هدف از این مقاله آشنایی شما خوانندگان عزیز با منابع امواج الکترومغناطیسی فرکانس بالا و مهمترین تجهیزات و سامانههایی است که از امواج رادیویی و مایکروویو استفاده میکنند. این منابع میتوانند شامل ایستگاههای رادیویی، تلویزیونی، سامانههای راداری، ارتباطات ماهوارهای، شبکههای تلفن همراه، تجهیزات صنعتی و اجاقهای مایکروویو باشند.
از نظر فنی، میدانهای فرکانس رادیویی در طیف گستردهای از کاربردهای ارتباطی و صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. سازمان جهانی بهداشت درباره منابع میدانهای الکترومغناطیسی نیز رادیو، تلویزیون، ایستگاههای پایه تلفن همراه، رادار و اجاقهای مایکروویو را از منابع ساخته دست انسان معرفی میکند.
در ایستگاههای رادیویی AM معمولاً از آنتنهای مناسب برای پخش سیگنال در باندهای رادیویی استفاده میشود. به دلیل طول موج نسبتاً زیاد در باندهای پایینتر، ویژگیهای میدان الکتریکی و مغناطیسی در نزدیکی آنتن انتقال اهمیت پیدا میکند.
میدانهای ایجادشده توسط آنتنهای فرستنده با افزایش فاصله کاهش مییابند. به همین دلیل، موقعیت فرد نسبت به آنتن و توان فرستنده در ارزیابی مواجهه اهمیت زیادی دارد.
در فرکانسهای بالاتر، مانند محدوده تقریبی ۳ تا ۳۰ مگاهرتز، ایستگاههای پخش ممکن است از فرستندهها و آرایههای آنتنی مختلف استفاده کنند. در چنین محیطهایی، برای ارزیابی صحیح میدان RF میتوان میدانهای الکتریکی و مغناطیسی را اندازهگیری کرد.
با توجه به نوع آنتن، توان خروجی و فاصله از منبع، شدت میدان میتواند تغییر کند. بنابراین نمیتوان میزان مواجهه را صرفاً بر اساس نام ایستگاه یا نوع آنتن تعیین کرد.
مدولاسیون فرکانس یا FM در دهه ۱۹۳۰ به عنوان یکی از روشهای انتقال رادیویی معرفی شد. ایستگاههای رادیویی FM در بسیاری از کشورها در محدوده حدود ۸۸ تا ۱۰۸ مگاهرتز فعالیت میکنند.
آنتنهای مورد استفاده برای ایستگاههای رادیویی FM معمولاً از مجموعهای از عناصر یا آرایههای آنتنی تشکیل شدهاند. این آرایهها میتوانند به صورت عمودی یا جانبی روی برجها و سازههای مرتفع نصب شوند.
در برخی ایستگاهها تعداد زیادی عنصر آنتنی وجود دارد. الگوی تابش این آنتنها به طراحی سیستم، ارتفاع نصب، توان فرستنده و شرایط محیطی بستگی دارد.
به همین دلیل، ایستگاههای رادیویی FM نیز از جمله منابع امواج الکترومغناطیسی فرکانس بالا محسوب میشوند و ارزیابی میدان در محیطهای نزدیک به تجهیزات انتقال باید با توجه به مشخصات فنی سیستم انجام شود.
ایستگاههای تلویزیونی برای انتقال تصویر و صدا از باندهای فرکانسی مختلف استفاده میکنند. بسته به استاندارد پخش و کشور، این باندها میتوانند در محدودههای VHF و UHF قرار داشته باشند.
در سیستمهای تلویزیونی، آنتنهای فرستنده معمولاً از مجموعهای از عناصر تابشی تشکیل شدهاند که روی برجها یا سازههای مرتفع نصب میشوند. طراحی این آنتنها نسبت به بسیاری از آنتنهای رادیویی پیچیدهتر است.
الگوی تابش آنتنهای تلویزیونی به نحوی طراحی میشود که سیگنال در منطقه تحت پوشش به شکل مناسبی منتشر شود. توان و الگوی تابش با توجه به نوع سامانه و منطقه سرویسدهی متفاوت است.
رادارها برای کاربردهای نظامی و غیرنظامی توسعه پیدا کردند. امروزه از رادار برای ناوبری، پیشبینی وضعیت هوا، کنترل ترافیک، پایش هوایی، دریایی و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده میشود.
رادار معمولاً پالسهای مایکروویو یا امواج رادیویی را به سمت هدف ارسال میکند. سپس سیگنال بازتابشده را دریافت میکند. با بررسی زمان رفتوبرگشت سیگنال، فاصله هدف قابل محاسبه است.
برخی رادارها از پالسهای بسیار کوتاه با توان لحظهای بالا استفاده میکنند. با این حال، توان متوسط و الگوی تابش موضوع جداگانهای است. بنابراین برای ارزیابی مواجهه باید مشخصات واقعی سامانه بررسی شود.
رادارها نیز از مهمترین منابع امواج الکترومغناطیسی فرکانس بالا هستند. سازمان جهانی بهداشت رادارهای ناوبری، هواشناسی و نظامی را از منابع امواج رادیویی و مایکروویو معرفی میکند.
رادارها و سیستمهای کمک ناوبری میتوانند به صورت ثابت نصب شوند. این تجهیزات برای کنترل، کمک یا تهیه اطلاعات مربوط به ترافیک زمینی، دریایی یا هوایی مورد استفاده قرار میگیرند.
برخی از نمونههای رادارهای ثابت و منابع کمک ناوبری عبارتاند از:
این تجهیزات میتوانند از نظر فرکانس، توان و الگوی تابش بسیار متفاوت باشند. بنابراین میزان میدان در محیط اطراف هر سامانه باید به صورت جداگانه ارزیابی شود.
پلیس و سامانههای کنترل ترافیک برای اندازهگیری سرعت خودروها از رادار استفاده میکنند. رادارهای ترافیکی از گذشته برای اندازهگیری سرعت طراحی شدهاند و با گذشت زمان در اندازه و فناوری آنها تغییرات زیادی ایجاد شده است.
برخی رادارهای ترافیکی در محدوده باند X فعالیت میکنند. در سامانههای دیگر از باند K یا Ka استفاده میشود. به عنوان نمونه، فرکانسهایی در محدوده حدود ۱۰٫۵۲۵ گیگاهرتز، ۲۴٫۱۵ گیگاهرتز و محدوده حدود ۳۳٫۷ تا ۳۶ گیگاهرتز در نسلهای مختلف رادارهای ترافیکی مورد استفاده قرار گرفتهاند.
میزان توان ارسالی این تجهیزات به نوع دستگاه و کاربرد آن بستگی دارد. میزان میدان در محل حضور افراد نیز به فاصله، جهت آنتن، توان و مدت کارکرد دستگاه وابسته است.
در نتیجه، مقایسه مستقیم شدت میدان یک رادار ترافیکی با یک تلفن همراه فقط بر اساس فرکانس صحیح نیست. توان، فاصله و الگوی تابش نیز باید در نظر گرفته شوند.
ماهواره یک سامانه ارتباطی و مخابراتی است که توسط موشک به مدار زمین منتقل میشود و میتواند برای دریافت، پردازش یا ارسال سیگنالها مورد استفاده قرار گیرد.
ماهوارهها کاربردهای متنوعی دارند. از جمله این کاربردها میتوان به ارتباطات تلفنی، پیشبینی هوا، سنجش از دور زمین، پخش تلویزیونی و سامانههای موقعیتیابی مانند GPS اشاره کرد.
ایستگاههای زمینی ماهوارهای که به عنوان منابع امواج الکترومغناطیسی مورد توجه قرار میگیرند، معمولاً از آنتنهای بزرگ مانند بشقابهای سهموی استفاده میکنند. این آنتنها برای انتقال یا دریافت سیگنال با ماهوارهها به کار میروند.
میزان میدان در نزدیکی یک آنتن زمینی به توان انتقالی، الگوی آنتن و زاویه تابش بستگی دارد. ناحیه جلوی آنتنهای فرستنده میتواند میدان بالاتری داشته باشد. به همین دلیل، ورود کارکنان به نواحی نزدیک آنتنهای فعال باید با رعایت الزامات ایمنی انجام شود.
البته همه آنتنهای ایستگاه زمینی فرستنده نیستند. برخی آنتنها فقط برای دریافت اطلاعات استفاده میشوند و شرایط مواجهه متفاوتی دارند.
سیستمهای رله مایکروویو نقطهبهنقطه برای انتقال ارتباطات رادیویی در مسیرهای مستقیم یا اصطلاحاً Line-of-Sight استفاده میشوند. در این نوع ارتباط، مسیر میان دو آنتن باید تا حد امکان از موانع بزرگ خالی باشد.
آنتنهای ارتباطی مایکروویو معمولاً سیگنالهایی را در مسیرهای مشخص و با توان طراحیشده برای فاصله مورد نظر ارسال و دریافت میکنند.
این آنتنها میتوانند مستطیلی یا دایرهای شکل باشند و کاربردهای مختلفی در شبکههای ارتباطی داشته باشند. از جمله این کاربردها میتوان به انتقال داده، ارتباطات مخابراتی و ایجاد لینک میان مراکز مختلف اشاره کرد.
با توجه به جهتدار بودن بسیاری از آنتنهای مایکروویو، میزان میدان در اطراف آنها به شدت به جهت آنتن و موقعیت فرد بستگی دارد.
ارتباطات تلفن همراه از شبکهای از ایستگاههای پایه و تجهیزات کاربر تشکیل شدهاند. تلفن همراه برای برقراری ارتباط با یک ایستگاه پایه نزدیک، سیگنالهای رادیویی ارسال و دریافت میکند.
با افزایش تعداد کاربران و نیاز به ظرفیت بیشتر، شبکههای تلفن همراه در شهرها و مناطق مختلف توسعه پیدا کردهاند. ایستگاههای پایه میتوانند روی ساختمانها، برجها یا سازههای اختصاصی نصب شوند.
استانداردهای ارتباطات سیار طی نسلهای مختلف تکامل پیدا کردهاند. نسلهای ۲G، ۳G، ۴G و ۵G از باندهای فرکانسی متفاوتی استفاده میکنند.
برای نمونه، برخی سامانههای ۳G در محدوده حدود ۲ گیگاهرتز فعالیت میکردند. در نسلهای جدیدتر نیز باندهای مختلفی برای ارتباطات سیار مورد استفاده قرار میگیرند.
نسلهای جدیدتر امکان انتقال داده با سرعت بالاتر را فراهم کردهاند. این فناوریها برای انتقال صدا، داده، ویدئو و سایر خدمات چندرسانهای به کار میروند.
تلفنهای همراه و ایستگاههای پایه از مهمترین منابع امواج الکترومغناطیسی فرکانس بالا در محیط امروزی هستند. ICNIRP نیز تلفنهای همراه، ایستگاههای پایه، Wi-Fi، ۵G، رادیو و تلویزیون را در گروه کاربردهای RF EMF قرار میدهد. اطلاعات ICNIRP درباره میدانهای فرکانس رادیویی جزئیات بیشتری درباره این محدوده فرکانسی ارائه میکند.
ارتباطات بیسیم امروزی شامل دستگاههای قابل حمل کممصرفی هستند که میتوانند دادههای چندرسانهای را از طریق شبکههای بیسیم انتقال و دریافت کنند.
این دستگاهها ممکن است به دوربین، میکروفون، صفحهنمایش و تجهیزات پردازشی مجهز باشند. تلفنهای هوشمند و رایانههای قابل حمل نمونههایی از این تجهیزات هستند.
برخی دستگاههای قابل حمل برای مدتهای طولانی مورد استفاده قرار میگیرند. به همین دلیل، میزان مواجهه کاربر به عواملی مانند فاصله دستگاه از بدن، مدت استفاده، توان انتقالی و وضعیت ارتباط شبکه بستگی دارد.
برخی تجهیزات بیسیم ممکن است هنگام استفاده نزدیک بدن قرار گیرند. بنابراین برای ارزیابی مواجهه، فاصله و مدت استفاده باید در کنار مشخصات فنی دستگاه بررسی شوند.
WHO و ICNIRP منابع مختلف RF را در محیط زندگی و کار بررسی کردهاند. اطلاعات WHO درباره میدانهای الکترومغناطیسی و منابع RF شامل تلفن همراه، ایستگاههای پایه و فناوریهای ارتباطی مختلف است.
سیگنالهای RF در فرکانسهای مختلف در صنعت برای فرآیندهای گرمایشی مورد استفاده قرار میگیرند. برخی تجهیزات گرمایش و سیلرهای RF در فرکانسهای ۱۳٫۵۶، ۲۷٫۱۲ و ۴۰٫۶۸ مگاهرتز کار میکنند.
این دستگاهها ممکن است در صنایع مختلف برای جوشکاری، آببندی، شکلدهی، اتصال مواد و فرآیندهای حرارتی مورد استفاده قرار گیرند.
در تجهیزات گرمایش دیالکتریک، میدان RF با مادهای که باید گرم شود برهمکنش میکند. تلفات دیالکتریک میتواند باعث تبدیل انرژی الکترومغناطیسی به گرما شود.
برخی از این تجهیزات، به دلیل توان بالای مورد نیاز صنعتی، میتوانند میدانهای قوی در اطراف الکترودها و بخشهای فعال سیستم ایجاد کنند. به همین دلیل، طراحی، حفاظگذاری و کنترل دسترسی در چنین محیطهایی اهمیت زیادی دارد.
RF welding و تجهیزات گرمایش صنعتی نیز در منابع بررسیشده درباره محیطهای کاری RF به عنوان منابع میدانهای رادیوفرکانسی مطرح شدهاند.
اجاقهای مایکروویو انرژی را با استفاده از میدان الکترومغناطیسی فرکانس بالا به ماده غذایی منتقل میکنند. در اجاقهای خانگی، فرکانس رایج حدود ۲٫۴۵ گیگاهرتز است.
میدان مایکروویو در محفظه فلزی اجاق ایجاد میشود. مولکولهای قطبی موجود در غذا، بهخصوص آب، با میدان متناوب برهمکنش میکنند. این فرایند باعث تبدیل بخشی از انرژی الکترومغناطیسی به گرما میشود.
بر خلاف عبارت رایج «فرکانس نوسان مولکولهای آب»، گرم شدن غذا به این دلیل نیست که ۲٫۴۵ گیگاهرتز دقیقاً فرکانس طبیعی نوسان آب باشد. سازوکار اصلی به پاسخ دیالکتریک ماده غذایی و اتلاف انرژی در میدان متناوب مربوط است.
اجاقهای مایکروویو سالم و استاندارد دارای حفاظ فلزی و سازوکارهای کنترلی هستند که خروج انرژی از محفظه را محدود میکنند. WHO نیز اعلام میکند که اجاقهای مایکروویو مطابق استاندارد، در حالت عادی برای مصرفکننده خطر ایجاد نمیکنند. توضیحات WHO درباره ایمنی اجاقهای مایکروویو اطلاعات بیشتری در این زمینه ارائه میکند.
همه منابع امواج الکترومغناطیسی فرکانس بالا از نظر توان، فاصله، الگوی تابش و مدت مواجهه یکسان نیستند. به همین دلیل، نمیتوان فقط بر اساس نام یک دستگاه درباره میزان مواجهه قضاوت کرد.
شدت میدان معمولاً با افزایش فاصله از بسیاری از منابع کاهش پیدا میکند. نوع آنتن، توان فرستنده و جهت تابش نیز در تعیین سطح میدان نقش دارند.
در محیطهای عمومی، ارزیابی باید بر اساس دستورالعملها و استانداردهای معتبر انجام شود. برای محیطهای کاری نیز باید شرایط شغلی، زمان مواجهه و مشخصات تجهیزات در نظر گرفته شود.
ICNIRP دستورالعملهای حفاظتی برای مواجهه با میدانهای فرکانس رادیویی در محدوده ۱۰۰ کیلوهرتز تا ۳۰۰ گیگاهرتز منتشر کرده است. این راهنما بسیاری از فناوریهای امروزی مانند تلفن همراه، ایستگاه پایه، Wi-Fi، ۵G، رادیو و تلویزیون را پوشش میدهد. دستورالعمل ICNIRP برای محدود کردن مواجهه با RF EMF مرجع اصلی این استانداردهاست.
منابع امواج الکترومغناطیسی فرکانس بالا در محیط زندگی و کار بسیار متنوع هستند. ایستگاههای رادیویی، ایستگاههای تلویزیونی، سیستمهای راداری، ایستگاههای ماهوارهای، لینکهای مایکروویو، تلفنهای همراه، تجهیزات بیسیم، سیستمهای گرمایشی صنعتی و اجاقهای مایکروویو نمونههایی از این منابع هستند.
هر یک از این تجهیزات ویژگیهای فنی متفاوتی دارند. فرکانس، توان، نوع آنتن، الگوی تابش، فاصله از منبع و مدت مواجهه میتوانند بر سطح میدان در یک نقطه مشخص تأثیر بگذارند.
به همین دلیل، برای ارزیابی دقیق منابع امواج الکترومغناطیسی فرکانس بالا بهتر است به جای قضاوت صرفاً بر اساس نام تجهیزات، اندازهگیری و ارزیابی فنی انجام شود.
هدف این مقاله آشنایی شما با منابع مختلف RF و مایکروویو است. شناخت این منابع میتواند به درک بهتر محیط اطراف و انتخاب روش مناسب برای اندازهگیری میدانهای الکترومغناطیسی کمک کند.
