena Prototip 3-vedere din lateral

Fig.2.22.Antena Prototip 3-vedere de sus

Dimensiunile antenei Prototip 3 sunt:

Diametru 110 mm

Lungime 287 mm

Număr spire 38

Diametrul spirei 4 mm

Totodată, antena Prototip 3 a fost testată la lungimi mai mari sau mai mici, dar acordul nu a fost obținut.

Conform teoriei, antena trebuie să fie un multiplu de λ / 2.

În cazul nostru, frecvența este 13,56 MHz, deci lungimea de undă este de 22 m, iar λ / 2 este 11 m, de unde folosirea ei în condițiile date pare imposibila. Totuși, prin încercări practice, am reușit să ajungem la o formă de antenă care răspunde cerințelor dimensionale date de laborator, și de a-i face maximumul de adaptare posibil.

Metoda de acordare :

Se folosește adaptorul de antenă MJF 259B [MJ-06] (HF/VHF/SWR Analyzer), injectând semnalul printr-o priză mediană, până când indicația VSWR-ului scade la o valoare citibilă (în cea mai mare zonă indicația este necitibilă, VSWR-ul fiind peste 25).

După ce a fost găsit punctul optim de contact, urmează acordul mai fin, plimbând priza de-a lungul spirei, modificând L1 și L2.

Ultimul se acordează condensatorul variabil cu aer, ducând parametrii pâna în punctul în care VSWR-ul este minim și impedanța antenei se apropie de 50 Ω.

Desigur, acordul final se face atașând antena sistemului de amplificare și măsurând semnalul în punctul denumit PR (punctul de referință).

2.3.4. Distribuția de putere în zonele de interes

Următoarele experimente s-au desfășurat în laboratorul ROMATSA Cluj. Între amplificatorul final de RF (Ameritron 811) și antenă am intercalat un adaptor de antenă (Antenna Tuner-MJF –945D [MJ-07]), care are atât rolul de a face adaptarea între etajul final și antenă, cât și de a măsura puterea directă și cea reflectată.

Aceste indicații se regăsesc în tabelul 2.1 și sunt ilustrate în figurile 2.9, 2.10, 2.11.

Desigur, deși aceste valori sunt exacte , ele totuși măsoară doar puterea directă și reflectată ÎNAINTEA antenei.

Pentru a doua metodă de evaluare, măsuratorile au fost făcute cu un indicator de câmp (un miliampermetru analogic cu o dioda de germaniu montată între borne) și doua terminale (metoda împrumutată din practica radioamatorilor).

Pentru a avea o coerență a măsuratorilor, am fixat instrumentul la o distanță determinată constantă și am montat vârful sondei pe pedestalul pe care se așează probele. Am acordat antena din condensatorul variabil pentru indicație maximă, iar din acest punct am scăzut și am crescut puterea după necesitățile cercetărilor, estimând procentual din valoarea maximă a câmpului electromagnetic (tabelul 2.2).

Dealtfel, acordarea antenei în funcție de fiecare probă folosită este un fapt absolut necesar, datorita faptului că la orice probă introdusă în câmp apare o dezadaptare.

Folosind ambele metode de masură, observațiile făcute relevă faptul că nu este o proporționalitate directă între puterea indicată pe adaptorul de antena și cea reală, din focarul antenei, adică din punctul de interes (VOI) [Pa-13]. Această observație a schimbat strategia de abordare și a făcut ca metoda de măsură adoptată sa fie a doua, adaptată faptului că de fapt, în câmp apropiat, antena se transformă într-un aplicator!

Mai departe, dorind să respectăm cerințele de proiectare, am încercat să obținem un câmp constant în interiorul VOI.

Am fixat caseta cu 12 probe în VOI și am măsurat câmpul în fiecare pozitie (folosind osciloscopul și o sonda de camp), obținând tabelul 2.3, care în primul rând demonstrează că valorile câmpului în interiorul antenei nu sunt constante, dar ne arată proporționalitatea dintre ele, fapt extrem de important și care ne permite sa evaluăm cu exactitate valoarea câmpului în fiecare.

Tabelul 2.3:Valorile câmpului electromagnetic în interiorul antenei Prototip 3 [Pa-13]

Derivat din tabelul 2.3, considerând punctul PR etalon și cu valoarea 1, am calculat tabelul 2.4, cu valorile calculate în funcție de referință.

Tabelul 2.4. Valorile câmpului electromagnetic, exprimate ca procent din valoarea punctului de referință PR măsurat. [Pa-13]

Măsuratorile din tabelul 2.3 sunt reprezentate grafic in Fig. 2.21

Figura 2.23. Distributia intensitatii câmpului electromagnetic în interiorul antenei [3Pa]

Valorile exprimate grafic in figura 2.23, urmarind geometria placii cu 12 godeuri (3 x 4) în figura 2.15 sunt promițătoare, deoarece valorile maxime se află în focar la marginea antenei. Aceasta ne va putea folosi la experimente in vivo, deoarece aplicatorul va putea radia și în exterior.

Următorul pas a fost să definim real valorile câmpului, nu doar sub formă de proporționalitate.

Aduc multumiri în acest sens d-lui Dipl. Eng. George MIHAI, Head of EMC Laboratory Research, Development and Testing National Institute for Electrical Engineering – ICMET Craiova, care a pus la dispoziție laboratorul de cercetări pentru studiul antenei și al sistemului.

Teste antena Prototip 3

Aceste măsurători de laborator au avut ca scop calibrarea instrumentului propriu al sistemului-antenă.

Testele au debutat cu verificarea limitărilor aparatului de măsura, EMR-20, produs Wandel & Goltermann [WA-10]. Conform datelor de catalog, gama de frecvențe este:100 KHz -3 GHz, iar intensitatea maximă a câmpului electromagnetic este de 800 V/m

Poze din camera electrostatică:

Figura 2.24—Sistemul de măsura în camera ecranată

Figura 2.25 – Detaliu din sistemul de măsura în camera ecranată

În figurile 2.24 si 2.25 sunt pozele sistemului de măsură din camera electrostatică.

Câmpul de radiație în jurul antenei a fost măsurat ținându-se seama de limitările aparatului folosit.

La distanța de 15 cm, în focar a fost masurată valoarea de (634 V/m).

Menținându-se distanța, s-a măsurat câmpul în jurul sistemului-antenă, acesta având valoarea de 280 V/m.

În spatele antenei, valoarea câmpului este de 300 V/m.

Indicația aparatului propriu este de 3.

În focar, la 15 cm, avem următorul tabel (2.1), obținut prin măsurarea în fața antenei, la 15 cm (distanță constantă), variind amplitudinea semnalului generat pe frecvența de 13,56 MHz, măsurând concomitent cu indicatorul propriu și cu EMR 200, urmărind dacă se menține proporționalitatea între cele doua indicații:

Tabel 2.5. Valorile câmpului in focar, la 15 cm

Următorul set de măsurători a fost făcut în exteriorul antenei, păstrând constantă sursa, variind distanța, tot pe linia focală, urmărind variația puterii în funcție de distanță.

Tabel 2.6.Definirea câmpului în focar, în funcție de distanță.

Corelând tabelul 2.4 cu tabelul 2.6, rezultă că valoarea de 3150 V/m este cea a punctului de referință PR – etalon din VOI. Deci valorile câmpului în toate celelalte puncte se deduc din proporționalitatea cu valoarea acestui punct. Aceste valori sunt exprimate în tabelul 2.6.

Tabel 2.7 Valorile intensității câmpului în cele 12 godeuri din placa de laborator, exprimat in V/m

Tabel 2.8 – Valorile VSWR-ului și a puterii, măsurate cu indicatorul în punctul PR, în vederea stabilirii lărgimii de banda a sistemului.

Acest tabel relevă cu adevărat lărgimea de banda a sistemului, deoarece este măsurat cu indicatorul aparatului în PR (punctul de referință). Se remarcă faptul că acordarea devine din ce în ce mai grea odată cu creșterea frecvenței. La frecvențe mai mici, acordarea devine ușoară și chiar s-ar putea obține o energie electromagnetică superioară, daca s-ar considera necesar.

Având în vedere că rezultatele de la Laboratorul de Cercetări a Institutului Oncologic pe linii celulare au fost obținute la valori comparabile cu cea obținută în PR (3150 V/m), nu considerăm necesar obținerea unor puteri mai mari. Un alt paramentru care ar putea fi variat ar fi timpul de aplicare a câmpului electromagnetic.

Totodată, banda de frecvență (5 MHz-25 MHz) este o plajă suficient de mare pentru rafinarea rezultatelor obținute.

Semnalul a fost vizualizat pe un osciloscop LECROY WAVERUNNER 204 XI (2 GHz, 4ch, 5 GSample/s ) [LE-05].

Sondele folosite au fost:

Sonda de tensiune, cu care s-a măsurat la bornele antenei Prototip 3 – DTMF 312- 600 V peak

Sonda de curent -30 A Lecroy CP 031, cu care s-a măsurat cu bucla la intrarea î0 antena Prototip 3

Figura 2.26-Semnalul, vizualizat cu sondă de tensiune și sondă de curent, la indicație 5, echivalent 3150 V/m.

Se observă că semnalul din figura 2.26 la frecvența dată (13,56 MHz) își menține aspectul nedistorsionat și defazajul de 90 de grade.

3.EXPUNEREA ÎN CÂMP ELECTROMAGNETIC.

PROTECȚIA OPERATORULUI UMAN LA RADIAȚIA EM

3.1.Protecția la radiații pentru sistemul „Generator de Radiofrecvență de mare putere, folosit in studiul tratamentului cancerului” – rezultate experimentale

Conform normativului ICNIRP [IN-98] (preluat și aplicat în România), la această frecvență valorile maxim admise sunt:

a) în cazul expunerii profesionale: Emax=61V/m, Hmax=0.16A/m, iar densitatea de putere a undei plane echivalente D=10 W/m2

b) în cazul expunerii populației: Emax=28V/m, Hmax=0.073A/m, iar densitatea de putere a undei plane echivalente D=2 W/m2

Aceste valori sunt date însă în cazul expunerii în câmpul îndepărtat; ori aici este vorba de câmpul apropiat, și atunci mai trebuie limitat un efect, acela de inducere de curenți în corp.

Conform normativului [IN-98], expunerea la frecvențe joase și câmp magnetic rezultă în mod normal în absorbții neglijabile ale energiei și aceasta nu duce la creșterea temperaturii corpului.

Totusi, expunerea la câmp electromagnetic la frecvențe peste 100 KHz poate conduce la absorbția de energie de către corpul uman, și în consecință la creșterea temperaturii.

În general, expunerea la un câmp electromagnetic generează o absorbție și distribuție neuniforma de energie în interiorul corpului, necesitând o evaluare dozimetrica (monitorizarea dozimetrică individuală a personalului expus profesional la radiații ionizante reprezintă procesul prin care sunt evaluate și interpretate dozele de radiații primite de persoanele care desfășoară activități în domeniu).

În ceea ce privește absorbția de energie de către corpul uman, câmpurile electromagnetice pot fi împărțite in 4 intervale[IN-98]:

a. Frecvențele între 100 KHz si 20 MHz , a căror absorbție în corp descrește rapid cu scăderea frecvenței, și ale căror absorbție poate să apară în zona gâtului și a picioarelor

b.Frecvențe în intervalul 20 MHz-300 MHz, a căror absorbție relativ mare se face în zona întregului corp, si chiar mai mari în zona capului

c.Frecvențe între 300 MHz si 10 GHz, la care apar absorbții neuniforme semnificative

d.Frecvențe peste 10 GHz, la care absorbția de energie este maximă la nivelul suprafeței corpului (epiderma).

Frecvența folosită în lucrările noastre este 13,56 MHz, deci ne aflăm în zona (100 KHz-20 MHz).

Totodată, din punct de vedere al operatorului, considerăm manipularea acestui sistem ca expunere profesională, deci E max =61 V/m.

În lateralul antenei avem urmatorul tabel:

Tabelul 3.6

Fiind vorba de o expunere profesională, luăm în calcul valoarea E max=61 V/m

Confruntând cu tabelul 3.6 al măsuratorilor, observăm ca distanța minima a operatorului față de antenă este de 35 cm.

4.Sistemul de control

4.1. Sistemul de măsură a temperaturii

Este realizat cu ajutorul unui termometru digital fără contact, produs de firma CALEX ELECTRONIC, tip PECFLT, având următorii parametri [PY-08]:

Termometru PyroEpsilon cu senzor de temperatură fără contact.

Emisivitatea este ajustabilă in funcție de suprafața de măsurat, intre 4 si 20 mA ieșire.

Gama de temperatură este intre -20 si +100 ºC.

Acuratețea +/-1% sau 0,5 ºC

Suprafața de măsura este de ø5mm la o distanță de 100mm

Timpul de răspuns este 90-240 ms

Fig.4.1.Termometrul PECFLT

4.2.Unitatea de control

Unitatea de control este de tipul PPT245 [10-PP].

Se alimentează la 24 V, la 240 V AC sau DC.

Are display digital (4 digiți), configurabil să admită la intrare semnal de la termometrul PECFLT, descris anterior, să afiseze temperatura și să comande la ieșire un releu (aici folosim ieșirea pentru comanda PTT (Push to talk) a amplificatorului de putere AMERITRON 811).

Totodată, ieșirea poate fi trimisă spre un calculator (protocolul folosit este RS485, deci pentru vizualizarea și înregistrarea datelor pe un computer trebuie facută o conversie RS485 la RS 232).

4.3. Indicator calibrat

Folosirea si calibrarea indicatorului a fost descrisa in paragraful 2.3.4.

5.Graficul, armonici (rezultatele măsurătorilor făcute cu Analizor de Spectru ANRITSU [AN-01], Laborator ROMATSA, Cluj)

Fig. 5.1.Acest grafic măsoara densitatea de câmp (măsurată în mV/m), în funcție de frecvență.

Parametrii folosiți pentru măsuratori au fost:

RBW=100KHz.,

VBW=30KHz.,

Sweep time=133ms,

unde RBW este Resolution Bandwidth (lărgimea de bandă a lanțului de RF înainte de detector) si VBW este Video Bandwidth (lărgimea de bandă a semnalului după detector)

Fig. 5.2 Impulsul rezultat, varianta optimă pentru determinarea parametrilor (lărgimea de banda BW, creșterea și descreșterea frontului impulsului-rise time și decay time)

Parametrii folosiți pentru măsuratori au fost:

RBW=100KHz.,

VBW=30KHz.,

Sweep time=103ms

Din măsuratori rezultă:

Timpul de creștere=Timpul de descreștere=0,15 MHz

Lărgimea de banda BW = 0,31 MHz, adică semnalul obținut este simetric și de o formă foarte bună.

Fig.2.24. Semnalul evaluat în gama de frecvențe 0-40 MHz, în scopul vizualizării armonicilor parazite.

Din acest grafic se observă lipsa armonicilor parazite.

Parametrii folosiți pentru măsuratori au fost:

RBW=300KHz.,

VBW=100KHz.,

Sweep time=124ms

6.Bibliografie:

[Es-10] European Standard EN 50364: "Limitation of human exposure to electromagnetic fields from devices operating in the frequency range 0 Hz to 300 GHz, used in electronic article surveillance (EAS), radio frequency identification (RFID) and similar applications", 2010

[Ho-06] Hotararea nr. 1136 din 30/08/2006 privind cerintele minime de securitate si sanatate referitoare la expunerea lucratorilor la riscuri generate de campuri electromagnetice Publicat in Monitorul Oficial, Partea I nr. 769 din 11/09/2006

[HP-03] Fișă tehnică, generator de frecvență HP 8648B

[Ie-03] IEEE Standard P1528.1: “IEEE P1528.1 – Recommended Practice for Determining the Peak Spatial-Average Specific Absorption Rate (SAR) in the Human Body from Wireless Communications Devices, 30 MHz – 6 GHz: General Requirements for using the Finite Difference Time Domain (FDTD) Method for SAR Calculations”, 2003

[IN-98] Durney et al. 1985- ICNIRP guidelines for limiting exposure totime‐varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to300ghz), published in: healthphysics (4):494‐522;1998

[Pa-13] The radio frequency system dedicated to the study of carbon nanotubes behaviour in RF field, D.PANTIS1,2,3, N.CRISAN1 , C. BRAICU 4,M. BORDA11- Technical University Cluj Napoca, Romania, 2- ROMATSA, Romania, 3 – Science Biocreative, Bucharest, Romania, 4.UMF Cluj, Buletinul Științific al Universității Politehnice din Timișoara, 2013, pg. 15-18

[Va-05] Amplificatoare liniare cu tranzistoare VMosfet IRF 510, www.radioamator.ro, Vakarcs Szilárd, 8-11-2005, pg. 1-3

[AN-01] Fișă tehnică, Spectrum Analyser ANRITSU

[AM-02] –Fișă tehnică, amplificator de radiofrecvență Ameritron 811 A

[IX-04]-Fișă tehnică, circuite amplificatoare de radiofrecvență IXZ210N50L

[LE-05] Fișă tehnică osciloscop LECROY WAVERUNNER 204 XI (2 GHz, 4ch, 5 GSample/s )

[MJ-06] Fișă tehnică, analizor de antena MJF 259B

[MJ-07] Fișă tehnică adaptor de antenă MJF –945D

[PY-08] Fișă tehnică, termometru fără contact PyroEpsilon PECFLT, CALEX ELECTRONIC

[TH-09] Fișă tehnică, unitate de control PPT245

[WA-10] Fișă tehnică aparat de măsură a radiației EMR-20, produs Wandel & Goltermann

[ZH-11] Fișă tehnică, amplificator de radiofrecvență de semnal mic ZHL 32A

7. ANEXE

Anexa 7.1. Noțiuni introductive de protecție la radiații cu trimitere la anexe pentru partea teoretică si legislație

În stabilirea mijloacelor de protecție complexe sunt importante doua metode:

Absorbția undelor electromagnetice

Ecranarea față de undele electromagnetice

7.1.2. Absorbția undelor electromagnetice

Materialele absorbante de radiație electromagnetică pot fi în acelasi timp și ecrane de radiație electromagnetică (exista și alte tipuri de ecranare electromagnetică). Pe de altă parte, nu toate materialele utilizate la atenuarea undelor electromagnetice sunt și materiale absorbante. Din puct de vedere al protecției operatorului, cea mai avantajoasă procedură este folosind materialele absorbante de radiații electromagnetice, considerate o clasa mai largă.

Cei mai importanți parametri fizici ce caracterizează materialele sunt:

permitivitatea electrică ε(ω) și

permeabilitatea magnetică μ(ω), ce depind de pulsația ω=2π.

Secțiunea eficace a unui obiect se determină prin calcule bazate pe ecuațiile lui Maxwell utilizând parametrii fizici mai sus mentionați.

1.Clasificarea absorbanților electromagnetici în functie de aplicatiile lor:

Materiale absorbante de radiații radar (RAM) – sunt folosite in tehnologiile stealth pentru a ascunde un corp (vehicul sau aeronavă) de la detecția cu un radar

Materiale pentru camere anehoice

Materiale de ecranare

Materiale absorbante de unde electromagnetice în linii de transmisie de înaltă frecvență

Materiale fantomizate electromagnetic, ce simuleaza tesuturi biologice, oase, fluide etc.

Clasificarea absorbanților electromagnetici în funcție de frecvența de operare

Absorbanți statici sau cvasistatici

Absorbanți de radiofrecventa (HF si VHF)

Absorbanți de unde UHF

Absorbanți de unde milimietrice si microunde

7.1.3.Ecrane si ecranare electromagnetică

Fenomenul atenuării undei electromagnetice de către materialele folosite ca ecrane electromagnetice este caracterizat prin 3 componente:

Atenuarea de absorbție – A

Atenuarea prin reflexie – R

Atenuarea prin reflexie internă – B

Figura 7.1 Reflexia fasciculului electromgnetic direcțional la trecerea printr-un mediu

Suma celor 3 componente ale atenuării se definește ca atenuare efectivă (SE-shielding efectiveness) a materialului

SEdB=AdB+RdB+BdB

AdB-Pierderile de absorbție (în dB)

RdB-Pierderile de reflexie (în dB)

BdB -Termenul de corecție a reflexiei

Materialele folosite depind foarte mult de parametrii radiației.

Ele pot fi:

Conductori metalici

Conductori nemetalici

Polimeri si vopsele cu infuzie metalică

Compoziți polimerici (cu inserții metalice sau nemetalice)

Betoane sau polimeri compoziți

Materiale ceramice

Fibre compozite de grafit

Materiale feromagnetice

Pentru determinarea experimentală a atenuării și a ecranării efective a unor materiale, se poate utiliza celula TEM (celula TEM este un sistem integrat de iradiere cu microunde în mediu termostatat si în atmosferă de CO2 controlată, în regim transversal electric-magnetic mode (TEM)).

Generarea undelor în interiorul incintei se face folosind un generator de RF conectat la incinta TEM.

Puterea câmpului electromagnetic din incintă este măsurată atât în absența materialului de ecranare – P1, cât și în prezența acestuia – P2.

Ecranarea efectivă introdusă de material va fi rezultatul raportului puterilor măsurate:

7.1.4.Materiale folosite la ecranare:

Materiale cu proprietăți absorbante electromagnetice se produc și în Romania la Institutul National de Cercetări Dezvoltare pentru Inginerie Electrică – ICPE-Cercetare Avansată, Bucuresti, adică materiale compozite care conțin particule de grafit, negru de fum sau fier. Materiale textile compozite destinate ecranării electromagnetice; cele mai eficiente sisteme de protecție a persoanelor sunt cele care pot fi „purtate”

(wearable), iar produsele textile sunt dedicate acestei destinatii. Structurile textile prezintă o serie de avantaje (flexibilitate, masă redusa, versabilitate, tehnologii adaptive).

Cercetările anterioare au condus la obținerea unor structuri textile țesute cu inserții metalice care, deși cu bune rezultate din punct de vedere al atenuării undelor electromagnetice, au fost nesatisfacatoare din punct de vedere al valorii de utilizare (rigiditate mare, masa mare, rugozitate superficială, pierderea capacitaăii de ecranare in timp).

Dintre materialele utilizate pentru ecranarea undelor electromangentice, eficacitatea cea mai ridicată o prezintă metalele în diverse forme (foi solide, rețele, suporturi acoperite prin placare, pudre, fire sau filamente introduse in matrice polimerice), a căror conductivitate electrică este foarte mare. Cu toate acestea, metalele

prezintă dezavantajul densitații mari (ex.8,9 g/cm3 pentru Cu), a rezistenței slabe la coroziune si a procesabilitatii slabe.

Aceste dezavantaje sunt eliminate prin utilizarea microfirelor feromagnetice și,

ca alternativă, a polimerilor conductivi.

7.1.5.Nivele tipice de expunere de la sursele de RF medicale

Tabel 7.1. Nivelele tipice de expunere la surse de radiofrecventa in aplicatii medicale

Procedurile de verificare a conformității terminalelor de telefonie mobilă impun ca laboratorul să evalueze expunerea maximă în câmp electromagnetic apropiat pe care o produce obiectul de încercat în corpul utilizatorului (cap și trup).

În prezent această expunere este caracterizată mai mult sau mai puțin complet (la stadiul actual de cunoștințe) de valoarea SAR – în W/kg.

Valoarea maximă a SAR este de 2W/kg corp mediate pe 10g țesut conform normelor europene EN respectiv 1,6W/kg corp mediată pe 1g țesut conform normelor americane IEEE.

Procedurile de măsurare elaborate de standardele CENELEC [Es–10] și IEEE (P 1528) [Ie-03] sunt în mare măsură similare.

Tabel 7.2.Rata specifică de absorbție în Europa și USA

Tabelul 7.2. înfățișează comparativ ratele specifice de absorbtie SAR in Europa și USA

3.2.Dintre obligațiile angajatorului privind determinarea și respectiv măsuri de evitare și reducere a riscului de expunere la câmpuri electromagnetice se precizează următoarele aspecte (Hotarârea nr. 1136, 2006) [Ho-06]:

angajatorul trebuie să evalueze și, dacă este necesar, să măsoare și/sau să calculeze nivelurile câmpurilor electromagnetice la care sunt expuși lucrătorii. Evaluarea, măsurarea și calcularea nivelurilor câmpurilor electromagnetice la care sunt expuși lucrătorii se vor efectua în conformitate cu standardele naționale în domeniu, adaptate standardelor europene armonizate ale CENELEC [Es-10] care acoperă întreaga serie de evaluări, măsurări și calcule;

evaluarea riscurilor trebuie să fie actualizată periodic și ori de câte ori s-au produs modificări semnificative în urma cărora aceasta poate deveni caducă sau atunci când rezultatele supravegherii medicale demonstrează că este necesar.

riscurile generate de expunerea la câmpuri electromagnetice trebuie să fie eliminate sau reduse la minimum, ținându-se seama de progresul tehnic și de existența măsurilor de control al riscului la sursă.

pe baza evaluării riscurilor, atunci când sunt depășite valorile de declanșare a acțiunii, cu excepția cazului în care evaluarea efectuată demonstrează că expunerea nu depășește valorile limită și că este exclus orice risc legat de securitate, angajatorul trebuie să stabilească și să pună în aplicare un program de măsuri tehnice și/sau organizatorice care urmăresc ca expunerea să nu depășească valorile limită de expunere, ținându-se seama, în special, de următoarele elemente:

alte metode de lucru care să conducă la o expunere mai redusă la câmpuri electromagnetice;

măsuri tehnice prin care se urmărește reducerea emisiei câmpurilor electromagnetice, inclusiv, dacă este necesar, recurgerea la mecanisme de blocare, ecranare sau mecanisme similare de protecție a stării de sănătate;

limitarea duratei și a intensității expunerii;

disponibilitatea unui echipament adecvat de protecție individuală.

pe baza evaluării riscurilor, locurile de muncă la care lucrătorii pot fi expuși la câmpuri electromagnetice care depășesc valorile de declanșare a acțiunii trebuie să fie semnalizate corespunzător;

în nici o situație lucrătorii nu trebuie să fie expuși la valori ale câmpului electromagnetic care depășesc valorile limită de expunere;

dacă expunerea depășește valorile limită, în pofida măsurilor luate de angajator pentru aplicarea [13] (Hotarârea nr. 1136, 2006), acesta trebuie să ia imediat măsuri de reducere a expunerii la un nivel inferior valorilor limită, să determine cauzele depășirii valorilor limită de expunere și să modifice în consecință măsurile de protecție și prevenire, pentru a evita orice altă depășire.

angajatorul trebuie să asigure informarea și formarea lucrătorilor expuși la locul de muncă la riscuri generate de câmpuri electromagnetice și/sau a reprezentanților acestor lucrători în raport cu rezultatele evaluării riscurilor.

Anexa 7.2-Poze ale echipamentelor folosite

Figura 2.8 Bis. Ameritron 811

2.15 Bis. Antena Prototip 1-vedere de sus

2.16 Bis. Antena Prototip 1-vedere transversală

2.17 Bis. Antena Prototip 1-vedere laterală

2.18.Bis Antena Prototip 2-vedere de sus

2.19.Bis Antena Prototip 2-vedere transversală

2.20 Bis. Antena Prototip 2-vedere laterala

Fig.2.21 Bis. Antena Kalashnikov-vedere din lateral

Fig.2.22 Bis. Antena Kalashnikov -vedere de sus

Bibliografie:

[Es-10] European Standard EN 50364: "Limitation of human exposure to electromagnetic fields from devices operating in the frequency range 0 Hz to 300 GHz, used in electronic article surveillance (EAS), radio frequency identification (RFID) and similar applications", 2010

[Ho-06] Hotararea nr. 1136 din 30/08/2006 privind cerintele minime de securitate si sanatate referitoare la expunerea lucratorilor la riscuri generate de campuri electromagnetice Publicat in Monitorul Oficial, Partea I nr. 769 din 11/09/2006

[HP-03] Fișă tehnică, generator de frecvență HP 8648B

[Ie-03] IEEE Standard P1528.1: “IEEE P1528.1 – Recommended Practice for Determining the Peak Spatial-Average Specific Absorption Rate (SAR) in the Human Body from Wireless Communications Devices, 30 MHz – 6 GHz: General Requirements for using the Finite Difference Time Domain (FDTD) Method for SAR Calculations”, 2003

[IN-98] Durney et al. 1985- ICNIRP guidelines for limiting exposure totime‐varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to300ghz), published in: healthphysics (4):494‐522;1998

[Pa-13] The radio frequency system dedicated to the study of carbon nanotubes behaviour in RF field, D.PANTIS1,2,3, N.CRISAN1 , C. BRAICU 4,M. BORDA11- Technical University Cluj Napoca, Romania, 2- ROMATSA, Romania, 3 – Science Biocreative, Bucharest, Romania, 4.UMF Cluj, Buletinul Științific al Universității Politehnice din Timișoara, 2013, pg. 15-18

[Va-05] Amplificatoare liniare cu tranzistoare VMosfet IRF 510, www.radioamator.ro, Vakarcs Szilárd, 8-11-2005, pg. 1-3

[AN-01] Fișă tehnică, Spectrum Analyser ANRITSU

[AM-02] –Fișă tehnică, amplificator de radiofrecvență Ameritron 811 A

[IX-04]-Fișă tehnică, circuite amplificatoare de radiofrecvență IXZ210N50L

[LE-05] Fișă tehnică osciloscop LECROY WAVERUNNER 204 XI (2 GHz, 4ch, 5 GSample/s )

[MJ-06] Fișă tehnică, analizor de antena MJF 259B

[MJ-07] Fișă tehnică adaptor de antenă MJF –945D

[PY-08] Fișă tehnică, termometru fără contact PyroEpsilon PECFLT, CALEX ELECTRONIC

[TH-09] Fișă tehnică, unitate de control PPT245

[WA-10] Fișă tehnică aparat de măsură a radiației EMR-20, produs Wandel & Goltermann

[ZH-11] Fișă tehnică, amplificator de radiofrecvență de semnal mic ZHL 32A

ANEXE

Anexa 7.1. Noțiuni introductive de protecție la radiații cu trimitere la anexe pentru partea teoretică si legislație

În stabilirea mijloacelor de protecție complexe sunt importante doua metode:

Absorbția undelor electromagnetice

Ecranarea față de undele electromagnetice

7.1.2. Absorbția undelor electromagnetice

Materialele absorbante de radiație electromagnetică pot fi în acelasi timp și ecrane de radiație electromagnetică (exista și alte tipuri de ecranare electromagnetică). Pe de altă parte, nu toate materialele utilizate la atenuarea undelor electromagnetice sunt și materiale absorbante. Din puct de vedere al protecției operatorului, cea mai avantajoasă procedură este folosind materialele absorbante de radiații electromagnetice, considerate o clasa mai largă.

Cei mai importanți parametri fizici ce caracterizează materialele sunt:

permitivitatea electrică ε(ω) și

permeabilitatea magnetică μ(ω), ce depind de pulsația ω=2π.

Secțiunea eficace a unui obiect se determină prin calcule bazate pe ecuațiile lui Maxwell utilizând parametrii fizici mai sus mentionați.

1.Clasificarea absorbanților electromagnetici în functie de aplicatiile lor:

Materiale absorbante de radiații radar (RAM) – sunt folosite in tehnologiile stealth pentru a ascunde un corp (vehicul sau aeronavă) de la detecția cu un radar

Materiale pentru camere anehoice

Materiale de ecranare

Materiale absorbante de unde electromagnetice în linii de transmisie de înaltă frecvență

Materiale fantomizate electromagnetic, ce simuleaza tesuturi biologice, oase, fluide etc.

Clasificarea absorbanților electromagnetici în funcție de frecvența de operare

Absorbanți statici sau cvasistatici

Absorbanți de radiofrecventa (HF si VHF)

Absorbanți de unde UHF

Absorbanți de unde milimietrice si microunde

7.1.3.Ecrane si ecranare electromagnetică

Fenomenul atenuării undei electromagnetice de către materialele folosite ca ecrane electromagnetice este caracterizat prin 3 componente:

Atenuarea de absorbție – A

Atenuarea prin reflexie – R

Atenuarea prin reflexie internă – B

Figura 7.1 Reflexia fasciculului electromgnetic direcțional la trecerea printr-un mediu

Suma celor 3 componente ale atenuării se definește ca atenuare efectivă (SE-shielding efectiveness) a materialului

SEdB=AdB+RdB+BdB

AdB-Pierderile de absorbție (în dB)

RdB-Pierderile de reflexie (în dB)

BdB -Termenul de corecție a reflexiei

Materialele folosite depind foarte mult de parametrii radiației.

Ele pot fi:

Conductori metalici

Conductori nemetalici

Polimeri si vopsele cu infuzie metalică

Compoziți polimerici (cu inserții metalice sau nemetalice)

Betoane sau polimeri compoziți

Materiale ceramice

Fibre compozite de grafit

Materiale feromagnetice

Pentru determinarea experimentală a atenuării și a ecranării efective a unor materiale, se poate utiliza celula TEM (celula TEM este un sistem integrat de iradiere cu microunde în mediu termostatat si în atmosferă de CO2 controlată, în regim transversal electric-magnetic mode (TEM)).

Generarea undelor în interiorul incintei se face folosind un generator de RF conectat la incinta TEM.

Puterea câmpului electromagnetic din incintă este măsurată atât în absența materialului de ecranare – P1, cât și în prezența acestuia – P2.

Ecranarea efectivă introdusă de material va fi rezultatul raportului puterilor măsurate:

7.1.4.Materiale folosite la ecranare:

Materiale cu proprietăți absorbante electromagnetice se produc și în Romania la Institutul National de Cercetări Dezvoltare pentru Inginerie Electrică – ICPE-Cercetare Avansată, Bucuresti, adică materiale compozite care conțin particule de grafit, negru de fum sau fier. Materiale textile compozite destinate ecranării electromagnetice; cele mai eficiente sisteme de protecție a persoanelor sunt cele care pot fi „purtate”

(wearable), iar produsele textile sunt dedicate acestei destinatii. Structurile textile prezintă o serie de avantaje (flexibilitate, masă redusa, versabilitate, tehnologii adaptive).

Cercetările anterioare au condus la obținerea unor structuri textile țesute cu inserții metalice care, deși cu bune rezultate din punct de vedere al atenuării undelor electromagnetice, au fost nesatisfacatoare din punct de vedere al valorii de utilizare (rigiditate mare, masa mare, rugozitate superficială, pierderea capacitaăii de ecranare in timp).

Dintre materialele utilizate pentru ecranarea undelor electromangentice, eficacitatea cea mai ridicată o prezintă metalele în diverse forme (foi solide, rețele, suporturi acoperite prin placare, pudre, fire sau filamente introduse in matrice polimerice), a căror conductivitate electrică este foarte mare. Cu toate acestea, metalele

prezintă dezavantajul densitații mari (ex.8,9 g/cm3 pentru Cu), a rezistenței slabe la coroziune si a procesabilitatii slabe.

Aceste dezavantaje sunt eliminate prin utilizarea microfirelor feromagnetice și,

ca alternativă, a polimerilor conductivi.

7.1.5.Nivele tipice de expunere de la sursele de RF medicale

Tabel 7.1. Nivelele tipice de expunere la surse de radiofrecventa in aplicatii medicale

Procedurile de verificare a conformității terminalelor de telefonie mobilă impun ca laboratorul să evalueze expunerea maximă în câmp electromagnetic apropiat pe care o produce obiectul de încercat în corpul utilizatorului (cap și trup).

În prezent această expunere este caracterizată mai mult sau mai puțin complet (la stadiul actual de cunoștințe) de valoarea SAR – în W/kg.

Valoarea maximă a SAR este de 2W/kg corp mediate pe 10g țesut conform normelor europene EN respectiv 1,6W/kg corp mediată pe 1g țesut conform normelor americane IEEE.

Procedurile de măsurare elaborate de standardele CENELEC [Es–10] și IEEE (P 1528) [Ie-03] sunt în mare măsură similare.

Tabel 7.2.Rata specifică de absorbție în Europa și USA

Tabelul 7.2. înfățișează comparativ ratele specifice de absorbtie SAR in Europa și USA

3.2.Dintre obligațiile angajatorului privind determinarea și respectiv măsuri de evitare și reducere a riscului de expunere la câmpuri electromagnetice se precizează următoarele aspecte (Hotarârea nr. 1136, 2006) [Ho-06]:

angajatorul trebuie să evalueze și, dacă este necesar, să măsoare și/sau să calculeze nivelurile câmpurilor electromagnetice la care sunt expuși lucrătorii. Evaluarea, măsurarea și calcularea nivelurilor câmpurilor electromagnetice la care sunt expuși lucrătorii se vor efectua în conformitate cu standardele naționale în domeniu, adaptate standardelor europene armonizate ale CENELEC [Es-10] care acoperă întreaga serie de evaluări, măsurări și calcule;

evaluarea riscurilor trebuie să fie actualizată periodic și ori de câte ori s-au produs modificări semnificative în urma cărora aceasta poate deveni caducă sau atunci când rezultatele supravegherii medicale demonstrează că este necesar.

riscurile generate de expunerea la câmpuri electromagnetice trebuie să fie eliminate sau reduse la minimum, ținându-se seama de progresul tehnic și de existența măsurilor de control al riscului la sursă.

pe baza evaluării riscurilor, atunci când sunt depășite valorile de declanșare a acțiunii, cu excepția cazului în care evaluarea efectuată demonstrează că expunerea nu depășește valorile limită și că este exclus orice risc legat de securitate, angajatorul trebuie să stabilească și să pună în aplicare un program de măsuri tehnice și/sau organizatorice care urmăresc ca expunerea să nu depășească valorile limită de expunere, ținându-se seama, în special, de următoarele elemente:

alte metode de lucru care să conducă la o expunere mai redusă la câmpuri electromagnetice;

măsuri tehnice prin care se urmărește reducerea emisiei câmpurilor electromagnetice, inclusiv, dacă este necesar, recurgerea la mecanisme de blocare, ecranare sau mecanisme similare de protecție a stării de sănătate;

limitarea duratei și a intensității expunerii;

disponibilitatea unui echipament adecvat de protecție individuală.

pe baza evaluării riscurilor, locurile de muncă la care lucrătorii pot fi expuși la câmpuri electromagnetice care depășesc valorile de declanșare a acțiunii trebuie să fie semnalizate corespunzător;

în nici o situație lucrătorii nu trebuie să fie expuși la valori ale câmpului electromagnetic care depășesc valorile limită de expunere;

dacă expunerea depășește valorile limită, în pofida măsurilor luate de angajator pentru aplicarea [13] (Hotarârea nr. 1136, 2006), acesta trebuie să ia imediat măsuri de reducere a expunerii la un nivel inferior valorilor limită, să determine cauzele depășirii valorilor limită de expunere și să modifice în consecință măsurile de protecție și prevenire, pentru a evita orice altă depășire.

angajatorul trebuie să asigure informarea și formarea lucrătorilor expuși la locul de muncă la riscuri generate de câmpuri electromagnetice și/sau a reprezentanților acestor lucrători în raport cu rezultatele evaluării riscurilor.

Anexa 7.2-Poze ale echipamentelor folosite

Figura 2.8 Bis. Ameritron 811

2.15 Bis. Antena Prototip 1-vedere de sus

2.16 Bis. Antena Prototip 1-vedere transversală

2.17 Bis. Antena Prototip 1-vedere laterală

2.18.Bis Antena Prototip 2-vedere de sus

2.19.Bis Antena Prototip 2-vedere transversală

2.20 Bis. Antena Prototip 2-vedere laterala

Fig.2.21 Bis. Antena Kalashnikov-vedere din lateral

Fig.2.22 Bis. Antena Kalashnikov -vedere de sus

Similar Posts

  • Sistemul de Tractiune

    Sistemul de tractiune CAPITOLUL 1 Automobilele cu tracțiune integrală AWD & 4WD (4×4) La un automobil, grupul moto-propulsor generează și transmite la roată o forță de tracțiune necesară deplasării automobilului. Motorul termic produce puterea necesară, iar transmisia o distribuie către roțile motoare. Nu toate punțile unui automobil sunt punți motoare, acestea pot fi și libere…

  • Sistem de Securitate cu Comunicator Gsm

    CUPRINS Capitolul 1. Introducere Capitolul 2. Arhitectura sistemelor de securitate 2.1 Concepte și terminologie 2.2 Comunicația între componentele sistemului și centrală 2.3 Porturile de comunicație externă Capitolul 3. Detecția stării de alarmă 3.1 Principii de detecție 3.2 Tipuri de detectoare 3.2.1 Traductoare de proximitate 3.2.1.1 Traductoare de proximitate inductive. 3.2.1.2 Traductoare de proximitate magnetice 3.2.1.3…

  • Spatii Riemann Izometrice

    CUPRINS INTRODUCERE………………………………………………………………………………………..3 CAPITOLUL I – VARIETĂȚI DIFERENȚIABILE……………………………………7 Varietați diferențiabile. Exemple…………………………………………………………..7 Aplicații diferențiabile………………………………………………………………………..13 Vectori tangenți…………………………………………………………………………………15 Diferențiala unei aplicații într-un punct……………………………………………….19 Vectori cotangenți……………………………………………………………………………..21 Tensori de tip (r, s) pe o varietate diferențiabilă M………………………………..22 Algebre Lie……………………………………………………………………………………….24 Forme diferențiale……………………………………………………………………………..26 Grupuri de transformări cu un parametru ……………………………………………28 Spații fibrate vectoriale………………………………………………………………………29 Conexiuni în fibrate vectoriale…………………………………………………………….30 CAPITOLUL II – SPAȚII RIEMANN………………………………………………………32 Definiție….

  • Prelucrarea Polimerilor

    Prelucrarea polimerilor In aceasta lucrare sunt descrise metodele de prelucrare a polimerilor,acestia reprezentand totalitatea proceselor fizice, mecanice și chimice la care sunt supuși polimerii sau amestecurile de polimeri cu alte substanțe mic moleculare, denumite aditivi, pentru a obține un semifabricat sau un produs finit. Introducere Tehnologiile de obținere a unor noi materiale polimerice sunt foarte…

  • Transformatorul Monofazat

    CAPITOLUL I Descrierea masinilor asincrone 1. Elemente constructive de baza. Numim masina asincrona orice masina de curent alternativ care, la frecventa data a retelei, functioneaza cu o turatie variabila cu sarcina. In continuare vor fi prezentate numai masinile asincrone fara colector, numite obisnuit masini asincrone care sunt cele mai robuste si sigure in exploatare, motiv…

  • Calitatea ȘI Securitatea Mediului ÎN Domeniul Energetic

    CUPRINS Introducere Sectorul energetic are o importanță vitală pentru dezvoltarea economică și socială și pentru îmbunătățirea calității vieții populației [1]. O cerință de bază a dezvoltării durabile este asigurarea alimentării cu energie electrică necesară și accesul la serviciile energetice privind sursele regenerabile. Se știe faptul că fără energie electrică nu se poate concepe viața modernă,…