ES2262325T3

ES2262325T3 - Dispositivo para la medicion de la proporcion de absorcion especifica.

Info

Publication number: ES2262325T3
Application number: ES99929228T
Authority: ES
Inventors: Volker Hombach; Bernd Marx; Thomas Loppnow
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: DE59913338D1; JP2002526949A; EP1145022A3; EP1145022B1; WO2000004399A3; ATE323291T1; WO2000004399A2; US6587677B1; CA2300303A1; EP1145022A2

Abstract

Dispositivo para la medición de la proporción de absorción específica inducida en una cabeza de maniquí por un aparato productor de campos electromagnéticos, preferentemente por un teléfono móvil, caracterizado porque está configurado como una cabeza de maniquí esférica (4) homogénea, con un diámetro, preferentemente, de 180 a 200 mm y constituido por un material sólido, por ejemplo, una combinación de resina sintética, polvo cerámico y polvo de grafito, con las características eléctricas del tejido humano medio, en particular una constante dieléctrica relativa = 42 y una conductividad específica = 0, 9 S/m a 900 MHz, porque, incorporada en una zona de 5 ¿ 10 mm por debajo de la superficie de la esfera, se encuentra una sonda bipolar (1) de aproximadamente 8 mm de longitud configurada como una sonda de campo eléctrica, conectada mediante un conductor de alta resistencia (3) con una unidad electrónica de evaluación (2) situada en el centro de la esfera, porque la unidad electrónica de evaluación (2) está conectada mediante un conductor (7) con un instrumento indicador (6) analógico/digital para la lectura de la proporción de absorción específica SAR, y porque para la determinación del valor absoluto de la proporción de absorción específica, de acuerdo con las normas, a una distancia de 10 mm a 50 mm encima del maniquí, esfera (4), se encuentra dispuesto un dipolar transmisor (9) con una longitud total de una mitad de la longitud de onda, alimentado con una potencia definida, siendo el valor de medición indicado en este proceso comparado con el valor de medición resultante de un cálculo de simulación con la misma disposición geométrica y la misma potencia de transmisión.

Description

Dispositivo para la medición de la proporción de absorción específica.

Campo de aplicación

En la sociedad industrial moderna se utiliza una serie de aparatos que producen campos electromagnéticos. Para proteger la salud de las personas, en las normas o leyes, nacionales e internacionales se han estipulado valores límites para campos de este tipo que no deben ser superados. Como magnitud de medición base para la cuantificación de la exposición electromagnética en un campo de alta frecuencia, se utiliza la proporción de absorción específica SAR, que indica la potencia absorbida por unidad de masa en el tejido. En el caso de una exposición a campos cercanos, tal como la que sucede, por ejemplo, cuando se usan teléfonos móviles, los valores límite de la SAR se refieren a la absorción máxima media en 1 g o 10 g de tejido humano. La distribución de la SAR en una persona puede determinarse mediante cálculos numéricos de simulación o mediante mediciones con sondas de campos eléctricos en maniquís. La principal ventaja de la medición frente al cálculo consiste en la constatación sencilla y fiable de diferencias y dispersiones entre aparatos individuales productores de campos electromagnéticos.

Estado actual de la técnica

Debido a que la medición de los valores SAR no puede hacerse directamente sobre un organismo vivo, se utilizan maniquís o modelos del cuerpo humano o de partes del cuerpo como, por ejemplo, la cabeza, que reflejan de la mejor forma posible las circunstancias reales. Un puesto de medición utilizado frecuentemente para la determinación de valores SAR producidos en una cabeza por teléfonos móviles está descrito en "Q. Balzano, O. Garay y T. J. Manning: "Electromagnetic energy exposure of simulated users of portable cellular telephones" ("Exposición a energía electromagnética de usuarios simulados de teléfonos portátiles celulares", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 44, No. 3, Agosto 1995, páginas 390-403." En este caso, el teléfono móvil a examinar es fijado exteriormente a un maniquí que reproduce la forma de una cabeza humana. El maniquí se compone de un casco delgado de plástico relleno de un líquido que simula el tejido. En este líquido se mueve una sonda de campo con ayuda de un robot industrial controlado por un ordenador. En este proceso, el ordenador registra los valores de intensidad de campo eléctrico o los valores SAR en una retícula tridimensional dispuesta en el maniquí y, a partir de los valores individuales, calcula los valores medios SAR límite relevantes sobre los valores de 1 g o 10 g de masa de tejido. Además de ventajas indudables, un puesto de medición de esta clase presenta diferentes desventajas para series sistemáticas y para ensayos para el desarrollo:

a) La utilización de un robot industrial, incluido el mando tridimensional, origina inversiones y costes operativos elevados.

b) El tiempo necesario para completar el proceso de medición de una sola posición del teléfono móvil es de 30 minutos o más. Habitualmente, se necesitan múltiples procesos de medición completos para determinar la posición menos favorable con el valor SAR más elevado.

c) Para poder mover la sonda de campo en el interior del maniquí, se requiere que el mismo esté lleno de un líquido. Debido a que con el transcurso del tiempo el líquido se evapora y sus propiedades eléctricas cambian, los parámetros del líquido deben controlarse constantemente.

Objetivos y solución

La invención tiene el objetivo de evitar los inconvenientes del puesto de medición conocido en la calificación de aparatos productores de campos electromagnéticos de alta frecuencia:

a) En el dispositivo de medición, según la invención, la sonda de campo eléctrico no se mueve en el interior del maniquí, sino que se encuentra en un punto fijo definido, preferentemente de 5 a 9 mm por debajo de la superficie. De esta manera, se suprime el coste para el movimiento mecánico, su mando y evaluación. En su lugar, el aparato a comprobar (por ejemplo, un teléfono móvil) pasa por delante manualmente o mediante un mecanismo de desplazamiento sencillo, por afuera de la superficie del maniquí. En este proceso, también es posible captar la influencia de la mano.

b) Pueden utilizarse dispositivos auxiliares mecánicos sencillos de plástico no conductor para el ajuste, por ejemplo, de las posiciones del aparato estudiado, especificadas por una norma. Mediante pruebas selectivas es posible establecer, con poco gasto y en el más breve tiempo, la posición en la que la proporción de absorción específica indicada es máxima.

c) La presente invención utiliza un maniquí de un material sólido formado, por ejemplo, de una combinación de resina sintética, polvo cerámico y polvo de grafito. "T. Kobayashi y otros: Dry phantom composed of ceramics and its application to SAR estimation, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 41, No. 1, enero 1933, páginas 136-140" revela que las propiedades eléctricas de tejidos humanos también pueden reproducirse con materiales sólidos. Como se explicará, la observación exacta de los parámetros del tejido solo es de una importancia secundaria para la exactitud de medición del dispositivo de medición, según la invención. El maniquí sólido es atóxico, sencillo de manipular y sus propiedades no cambian con el paso del tiempo.

d) Debido a que en el maniquí con pérdidas la sonda de campo se encuentra en un punto fijo, el coste requerido para la difusión de la señal detectada es esencialmente menor que usando las sondas altamente complicadas que deben utilizarse en maniquís con líquidos. La señal de sonda solamente debe ser amplificada mediante un simple circuito electrónico y alimentarse a un instrumento indicador que forma el valor medio temporal.

Descripción de la invención

La estructura de un dispositivo de medición, según la invención, se explicará basándose en diferentes dibujos, en los cuales:

la figura 1 muestra una vista en sección de un dispositivo de medición, según la invención,

la figura 2 muestra otro ejemplo de realización con un maniquí semiesférico,

la figura 3 sirve para la explicación de la calibración de un dispositivo de medición, según la invención,

la figura 4 muestra el ejemplo de un dispositivo auxiliar para el posicionamiento definido de teléfonos móviles.

El dispositivo de medición comprende, tal como se muestra en la figura 1, una esfera (4) con un diámetro de 180 a 200 mm. El material de la esfera es sólido y tiene aproximadamente las características eléctricas medias del tejido humano (por ejemplo, a 900 MHz tienen los valores: constante dieléctrica relativa = 42, conductividad específica = 0,9 S/m). La esfera es sostenida por un soporte (5) de material no conductor. Para la medición del valor SAR medio sobre 1 g, se encuentra dispuesta una sonda bipolar (1) con una longitud total de aproximadamente 8 mm a una distancia de 5 mm debajo de la superficie de la esfera. Para la medición del valor SAR medio en 10 g, la distancia de la sonda a la superficie de la esfera debe ser aproximadamente de 9 mm. La señal de alta frecuencia recibida por la sonda bipolar es rectificada mediante un diodo detector y transmitida a través de un filtro paso bajo y un conductor de alta resistencia (3) a la unidad electrónica de evaluación (2) en el centro de la esfera. La unidad electrónica de evaluación proporciona una corriente continua, proporcional al valor SAR local medido, a través de un conductor (7) al instrumento indicador analógico o digital (6). La alimentación de corriente de la unidad electrónica de evaluación puede alojarse por dentro o por fuera de la esfera. El aparato a comprobar (8) que puede ser, por ejemplo, un teléfono móvil, pasa por delante de la superficie de la esfera. En este proceso, en el instrumento indicador puede leerse directamente el valor SAR medio de 1 g o 10 g. De este modo, de manera realmente sencilla puede encontrarse, entre otros, la posición con la lectura máxima.

Debido a que la esfera maniquí afectada de pérdida, en la situación de exposición que interesa en este caso, la polarización de la intensidad de campo eléctrico cerca de la superficie se encuentra dispuesta virtualmente paralela a la superficie, es suficiente utilizar una sonda dipolar con brazos dipolares dispuestos de forma correspondiente. Mediante el giro del aparato a comprobar se determina, en primer lugar, la alineación de polarización con la lectura máxima. Para poder ser independiente de la alineación de polarización de la antena del aparato, también es posible instalar dos dipolares, dispuestos perpendiculares entre sí y cada uno paralelo a la superficie, cuyas señales son sumadas en la unidad electrónica de evaluación.

Debido al gran efecto de apantallado y absorción del material del maniquí, el dispositivo de medición puede estar formado sólo por una semiesfera (4a), tal como se ve en la figura 2. Para proveer información referida a las normas respecto del valor absoluto de la proporción de absorción específica, es necesario calibrar el dispositivo de medición antes del uso. La figura 3 muestra un método de calibración sencillo pero fiable. Un dipolar transmisor (9) de una longitud total correspondiente a la mitad de una longitud de onda se posiciona a una distancia de 10 a 50 mm encima de la esfera y es alimentada con una potencia determinada. El valor de medición mostrado en este caso se compara con el valor de medición obtenido por un cálculo de simulación usando la misma disposición geométrica y la misma potencia de transmisión. Debido a que las mediciones por el método de las diferencias finitas en el tiempo, el método de elementos finitos o el método de momentos producen para geometrías tan sencillas resultados verificables y fiables, pueden ser compensadas las influencias de diferentes errores surgidos durante la calibración de toda la disposición, resultantes de imprecisiones provenientes de la fabricación de la esfera maniquí (por ejemplo, respecto de los parámetros eléctricos del material y el posicionamiento de la sonda). Es oportuno incorporar los factores de calibración directamente en la unidad electrónica de evaluación, para conseguir una indicación instrumental de lectura sencilla.

Para mediciones especiales, de acuerdo con las normas, es necesario un posicionamiento definido del teléfono móvil a comprobar. Para que un posicionamiento de este tipo pueda ajustarse de manera reproducible, puede instalarse un dispositivo auxiliar -10- de plástico no conductor de acuerdo, por ejemplo, con la figura 4. El dispositivo auxiliar debe estar dotado de marcaciones apropiadas y ser móvil sobre múltiples ejes.

Con respecto a la comparabilidad de los valores SAR determinados mediante el dispositivo de medición, según la invención, con los valores SAR presentes realmente en un ser humano, deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:

\bullet: Como muestran los experimentos de simulación detallados, los valores SAR provenientes del mismo teléfono móvil, manifestados en diferentes cabezas humanas, presentan una cierta dispersión que debe ser atribuida a las formas exteriores individuales, a la distribución de tejidos no homogéneos diferentes y a parámetros de tejidos distintos entre sí. En consecuencia, no existe el valor SAR único que pueda ser atribuido a un teléfono móvil.

\bullet: Tanto los cálculos de simulación como mediciones confirman que, con una elección apropiada de la constante dieléctrica y la conductividad de un modelo de cabeza homogéneo, los valores SAR medios de 1 g o 10 g, provenientes de un teléfono móvil en campo cercano, son mayores o iguales a los valores SAR de un modelo de cabeza no homogéneo. En consecuencia, los valores SAR obtenidos con modelos homogéneos orientados a los valores límites para la seguridad humana se encuentran con un margen de seguridad.

\bullet: En maniquís homogéneos, la absorción electromagnética depende del contorno superficial o bien del radio de curvatura. En una exposición de campo cercano, el valor máximo local de SAR medio en 1 g o 10 g sólo aumenta muy poco con radios de curvatura mayores de un cuarto de longitud de onda. Por ese motivo, una esfera con un diámetro de 180 a 200 mm reproduce muy bien los radios de curvatura relevantes de las cabezas humanas y proporcionan valores SAR más bien mayores en vez de valores menores.

Claims

1. Dispositivo para la medición de la proporción de absorción específica inducida en una cabeza de maniquí por un aparato productor de campos electromagnéticos, preferentemente por un teléfono móvil, caracterizado porque está configurado como una cabeza de maniquí esférica (4) homogénea, con un diámetro, preferentemente, de 180 a 200 mm y constituido por un material sólido, por ejemplo, una combinación de resina sintética, polvo cerámico y polvo de grafito, con las características eléctricas del tejido humano medio, en particular una constante dieléctrica relativa = 42 y una conductividad específica = 0,9 S/m a 900 MHz, porque, incorporada en una zona de 5 - 10 mm por debajo de la superficie de la esfera, se encuentra una sonda bipolar (1) de aproximadamente 8 mm de longitud configurada como una sonda de campo eléctrica, conectada mediante un conductor de alta resistencia (3) con una unidad electrónica de evaluación (2) situada en el centro de la esfera, porque la unidad electrónica de evaluación (2) está conectada mediante un conductor (7) con un instrumento indicador (6) analógico/digital para la lectura de la proporción de absorción específica SAR, y porque para la determinación del valor absoluto de la proporción de absorción específica, de acuerdo con las normas, a una distancia de 10 mm a 50 mm encima del maniquí, esfera (4), se encuentra dispuesto un dipolar transmisor (9) con una longitud total de una mitad de la longitud de onda, alimentado con una potencia definida, siendo el valor de medición indicado en este proceso comparado con el valor de medición resultante de un cálculo de simulación con la misma disposición geométrica y la misma potencia de transmisión.

2. Dispositivo para la medición de la proporción de absorción específica, según la reivindicación 1, caracterizado porque el maniquí se compone de un sector de esfera, por ejemplo, de una semiesfera (4a).

3. Dispositivo para la medición de la proporción de absorción específica, según la reivindicación 1, caracterizado porque para el posicionamiento definido reproducible del aparato a comprobar (8) se encuentra aplicado al maniquí desde fuera un dispositivo auxiliar (10), movible sobre múltiples ejes, que se compone de un material plástico no conductor y presenta marcaciones apropiadas.

4. Dispositivo para la medición de la proporción de absorción específica, según la reivindicación 1, caracterizado porque la sonda de campo eléctrico está compuesta de un dipolar eléctrico (1) o de dos dipolos dispuestos perpendiculares entre sí.

5. Dispositivo para la medición de la proporción de absorción específica, según la reivindicación 1, caracterizado porque el maniquí, esfera (4) es sujetado por un soporte (5) de material no conductor.