1. WSTĘP Anteny szerokopasmowe utożsamiane są najczęściej z antenami pracującymi impulsowo. Choć można wskazać na wspólne cechy anten szerokopasmowych i impulsowych, to na gruncie fizycznym utożsamianie tych urządzeń nie jest poprawne. Szerokie pasmo przenoszenia anten szeroko- i ultra szerokopasmowych może być bowiem wykorzystywane do pracy ciągłej lub okresami ciągłej. Anteny impulsowe natomiast przeznaczone są do promieniowania krótkich impulsów, dlatego najważniejszą cechą takich anten muszą być właściwości związane z narastaniem i opadaniem zboczy impulsów. Anteny przeznaczone do pracy impulsowej można podzielić na trzy główne kategorie: anteny promieniujące pojedynczy impuls, anteny promieniujące repetycję pojedynczych impulsów oraz anteny promieniujące krótkie paczki monochromatyczne, obejmujące od kilku do kilkudziesięciu okresów sinusoidalnych. W przypadku anten promieniujących pojedyncze impulsy projektant skupia uwagę na przesłaniu energii możliwie wąską wiązką na potrzebną odległość. Interesujące są tutaj zwykle krótki czas narastania impulsu oraz wysłanie większości energii w przeznaczonym kierunku; zachowanie się anteny po wypromieniowaniu impulsu jest mniej ważne. Jeśli energia przekazywana w jednym impulsie jest za mała, można energię taką zwiększyć przez szybkie powtarzanie impulsów. Taka repetycja nakłada na antenę dodatkowe wymagania. Teraz jest ważne także to, aby antena po wypromieniowaniu pojedynczego impulsu szybko wróciła do stanu pierwotnego i była gotowa do transmisji kolejnego impulsu. Jeśli po wysłaniu pierwszego impulsu antena taka ciągnęłaby ogon zakłóceń, to wpływałoby to na promieniowanie kolejnego albo kolejnych impulsów. Anteny promieniujące paczki mono[...]

  Opisano hybrydowy sposób wyznaczania odpowiedzi anteny liniowej na pobudzenie krótkim impulsem. Sposób polega na zastąpieniu późnoczasowej części odpowiedzi anteny wyrażeniem analitycznym, którego parametry wyznacza się z numerycznie obliczonej części początkowej. Podstawowym parametrem niezbędnym do zapisania formuły analitycznej jest pierwszy biegun funkcji przejścia anteny. W pracy przedstawiono wpływ niedokładności danych na lokalizację pierwszego bieguna. 1. WSTĘP Analiza anten liniowych, podobnie jak i innych struktur przewodzących, jest tradycyjnie przeprowadzana w dziedzinie czasu albo w dziedzinie częstotliwości. Oczywiście, problem może być formułowany w jednej z tych dziedzin, a rozwiązywany w drugiej. Dziedzina obliczeń zwykle pozostaje jednolita. Od kilku lat pojawiają się jednak propozycje rozwiązań hybrydowych, w których do analizy wykorzystuje się obie wymienione dziedziny [8]. Znane są. też metody mieszane wykorzystujące modele numeryczno-analityczne. Tradycyjnie, do numerycznej analizy anten liniowych wykorzystywało się dziedzinę częstotliwości. Jeśli antena miała pracować w szerszym paśmie częstotliwości, w którym jej parametry się zmieniały, powtarzano obliczenia na odpowiednio licznym zbiorze ustalonych częstotliwości pasma. Zmiana podejścia nastąpiła z dwóch zbliżonych powodów, którymi były pobudzenia impulsowe oraz praca w bardzo szerokim paśmie. Rzecz jasna, można nadal stosować i tu metody działające w dziedzinie częstotliwości. Przy analizie szerokopasmowej, takie podejście wymaga sporych nakładów numerycznych i dlatego w tego typu zadaniach atrakcyjniejsze są metody działające w dziedzinie czasu. Inne znane zalety analizy w dziedzinie czasu, to łatwość modelowania nieliniowości i zmienności parametrów w czasie [1]. Wykorzystanie do obliczeń dziedziny czasu opiera się na prostym koncepcie. Chcąc określić szerokopasmowe właściwości anteny, pobudzamy ją odpowiednio krótkim w czasie impulsem, a [...]

  W artykule przedstawiono układ równań Hallena modelujących dwa równoległe przewody położone nad dielektryczną półpłaszczyzną i pobudzone lokalnym impulsem pola elektrycznego. Prezentowane są wyniki obliczeń wpływu geometrii układu oraz przenikalności elektrycznej dielektryka na prądy w przewodach. 1. WSTĘP Badanie układu anten umieszczonych nad powierzchniami dielektryków i pobudzanych impulsami pola elektrycznego ma duże znaczenie w takich obszarach jak telekomunikacja, geofizyka, kompatybilność elektromagnetyczna [4]. Z analizą procesu indukowania prądów w dwóch równoległych antenach liniowych nad dielektryczną półprzestrzenią można zapoznać się w pracy Bretones i Tijhuis [1, 2]. Autorzy przedstawili tam rozwiązanie problemu w dziedzinie częstotliwości oraz zaproponowali wyznaczenie prądów płynących wzdłuż anten metodą kroczenia po częstotliwościach (marching-on-in frquency technique). Z kolei Poljak i inni [6, 9] zaproponowali inne podejście do zagadnienia, a mianowicie wykorzystanie modelu linii transmisyjnej umieszczonej nad płaszczyzną doskonale przewodzącą (PEC) i nad dielektrykami. Do badania linii transmisyjnej w dziedzinie czasu wykorzystali zbiór równań telegrafistów. W niniejszej pracy omówiono proces indukowania prądów w dwóch antenach liniowych umieszczonych nad powierzchnią jednorodnej i izotropowej półprzestrzeni dielektrycznej, przy pobudzeniu jednej z anten krótkim impulsem pola elektrycznego o kształcie krzywej Gaussa. Przedstawiono układ całkowych równań Hallena w dziedzinie czasu modelujących prądy indukowane w antenach oraz przedstawiono wyniki testów numerycznych, w których wyznaczono prądy indukowane w antenach dla różnych wartości względnej przenikalności elektrycznej i w funkcji wysokości położenia anten nad dielektrykiem. 2. RÓWNANIA HALLENA W DZIEDZINIE CZASU MODELUJĄCE UKŁAD DWÓCH ANTEN LINIOWYCH NAD PŁASZCZYZNĄ DIELEKTRYKA Układ poddany modelowaniu w dziedzinie czasu składa się z dwóc[...]

  THE INFLUENCE OF MOBILE PHONE RADIATION ON SPECIFIC ABSORPTION RATE AND TEMPERATURE IN HUMAN HEAD Streszczenie: Międzynarodowa Komisja ds. Ochrony przed Promieniowaniem Niejonizującym (ICNIPR) wprowadziła pojęcie współczynnika absorpcji właściwej (SAR), który jest miarą szybkości pochłaniania energii przez jednostkę masy człowieka, podczas narażenia na działanie pola EMG. W pracy opisano symulację SAR dla przypadku jednorodnego modelu głowy poddanej działaniu pól emitowanych przez antenę telefonu komórkowego. Rezultaty stosunkowo krótkich i nieskomplikowanych obliczeń są porównywalne z otrzymanymi dla modeli warstwowych. Abstract: The International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) introduced Specified Absorption Rate (SAR) which is a parameter for quantifying the degree of absorption on the electromagnetic fields energy by the human body when exposed on EMG waves. In this work one described the simulation of SAR for the case of the homogeneous model of the human head exposed to fields emitted by the antenna of the cellular phone. Results of comparatively short and simple calculations are comparable with received for complex stratified models. Słowa kluczowe: Promieniowanie telefonów komórkowych, SAR, jednowarstwowy model głowy człowieka. Keywords: Mobile phone radiation, Specific Absorption Rate (SAR), single-layer model of human head. 1. WSTĘP Powszechne i stale rosnące używanie telefonów komórkowych (oraz innego sprzętu emitującego promieniowanie elektromagnetyczne) przyczyniło się do intensywnego badania efektów oddziaływania pól elektromagnetycznych o wysokich częstotliwościach na organizmy żywe. Szczególnym i wnikliwym badaniom interdyscyplinarnym poddano prawdopodobne skutki zdrowotne zwiększonej absorpcji energii elektromagnetycznej w tkankach i organach człowieka. Pola o częstotliwościach wykorzystywanych w komunikacji bezprzewodowej wnikają w ciała ludzi (i zwierząt) na głębokości propo[...]

  Na prostych przykładach pokazano zastosowanie widma Page'a do analizy zjawisk przejściowych zachodzących w antenach liniowych pobudzanych impulsowo. Transformacja Page’a przenosi sygnał z dziedziny czasu w dziedzinę czas-częstotliwość. Transformata jest przyczynowa, spełnia twierdzenie Parsevala na brzegach obszaru określoności i nie generuje składowych o częstotliwościach różnicowych. Narzędzie umożliwia powiązanie zachowania się anteny z elementami struktury. Abstract: On straight examples is shown the use of the Page spectrum to the analysis of phenomena of transients in linear antennas with impulse excitation. The Page transform converts a signal from the time domain into the timefrequency domain. The transform is causal, fulfils the Parseval boundary conditions and does not generate cross terms. This tool makes possible the association of the property of an antenna with elements of its structure. Słowa kluczowe: Transformata Page’a, antena liniowa, bieguny, dziedzina czas-częstotliwość. Keywords: Page transform, linear antenna, poles, timefrequency domain. 1. WSTĘP Zjawiska przejściowe w antenach analizujemy w dziedzinie częstotliwości lub w dziedzinie czasu. Wszystkie parametry anten są formułowane w dziedzinie częstotliwości i jakie takie sens mają właściwie tylko w tej dziedzinie. Analiza w dziedzinie częstotliwości ma swoją tradycję wśród badaczy i projektantów. Wydaje się też być lepiej zrozumiała. Tłumaczymy to przewagą transmisji wąskopasmowych w poprzednich latach. Ostatnio coraz częściej mamy do czynienia z transmisjami szerokopasmowymi, a nawet ultra szerokopasmowymi. To sprawia, że analiza w dziedzinie czasu staje się atrakcyjna. Analiza taka ma wiele korzyści. Matematycznie jest prostsza, ponieważ obliczenia prowadzimy w dziedzinie liczb rzeczywistych. Z drugiej jednak strony, rachowanie w dziedzinie czasu przyniosło nowe problemy numeryczne i pojęciowe. Zjawiska zawsze dzieją się w c[...]

  Istota wykorzystania dziedziny czasu do wyznaczania właściwości szerokopasmowych anteny sprowadza się do pobudzenia jej krótkim w czasie impulsem (w naszym przypadku będzie to impuls Gaussa), a następnie obliczeniu odpowiedzi na takie pobudzenie. Reakcja anteny trwa relatywnie długo, stąd i długi czas obliczeń oraz możliwość utraty ich stabilności numerycznej polegającej na pojawieniu się wykładniczo narastających oscylacji [1]. Czas od chwili pobudzenia anteny można podzielić na dwa etapy. W pierwszym, początkowym okresie procesu czynnikiem sterującym jest pobudzenie, a o przebiegu procesu decydują sprzężenia lokalne. Tą część procesu nazywamy czasem początkowym (early time). W późniejszej części procesu, gdy zanika pobudzenie, zjawiska są kształtowane przez globalne cechy obiektu. Ten okres to czas późniejszy (late time). Do opisu odpowiedzi anteny w czasie późniejszym posiłkujemy się koncepcją SEM Bauma, czyli modelem procesu wynikającym z działania mechanizmów rezonansowych. Wynika z niej, że każdy obiekt może gromadzić energię na ściśle określonych dyskretnych częstotliwościach, z określoną dobrocią. Energia zgromadzona w taki sposób jest wypromieniowana w postaci sinusoid z przypisanymi im charakterystycznymi częstotliwościami i wykładniczo tłumionymi amplitudami (częstotliwości i tłumienie zapisane w postaci zespolonej nazywamy biegunem , tzn. ). Przy pobudzeniu impulsowym większość energii jest wypromieniowana na początku procesu: w czasie początkowym i wczesnym okresie późniejszym. Najpierw energii pozbywają się bieguny o wyższych częstotliwościach i większym tłumieniu amplitudy. W dalekim czasie późniejszym pozostaje szczątkowa energia związana już tylko z pierwszym biegunem o najmniejszej częstotliwości i najmniejszym tłumieniu. Ponieważ właśnie ten biegun pozwala na[...]

  Powszechna dawniej transmisja wąskopasmowa jest coraz częściej wypierana przez transmisję szerokopasmową, ultra szerokopasmową (UWB). W pewnych zastosowaniach anteny generują pojedyncze impulsy, niekiedy o wielkich energiach. Ten kierunek rozwoju radiokomunikacji wymaga nowego podejścia do użytkowych parametrów anten. Parametry użytkowe służą w pierwszej kolejności do projektowania. Tradycyjne - także normatywne - definicje parametrów antenowych wynikały z tradycyjnych zastosowań anten i są w oczywisty sposób ulokowane w dziedzinie częstotliwości. Częstotliwość robocza lub robocza długość fali zwykle jest zmienną w definicjach parametrów anten. Nic więc dziwnego, że tak określone parametry anteny zależą od częstotliwości. Normatywne parametry i charakterystyki anten są niewystarczające do sprawnego projektowania anten UWB i anten impulsowych. W obu typach zastosowań widmo sygnałów jest zbyt szerokie, aby skutecznie stosować parametry zależne od częstotliwości. Przy powszechnym stosowaniu analizy w dziedzinie czasu, właściwe wydaje się zdefiniowanie nowych parametrów, które nie będą funkcjami częstotliwości i lepiej będą oddawały zachowanie się anten. Jednocześnie, parametry te powinny w możliwie dużym stopniu nawiązywać do dotychczasowej wiedzy i praktyki projektantów. 2. ANTENY WĄSKOPASMOWE Najczęściej pojęcie szerokości pasma ustala się rozważając stosunek szerokości pasma roboczego do środkowej częstotliwości pasma. W dalszych rozważaniach będziemy posługiwać się pojęciem wąskopasmowości w inny, specyficzny sposób. Antenę będziemy uważać za wąskopasmową, jeżeli parametry anteny w paśmie roboczym będą zmieniać się na tyle mało, że będzie można parametry te uznać za stałe w obrębie całego pasma. Jeśli choć jeden z parametrów anteny zmienia się istotnie w obrębie pasma, to antena wąskopasmowa nie jest. Istotną zmianą zaś jest taka, która wymaga uwzględnienia przy projektowaniu. Zwróćmy uwagę, że tak rozumiana wąskopas[...]

  1. WSTĘP Odpowiedzi prądowe anten na wymuszenia zewnętrznymi impulsami najczęściej analizujemy w jednej z dziedzin: częstotliwości lub czasu. W poprzednich latach transmisje wąskopasmowe przyczyniły się do zdefiniowania parametrów anten w dziedzinie częstotliwości, a co za tym idzie, do upowszechnienia badań systemów nadawczo-odbiorczych w tej dziedzinie. Obecnie popularnymi stały się transmisje szerokopasmowe i ultraszerokopasmowe (UWB), które spowodowały przesunięcie znaczącej liczby badań (i publikacji) z dziedziny częstotliwości do dziedziny czasu (lub do obydwu tych dziedzin jednocześnie). Pochodną gwałtownego rozwoju technologii UWB jest postrzeganie badań w dziedzinie czasu jako interesujących i potrzebnych. Świadczy o tym rosnąca liczba prowadzonych w ośrodkach naukowych projektów badawczych. Zjawiska fizyczne zawsze dzieją się w czasie. To w czasie je obserwujemy, rejestrujemy i analizujemy. I dlatego opis procesów w dziedzinie czasu wydaje się być czymś naturalnym. Chociaż analizy procesów w funkcji czasu wydają się być matematycznie prostszymi (generalnie nie wychodzimy poza obszar liczb rzeczywistych), to jednak nowe techniki generują niespotykane dotąd problemy numeryczne (na przykład: dokładność, stabilność i powtarzalność obliczeń). Przejście z opisem sygnału z dziedziny czasu w dziedzinę częstotliwości umożliwia transformata Fouriera (1) Odwrotna transformata Fouriera (2) przenosi sygnał z dziedziny częstotliwości w dziedzinę czasu. Istnieje jednak potrzeba takiej analizy, w której jednocześnie określimy zarówno właściwości czasowe jak i właściwości częstotliwościowe sygnałów. Jest to następny krok kiedy powinny pojawić się narzędzia (metody) do analizy w dwuwymiarowej przestrzeni czasczęstotliwość (joint time-frequency analysis). Dotyczy to głównie tzw. sygnałów niestacjonarnych (stochastycznych). Są to sygnały, których widmo (spektrum) szybko zmienia się z upływem czasu, a ich parametry możemy okr[...]

  Życie jest zjawiskiem przede wszystkim elektromagnetycznym. Opis procesów na poziomie komórkowym i tkankowym nie może się obyć bez uwzględnienia zjawisk elektrycznych. Życie komórki polega na transporcie jonów (ładunków) przez błonę komórkową. Działanie układu nerwowego jest podobne do działania sieci telekomunikacyjnej. Gdy ustaje ruch ładunków w komórkach, oznacza to ich śmierć. Gdy ustaje przepływ prądu w układzie nerwowym, następuje śmierć organizmu. W zewnętrznym względem organizmu świecie trwa postęp i rozwój inżynierii elektromagnetyzmu. Źródła pola elektromagnetycznego mnożą się na potęgę i chyba już nikt tego wzrostu nie kontroluje. Jeśli nawet istnieją prawne ograniczenia mocy określonych źródeł, to często nie są przestrzegane, np. moce wyjściowe nadajników w paśmie ISM 2,4 GHz. Ludzie obawiają się niewidzialnego promieniowania elektromagnetycznego, które w semantyczny sposób kojarzy się im z Hiroshimą. Tymczasem nie ma żadnych wiarygodnych dowodów na szkodliwość pól elektromagnetycznych o umiarkowanej mocy. Stwierdzając to, autorzy nie przesądzają, że mogą one pojawić się w przyszłości, ale dziś dowodów takich nie ma. Z drugiej strony pole wewnątrz komórek żywych organizmów jest tym samym polem, które generuje się i propaguje środkami technicznymi. Taka sytuacja wymaga rozwagi i stałej kontroli nad źródłami promieniowania. W artykule są omawiane rzadziej obecnie spotykane w literaturze technicznej aspekty interakcji pomiędzy polem elektromagnetycznym a żywym organizmem. POLE ELEKTROM AGNETYCZNE Oddziaływania podstawowe Z fizyki znamy tylko cztery oddziaływania podstawowe: grawitacyjne, elektromagnetyczne, słabe i silne. Dwie ostatnie siły działają wyłącznie na odległościach subatomowych i mogą być pomijane w makroświecie.W makroświecie całość oddziaływań można wyjaśnić, posługując się grawitacją i elektromagnetyzmem. Każda z tych dwóch sił sięga teoretycznie nieskończoności, działa zaś od najmniejszych odległośc[...]

  W pracy opisano symulację wartości chwilowych SAR w przypadku jednorodnego modelu głowy poddanego działaniu pól emitowanych przez antenę pobudzoną impulsami prądowymi o kształcie funkcji Gaussa i jej pierwszej pochodnej. Rezultaty stosunkowo krótkich i nieskomplikowanych obliczeń są porównywalne z otrzymanymi dla modeli warstwowych. Abstract: In this work one described the simulation of the temporary value of Specyfic Absorption Rate in the case of the homogeneous model of the human head exposed to fields produced by the antenna with short pulse excitation. Results of comparatively short and simple calculations are comparable with received for complex stratified models. Słowa kluczowe: Promieniowanie anten, SAR, jednowarstwowy model głowy, impulsy Gaussa. Keywords: Antennas radiation, Specific Absorption Rate (SAR), single-layer model of a head, Gaussian pulses. 1. WSTĘP Istnieje wiele obiegowych opinii dotyczących wpływu promieniowania elektromagnetycznego na organizmy żywe, w szczególności zaś - na człowieka. Obawa przed promieniowaniem jest wielka. Spora część opinii jest wyrażana przez naukowców, choć często reprezentujących dziedziny odległe tak od medycyny, jak i od inżynierii pól elektromagnetycznych. Ponieważ wiadome są utrudnienia związane z jawnymi eksperymentami na żywych organizmach, ważną rolę odgrywają symulacje numeryczne. Badania symulacyjne są tym bardziej wiarygodne, im dokładniej model symulacyjny oddaje rzeczywiste działanie organizmu. Dodać należy, że mechanizmy te są ciągle badane. W przypadku telefonii komórkowej i innych urządzeń użytkowanych w bezpośrednim sąsiedztwie głowy człowieka korzysta się z skomplikowanego modelu sztucznej głowy. Do symulacji właściwości absorpcyjnych głowy i związanych z tym efektów termicznych wystarczają także proste metody i proste modele. W pracy [9] przedstawiono obliczanie wartości SAR oraz zmian termicznych w prostym, jednowarstwowym modelu głowy ludzkiej. Mimo[...]