NO851767L - Personlig mikroboelgemonitor - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører mikrobølgemålings-anordninger og nærmere bestemt en liten personlig mikro-bølgemonitoranordning som kjennetegnes ved bruken av en mikroremseantenne og styreelektronikk tilpasset til å gi en feltalarm, feltmonitor, akkumulert dosealarm og integrert bestråling av individer.

Slik det er velkjent, har det funnet sted en dramatisk økning i bruken av mikrobølgehøyfrekvent stråling i de senere år, både i militære, medisinske, boligmessige og industrielle anvendelser. Selv om denne økning har medført betydelige teknologiske forbedringer i disse områder, er det oppstått bekymring over de biologiske risikoer ved høyfrekvente bestråling av individer.

Anerkjennelsen av denne bekymring har medført forskrifter av ulike nasjonale myndigheter som forsøker å definere den maksimalt tilgjengelige bestråling av individer overfor slik utstråling. Hittil har de fleste av disse forskrifter diktert hellegemsresonansbestrålingsstandarder for individer som har typisk plassert en gjennomsnittlig bestemt absorpsjonsnivå (SAR) grense på bestrålningen i størrelsen av ca. 0,4w/Kg over et frekvensområde av 0,3 til 3.000 MHz. Imidlertid har the American National Standard Institute Committee nylig funnet at en viss ujevn oppvarming eller "varmepunkt" verdier og dellegemsresonan-ser eksisterer innenfor spesielle frekvensbånd for hvilke SAR grensen i realiteten er for høy til positivt å hindre biologisk skade på visse kroppsdeler slik som individenes hode. Således finnes det innenfor teknikken et behov for en mikrobølgemonitoranordning som er i stand til nøyaktig å måle bestrålingsnivåene på individer både over de normale frekvensområdene for mikrobølgeutstrålingen samt varmepunktfrekvensbåndene.

Selv om dette behov har vært anerkjent i en begrenset utstrekning i den kjente teknikk, kan mikrobølgemonitor-anordninger hittil i grunntrekk kategoriseres i tre grupper, hvor den første er kompliserte laboratoriefeltsonder, den andre er bærbære undersøkelsesmonitorer, og den tredje er generell mikrobølgemonitor, slik som krystallmonitorer. Den kjente teknikks kompliserte laboratoriefeltsonder og undersøkelsesmonitorer har typisk vist seg å være meget kostbare, akkumulerer ikke bestrålningen og er tungvinte å anvende under feltforhold etter-som de krever bruken av begge hender hos et individ og full oppmerksomhet under drift. I tillegg har krystallmonitorer, selv om de er vesentlig mindre kostbare enn de kompliserte laboratorieinstrumenter typisk vist seg å være meget unøyaktige og er derfor upålitelig for felttesting.

Derfor er det fortsatt tilstede et vesentlig behov innenfor teknikken for en relativt liten, bærbar, rimelig felt-overvåkningsanordning som er i stand til nøyaktig og kontinuerlig måle og akkumulere bestrålingsnivåene for den høyfrekvente strålingen ved bestemte dellegemsreson-ansfrekvensbånd som har tilknyttning til hasardiøse "varmepunkter".

Den foreliggende oppfinnelse vedrører i særdeleshet og unngår de ovenfornevnte mangler som er knyttet til den kjente teknikk. Nærmere bestemt tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en forbedret mikrobølgefeltmonitor-anordning, kjennetegnet ved bruken av en mikrobåndantenne og styreelektronikk for å tilveiebringe en feltalarm, feltmonitor, akkumulert dosealarm, og integrert doseangivelse av høyfrekvent bestrålning på et individ. P.g.a. inkorporeringen av mikroremseantennen og elektronikken, kan monitoren ifølge foreliggende oppfinnelse pakkes i et uhyre lite format som har typiske dimensjoner av mindre enn 63,5 mm x 101,6 mm x 6,35 mm, og er fortrinnsvis dannet i et identifikasjonsmerkeformat som er tilpasset til å kunne festes på en brukers bekledning. Monitoren ifølge den foreliggende oppfinnelse er konstruert for topp virkningsgrad ved bestemte kroppsresonanser av interesse med de tilhørende detektorer, remselinjematinger, og til-pasningsnettverk dannet på anmodningfeltnivåene for hvert frekvensbånd som tilveiebringer en varselalarm ved utsettelse for strålingsfelt som overstiger brukerens forutbestemte gitte verdi.

I den foretrukne utførelsesform er mikroremseantenne-elementet hovedsaklig en sandwich av to parallell ledende lag som er adskilt av et enkelt tynt dielektrisk substrat. Forskjellige antennegeometrier kan anvendes som direkte er relatert til antennens ytelsesparametre hva angår resonansfrekvens, båndbredde, virkningsgrad, polarisering og forsterkning. Antennen er integrert i et system som like-retter de mottatte feltnivåer, akkumulerer og lagrer for senere fremvisning av bestrålingen i kalibrert uttrykk for hver ønsket resonansfrekvens. For å akkumulere spennings-nivåer som overgår den bestemte terskel, lagrer det elektroniske systemet disse for hver resonans for å tilveiebringe evnen til å fremvise akkumuleringen etter an-modning .

P.g.a. mikrobølgeantennen og det elektroniske systemet, tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en relativt liten lett bærbar, mikrobølgemonitor som innehar den høye nøyaktighet som er nødvendig for meningsfylt feltbestrål-ingsdata og advarsel vedrørende for stor bestråling. P.g.a. at mikrobølgemonitoren ifølge foreliggende oppfinnelse muliggjør detektering av bestråling ved spesielle frekvensbånd, er den foreliggende oppfinnelse i tillegg meget egnet for overvåkning av dellegemsresonansfrekvenser og tilhørende "varmepunkt" risikoer som skyldes absorpsjon av mikrobølgestrålingen. Ved bruk av masseproduserings-teknikk, kan dessuten den totale kostnad for mikrobølge-monitoren ifølge foreliggende oppfinnelse opprettholdes på

de verdier som muliggjør dens utstrakte bruk.

Disse så vel som andre trekk ved den foreliggende oppfinnelse vil fremtre tydligere ved henvisning til tegning-ene, hvor: Fig. 1 er et perspektivriss av den forbedrede mikro-bølgemonitoren ifølge den foreliggende oppfinnelse anbragt på en individuell bruker, Fig. 2 er et perspektivriss fra baksiden av den forbedrede mikrobølgemonitoren ifølge foreliggende oppfinnelse, Fig. 3 er et forstørret frontperspektivriss av mikro-bølgemonitoren ifølge foreliggende oppfinnelse, og Fig. 4 er et elektrisk skjema over en representativ kanal for den forbedrede mikrobølgemonitoren ifølge foreliggende oppfinnelse.

Idet det henvises til fig. 1-3, er det der vist en forbedret mikrobølgefeltmonitoranordning 10 ifølge den foreliggende oppfinnelse, som i den foretrukne utførelsesform er pakket i et meget lite format som har omtrentlig dimensjoner av 6,35 mm x 101,6 mm x 0,635 mm for derved å være i stand til å kunne festes til en brukers 14 bekledning 12. Ved hjelp av eksempel og ikke begrensende, er monitoren 10 fortrinnsvis utformet med et rektangulært hus som defineres av en frontoverflate 16 og en bakre overflate 18. Slik det best er vist i fig. 2 og 3 er den bakre overflaten 18 forsynt med en konvensjonell ikke-elektrisk ledende nål og låsenhet betegnet generelt med henvisningstallet 20 som kan festes til bekledningen 12 for en bruker mens frontoverflaten 16 innbefatter en styre- og frem-viserdel 22 som er plassert tilliggende monitorens 10 nedre ende og en antennedel 24. I den foretrukne utfør-elsesform kan antennedelen 24 innbefattet egnet kjennetegn 26 slik som navnet, identifikasjonsnummeret eller koden for et individ eller selskap, hvorved monitoren 10 kan fungere som et identifikasjonsmerke for brukeren 14.

De virkende komponenter i monitoren 10 omfatter i grunntrekk to deler: det multispektrale høyfrekvenshodet eller antennen angitt generelt med henvisningstallet 30 tilpasset til å oppsamle strålingsenergi som bestråles på monitoren 10 og den styrende elektroniske seksjon eller system 60 (vist i fig. 4) tilpasset til å tilveiebringe feltnivåmålinger og alarmer. Selv om forskjellige antennetyper kan anvendes, omfatter, i den foretrukne ut-førelsesform det multispektrale høyfrekvenshodet 30 mikrobåndantenner av multiple plantype som har toppopera-sjonsmessig virkningsgrad ved bestemt legemsresonansfrek-venser av interesse.

Nærmere bestemt omfatter mikroremseantenneelementene 30 en sandwich av parallelle ledende lag, slik som 32 og 34 som er adskilt med et tynt dielektrisk substrat. Det nedre ledende laget 34 for hvert av antenneelementene virker som et jordplan mens det andre ledende laget 32 tjener som en resonanslapp (patch). Avhengig av den totale utformning og virkningsgradkravene, kan det øvre ledende laget 32 dannes som enten et rektangel som vist i fig. 3 eller alternativt i sirkulær, spiral, ringformet slisse, ringformet remse eller krysset-dipolutformning. I tillegg er antennegeometrien, slik som størrelse, substrattykkelse, dielektrisitetskonstant og matpunktsted selvfølgelig relatert til antennens ytelsesparametre, slik som resonansfrekvens, resonansmotstand, båndbredde, virkningsgrad, polarisering og forsterkning. I den foretrukne utfør-elsesform er den spesielle mikroremseantennen 30 tilpasset for bruk fra 2 GHz til 15 GHz med forsterkninger i området 4-7 dB. Selvfølgelig kunne andre antenner i form av trykte dipoler eller trykte logaritmiske spiraler anvendes for frekvenser mellom 900 MHz og 2 GHz samt de "høyere frekvenser av 15 - 30 GHz.

Det er et viktig trekk ved den foreliggende oppfinnelse at den spesielle mikrobølgeantennen 30 er i stand til å detektere mikrobølgestråling ved bestemte frekvensbånd. I særdeleshet er den foreliggende oppfinnelse ved hjelp av den spesiellet antennegeometrien og konstruksjonen tilpasset til å overvåke mikrobølgestråling ved dellegemsresonansfrekvenser som i den foretrukne utførelsesform omfatter frekvenser 2,45 GHz, slik som den som typisk til-knyttes mikrobølgeovndrift, 3,0 GHz, 6 GHz, 10 GHz slik som de som er tilknyttet radardrift i x-båndet, og 15 GHz. Slik det vil forståes av fagfolk, er evnen til å overvåke disse bestemte varmepunktfrekvensbånd gjort mulig ved hjelp av den totale antennekonstruksjon samt riktig plassering av de elektriske matere til antenneelementene 30. I den foretrukne utførelsesform er de spesielle elektriske matere som anvendes på multippelantenneelementene 30 plassert ved punkter A for 2,45 GHz frekvensbåndet, punkt B for 3,0 GHz frekvensbåndet, punkt C for 10 GHz, og punkt D for 15 GHz frekvensbåndet. For forbedret over-våkningsevner er en separat C-bånd trykt mikroremsedipol-antenne 31 tilveiebragt på monitoren 10 (som angitt i fig. 3) for 6 GHz båndet. I dette henseende vil fagfolk forstå at forskjellige steder for materene vil bli anvendt avhengig av totalantenneutformning og geometri.

Med henvisning til fig. 4 kan den detaljerte konstruksjon av den elektroniske kretsen 60 ifølge foreliggende oppfinnelse beskrives. For illustrasjonsformål er kretsen 60 vist som en enkelt krets som er forbundet med en enkelt antennekilde. Imidlertid vil fagfolk forstå at den samme kretsen 60 vil bli duplisert for hver av flerheten av antennedetektorer som anvendes ifølge oppfinnelsen. I den foretrukne utførelsesform består kretsen 60 av en mono litisk integrert krets som er en kombinasjon av aktiv og passiv elementer fremstillet ved sukksesiv diffusjons-prosesser på et halvledersubstrat. De aktive elementer er silisiumplane brikker, mens de passive elementer enten er tynn eller tykkfilmkomponenter.

Nærmere bestemt omfatter kretsen 60 detektorseksjon 62 slik som en diode eller termistorbro som er koblet i serie til å danne en tilpasningsseksjon 64 for å frembringe et likespenningssignal til en likestrømsforsterker 66. Avhengig av de totale konstruksjonskriterier vil imidlertid en slik tilpasningsseks jon være eller ikke være krevet i kretsen 60. Den forsterkede spenning deles i to veier og mates til en bestemmelseskrets 68 og en spenning/- frekvensomformer 70. Bestemmelseskretsen 68 innbefatter en justerbar terskel for aktivering av en feltalarm mens spenning/frekvensomformeren anvendes for digitalfelt-nivåmålinger. En hurtig tilbakestillingstaktteller 72 betegnet som en feltmonitorteller er tilveiebragt for å gi en digital fremvisning av feltnivået, mens en 0,1 time-tilbakestillingsteller 74 betegnet som en akkumulert doseteller er tilveiebragt for å måle den akkumulerte dose over en forutbestemt 0,1 timeperiode og aktivere en alarm ved overløp. En akkumulerende teller 76 betegnet som den integrerte doseteller er i tillegg tilveiebragt for å integrere effekten over en hvilken som helst tidslengde inntill en ønsket kapasitet og derved tilveiebringe en integrert dosefremvisning.

Kretsen 60 innbefatter i tillegg en selvtestdel omfattende et tidsur 80 til å aktivere en høyfrekvensoscillator 82 for derved periodisk å tilveiebringe en kort puls av omtrentlig 10 millisekunders varighet på høyfrekvensdiodens 62 inngang. De forskjellige utganger fra feltalarmen, feltmonitoren og spenning/frekvensomformeren 70 korreleres ved hjelp av forskjellige låsende mekanismer 84, 86 og 88 og en OG-port 90 til å aktivere en alarm ved manglende

funksjon av noen av disse komponenter i systemet.

Fordel er en rekke av manuelle trykknappbrytere 100, 102, 104, 106 og 108 tilveiebragt på fremviserdelen 22 av monitoren 10 som, når manuelt nedtrykket, bevirker at utgangs-data som er lagret i kretsen 60 ved respektive frekvens-nivåer, f.eks. 2,45 GHz, 3,0 GHz, 6,0 GHz, 10 GHz og 15 GHz er tilgjengelige for utlesning. Feltalarmen, felt-monitorfremviseren, den akkumulerte dosealarm, og den integrerte dosefremvisning for hvert av de valgte frek-vensnivåer kan så observeres på en digital fremviser 110 og varselslys 12 plassert på fremviserdelene22 av monitoren ved ganske enkelt å nedtrykke bryterene for feltmonitortelleren 72, den akkumulerte dosetelleren 74 og den integrerte dosetelleren 76. En manuell nedtrykkings-bryter 114 kan i tillegg tilveiebringes for å aktivere selvtestingskoplingen i kretsen.

Sammenfatningsvis vil fagfolk således forstå at den foreliggende oppfinnelse omfatter en betydelig forbedring innenfor teknikken ved å tilveiebringe en uhyre liten mikrobølgemonitoranordning 10 som lett kan bæres av et individ 14. I tillegg tilveiebringer anordningen felt-alarmer, feltmonitorer, akkumulerte dosealarmer og integrert doseovervåkning av mikrobølgebestrålning på et individ ved visse varmepunktfrekvenser. Selv om for beskriv-elsens formål visse utformninger og konstruksjoner er blitt angitt her, vil fagfolk forstå at forskjellig modifikasjoner kan foretas på disse, hvilke modifikasjoner helt klart er påtenkt her.

Claims (14)

1. Mikrobølgeovervåkningsanordning, karakterisert ved at den omfatter: et hus som er tilpasset til å kunne bæres på et individ, antenneorganer som bæres av nevnte hus for å detektere mikrobølgestråling som bestråler nevnte hus, midler som reagerer på nevnte antenneorganer for akkumu-lering og integrering av mengden av stråling som bestråler nevnte hus over en forutbestemt tidsperiode, og midler for å fremvise den akkumulerte og integrerte strål-ingsmengde som er bestrålt på nevnte hus til individet.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte antenneorganer innbefatter middel for detektering av mikrobølgestråling ved multiple diskrete frekvensbåndnivå.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at den dessuten omfatter bryterorganer for selektivt å tillate fremvisningen fra nevnte akkumulerende og integrerende midler for hvert av nevnte multiple diskrete frekvensbåndnivå.

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at den dessuten omfatter alarmorganer som reagerer på nevnte akkumulerende og integrerende midler til å alarmere individet med hensyn til utsettelse for forutbestemte mengder av akkumulerte og integrerte strålingsmengder som nenvte hus bestråles med.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at nevnte antenneorgan omfatter en mikroremseantenne.

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at nevnte akkumulerende og integrerende midler omfatter en monolitisk integrert krets.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at den dessuten omfatter midler for pretesting av nevnte mikrobølge integrerte krets for å sikre riktig funksjonering av nevnte krets.

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte fremviserorganer omfatter en digital fremviserinnretning.

9. Mikrobølgeovervåkingsanordning, karakterisert ved at den omfatter: et hus tilpasset til å bæres på et individ, antenneorganer anbragt på nevnte hus tilpasset til å detektere mikrobølgestråling, midler som reagerer på nevnte antenneorganer for å bestemme den integrerte og akkumulerte mengde av mikro-bølgestråling som individet er blitt utsatt for, og midler som reagerer på nevnte bestemmende midler for å alarmere individet med hensyn til strålingsmengder som overskrider forutbestemte nivåer av mikrobølgestråling.

10. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at nevnte antenneorganer innbefatter midler for å detektere mikrobølgestråling ved diskrete multiple frek-vensbåndnivåer.

11. Anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at nevnte antenneorganer omfatter en mikroremseantenne.

12. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at nevnte alarmeringsmiddel omfatter en varsel-lampe som er innrettet til å kunne betraktes av individet.

13 . Anordning som angitt i krav 12, karakterisert ved at nevnte alarmeringsmiddel innbefatter en hørbar alarm.

14. Anordning som angitt i krav 13, karakterisert ved at den ytterligere omfatter midler for selektivt å tilpasse den detekterte mikrobølgestråling til nevnte fremviseranordning ved hvert av de diskrete multiple frek-vensbåndnivåene.