activitati  derulare activitati & contributii    INCDTIM

Activitati derulate si rezultate obtinute in 2006 la Institutul National de Cercetare- Dezvoltare pentru Tehnologii Izotopice si Moleculare Cluj-Napoca

          Activitati…

MONITORIZAREA EVENIMENTELOR ELECTROMAGNETICE IN DOMENIUL DE APLICATII RADIO PENTRU PROTECTIE BIOLOGICA PRIN UTILIZAREA UNUI TRADUCTOR INTELIGENT

Obiectiv, materiale, metoda.
   Monitorizarea distributiei de camp de microunde in domeniul radio (wireless) are ca scop realizarea protectiei biologice, prin avertizare referitoare la nivelul de semnal ambient. In acest studiu principalul scop a fost cel de a monitoriza nivelul de camp exterior unei incinte anecioice experimentale (fig.1), utilizata in iradierea controlata a unor culturi de plante.
   Schema bloc a montajului experimental este prezentata in fig.2. El se compune din sursa de semnal mobila si sistemul de detectie fix gestionate de acelasi calculator compatibil PC (7). Sursa de semnal este incinta anecioica (1) in care semnalul de microunde este radiat cu antena de banda larga (3) iar generatorul este un router wireless de retea LAN (2) cu sursa de alimantare independenta (6). Intreg sistemul sursei de semnal poate fi rotit 360o cu ajutorul unui trepied cu cap mobil (10). Sistemul de detectie se compune din detectorul de camp (4) portabil la care s-a atasat antena directionala de banda larga (5).

Fig.2 Instalatie pentru determinarea distributiei de camp de microunde in plan orizontal, a unei incinte anecioice cu sursa de microunde interna.

Detectorul de camp
   Detectorul de camp utilizat in acest experiment este un prototip denumit “detector de camp inteligent” (fig.3) si a fost realizat in cadrul unui program de cercetare CERES. Destinatia initiala a detectorului a fost cea de monitorizare a semnalelor in regim continuu emise de instalatii de tratament operationale la frecventa de 2.45GHz. Scopul detectorului in acest caz a fost de a realiza protectia biologica prin avertizarea operatorilor asupra nivelului de semnal ambient.
   Constructiv detectorul este un sistem de tip “embedded system”constitut din bloc de receptie RF, amplificare logaritmica si detectie de microunde si bloc digital realizat cu microcontroler continand convertor analog-digital AD intern. Pentru aceasta aplicatie a fost necesara modificarea software-ului (firmware) in subrutinele de citire, stocare si comunicatie externa seriala pentru a putea vizualiza semnale discontinuue de tipul celor WLAN. De asemenea a fost necesara modificarea software-ului de comunicatie de tip “datalogger” deorece sistemele curente de operare (Windows-XP, Windows-2000, Windows-98) nu utilizeaza drivere de comunicatie seriala in timp real motiv pentru care a fost necesara adaptarea unui driver specific pentru comunicatie seriala RS-232 in timp real si realizarea unui software specific de “data-logger”, bazat pe acest driver, (citire in regim continuu din portul serial si stocarea datelor intr-un buffer de meorie). Practic detectorul este operational prin lansarea in executie a software-ului de achizitie de date din meniul de lucru al acestuia prin accesarea butonului CONNECT (dupa selectarea parametrilor de comunicatie).

Fig.3 Detector de camp inteligent, pentru protectie biologica 1-antena detasabila; 2-circuitul detectorului; 3- led de avertizare bi-color;4-conector sursa DC externa; 5-conetor serial 3 fire (RS-232); 6-sursa DC Li-Ion; 7-microcontroler

Pentru masuratorile experimentale de distributie de camp a fost utilizat pentru validare si comparatie si un analizor de camp portabil de tip “SPECTRAN HF-6060” cu domeniu de operare 1MHz-6GHz, gama dinamica de receptie de 10dBm …-100 dBm si antena de banda larga, directionala, calibrata.

          Rezultate – masuratori si distributii de camp - si concluzii:

   In prima etapa a masuratorilor experimentale a fost testata capacitatea detectorului de camp inteligent de a monitoriza semnalele emise de router in normativul WLAN. In figura 4 este prezentat graficul evenimentelor electromagnetice in timp pentru o emisie tipica WiFi normativ WLAN.

Fig. 4 Exemplu de monitorizare de tip data-logger

   Dupa cum se poate observa din grafic (fig.4) detectorul este capabil sa monitorizeze evenimente RF cu durata de ordinul sub 1ms ceea ce il recomanda si pentru monitorizarea evenimentelor de tip comunicatii radio (wireless- Time Division Duplexing).
   In acesta etapa experimentala s-a trecut la masuratori de caracterizare a distributiei de camp de microunde pentru incinta anecioica experimentala in variantele “deschisa” si “inchisa” utilizand doua surse RF de tip wireless, numite in continuare WLAN si WIMAX.

Fig.5. Distributie de camp de microunde cu generator WiFi-WLAN la 2.450GHz; deschiderea incintei se afla pe directia de unghi 0 grade

Fig.6. Distributie de camp de microunde cu generator WIMAX la 2.438GHz; deschidrea incintei se afla pe directia de unghi 0 grade; masuratorile au fost realizat cu analizorul de spectru SPECTRAN HF-6060

Fig.7. Distributie de camp de microunde cu generator WIMAX la 2.438GHz; deschidrea incintei se afla pe directia de unghi 0 grade; masuratorile au fost realizate cu detectorul de camp inteligent dupa modificarea sistemului de inchidere a incintei.

   Se observa ca inchiderea incintei anecioice are un efect de reducere a nivelului de semnal exterior de aproximativ 3 ori. Deasemenea se observa ca incinta in ansamblul ei are comportament de radiator omnidirectional cu atenuare maxima a semnalului in planul perpendicular pe directia deschiderii. Aceasta distributie sugereaza ca se mai pot aduce inbunatatiri la sistemul de inchidere a incintei si recomanda planul normal pe deschidere pentru pozitionarea incintei martor.
   Semnalul RF al protocolului WIMAX are o energie mai mare emisa in spatiu fata de semnalul emis in protocol WiFi-WLAN ; deasemenea este un semnal aparent continuu (cu o largime de banda de 8MHz) fapt ce-l face mai usor detectabil pentru sistemele de detectie folosite in aceste experiment desi puterea de emisie este de aproape 5 ori mai mica.
   Masuratorile prezentate in diagrama din figura 6 au fost realizate cu analizorul de spectru SPECTRAN HF-6060 pentru realizarea unei calibrari a distributiei masurate cu detectorul realizat, in unitati de putere dBm. Aceasta diagrama evidentiaza si faptul ca in sistem de incinta inchisa usa radiaza, are lobi de radiatie secundari pe directiile de unghi de 60o respectiv 330o. Masuratorile prezentate in diagrama din figura 7 au fost realizate cu “detectorul de camp inteligent” dupa ajustarea sistemului de inchidere a incintei anecioice. Se observa ca modificarile realizate au permis o reducere a campului extern in medie de 5 ori. Emisia incintei deschise (graficul negru) evidentiaza un comportament de antena directionala pe directia deschiderii.
   Modificarea software a detectorului de camp inteligent a condus la imbunatatirea calitativa a receptiei semnalelor repetitive fapt ce-l recomanda pentru masuratori de distributie de camp a semnalelor radio din domeniul de microunde (wireless). Sub aspectul ratei de citire si al sensibilitatii la semnale RF cu variatie rapida, detectorul realizat de noi este mai performat decat analizorul de camp SPECTRAN HF-6060 (produs in Germania) utilizat in mod de detectie.
   Diagramele de camp obtinute permit luarea unor decizii in sensul optimizarii experimentelor de studiu a iradierii controlate a sistemelor biologice complexe.