Устройство для защиты от излучений
Изобретение относится к области защиты биологических объектов от действия электромагнитного излучения и касается устройства защиты от излучений. Устройство представляет собой рельефную дифракционную структуру. Дифракционная структура выполнена на голографическом многослойном носителе и содержит последовательно нанесенные на голографический носитель оптическую голограмму плоской конструкции из множества пересекающихся стержней, а также цифровые голограммы формирователя диаграммы направленности действия и полоскового симметричного резонатора. Формирователь направленности действия представляет собой радиоголограмму в виде рельефной дифракционной структуры на голографическом носителе, сформированной опорной волной излучателя и предметной волной соответствующей направленности. Технический результат заключается в обеспечении защиты от излучения устройств, использующих цифровой способ передачи данных с широким спектром гармоник и работающих на частотах 900-2500 МГц. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к области защиты биологических объектов от действия микроволнового электромагнитного излучения таких источников, как радиопередающие устройства, сотовые телефоны, компьютеры, разного вида электронное оборудование.
Микроволновое электромагнитное излучение цифровой импульсной техники оказывает постоянное влияние на организм человека. Нивелирование влияния излучающего фона обеспечивается за счет возможностей организма компенсировать эффект от данного воздействия дополнительным напряжением регуляторных систем организма. Однако в силу неограниченного увеличения количества источников излучения и времени воздействия излучения, с течением времени могут возникать негативные последствия в виде нарушений кровоснабжения мозга и, как следствие, дополнительного стресса нервной системы и истощения адаптационных ресурсов организма.
Из уровня техники известны такие способы защиты от излучений, как экранирование, увеличение расстояния до источника излучения, уменьшение времени контакта. В настоящее время человек непрерывно находится под воздействием множества источников излучения одновременно, что исключает возможность применения вышеуказанных методов защиты от излучения.
Также из уровня техники известно устройство для защиты от излучений название (патент РФ 2187846 от 07.05.2001 г.), содержащее квадратную рамку, внутри которой расположены элементы, соединенные с квадратной рамкой, отличающееся тем, что квадратная рамка выполнена с разрывом, квадратная рамка и элементы выполнены из электропроводящего материала. Недостатком данного устройства являются сложность изготовления, применение серебра, низкая практичность в использовании.
Кроме того, из уровня техники известно устройство для защиты от излучений (патент РФ 2183870 от 26.06.2001 г.), устройства для защиты от излучения, содержащего прямоугольную рамку, стороны которой предпочтительно относятся как от 2:1 до 1:2, внутри которой расположены элементы, соединенные с рамкой, рамка и элементы выполнены из металла, преимущественно из серебра. Недостатком данного устройства являются недостаточная эффективность действия, сложность изготовления, низкая практичность в использовании.
Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является устройство для защиты от излучения радиотелефонной трубки, содержащее прямоугольную рамку, внутри которой расположены элементы, соединенные с рамкой, отличающееся тем, что рамка и элементы выполнены из электропроводящего материала, при расположении рамки в вертикальной плоскости точка А, принятая за точку отсчета, расположена в левом нижнем углу прямоугольника, точки В, С и D соответственно в остальных углах прямоугольника, точки F, Н, М и Р расположены соответственно на серединах сторон АВ, ВС, CD и DA, точка L на середине отрезка СН, точка G на середине отрезка FB, точка К на середине отрезка СМ, точка N на середине отрезка MD, при этом указанные элементы соединяют точки А и N, F и N, F и С, F и Н, F и D, G и N, В и М, Н и М, Н и Р, Н и К, М и Р, точка О расположена на середине элемента HP, точка Q расположена на середине отрезка НО, точка R расположена на середине отрезка ОР, при этом точка Q расположена на пересечении элементов ВМ и FC и соединена элементом с точкой L, точка R соединена элементом с точкой А, точка О соединена элементами с точками A, G, В, С и N, элемент AN пересекается с элементом HP в точке α, с элементами MP и FD в точке β, элемент АС пересекается с элементом FD в точке γ, с элементом FN в точке δ, с элементами GN, ВО, HP в точке О, с элементом ВМ в точке ε, с элементом НМ в точке η, с элементом НК в точке θ, элемент FN пересекается с элементом HP в точке к, с элементом MP в точке λ, элемент FC пересекается с элементом GN в точке μ, с элементом ВО в точке v, с элементами HP, ВМ, QL в точке Q, с элементом НМ в точке о, с элементом НК в точке π, элемент FH пересекается с элементом ВО в точке τ, с элементом ВМ в точке υ, элемент GN пересекается с элементом HF в точке ρ, с элементом MP в точке σ, элемент НК пересекается с элементом QL в точке χ, элемент НМ пересекается с элементом QL в точке φ. [Патент на изобретение №2183870, дата публикации 20.06.2002]
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности использования данного устройства для защиты от излучений устройств, использующих цифровой способ передачи данных, при котором спектр гармоник достигает 10 ГГц и более, и работающих на частотах 900-2500 МГц, например, смартфонов.
Техническая проблема, на разрешение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в отсутствии возможности снижения уровня электромагнитного излучения цифровых импульсных устройств в условиях неограниченного количества стационарных и мобильных излучающих устройств, воздействующих на организм человека непрерывно.
Технический результат заключается в сохранении показателей здоровья в сравнении с наличием статистически достоверных ухудшений показателей здоровья без применения защитного устройства.
Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.
Устройство защиты от излучений представляет собой рельефную дифракционную структуру. В отличие от ближайшего аналога, рельефная дифракционная структура выполнена на голографическом многослойном носителе и содержит последовательно нанесенные на голографический носитель оптическую голограмму плоской конструкции из стержней, а также цифровые голограммы формирователя диаграммы направленности действия и полоскового симметричного резонатора. Формирователь направленности действия представляет собой радиоголограмму в виде рельефной дифракционной структуры на голографическом носителе, сформированной опорной волной излучателя и предметной волной соответствующей направленности. Плоская конструкция из стержней представляет собой множество пересекающихся стержней, вписанных в условный квадрат 100*100 единиц, при этом стержни имеют следующие координаты начальных и конечных точек соответственно в двумерной прямоугольной системе координат при расположении одного из углов описывающего квадрата в начале системы координат: (0; 100, 100;50), (0;100, 33;66), (50; 100, 50;0), (66;66, 100;100), (50;75, 100;100), (0;75, 20;60), (0;50, 100;50), (0;50, 33;66), (0;50, 33;33), (50;40, 100;0), (66;33, 100;50), (0;0, 50;33), (0;0, 50;50), (0;0, 50;12), (50;33, 100;0), (50;50, 100;0).
Выполнение устройства защиты в виде голограммного элемента обеспечивает ее возможность преобразовывать любой конкретный входной волновой фронт в любой конкретный выходной волновой фронт за счет способности голограммы восстановления волны, неотличимой от исходной волны, сформированной объектом. Данные свойства голограмм обеспечивают реализацию устройства защиты в виде рельефной дифракционной структуры (далее - РДС). При этом интерференционное взаимодействие волн между излучающим устройством и устройством защиты, представляющим собой РДС голограммы с записанной информацией о взаимодействующих волновых полях плоской конструкции из стержней, формирователе диаграммы направленности и полосковом симметричном резонаторе, которая при ее облучении, восстанавливает поля, участвовавшие в записи и сохраняет их первоначальное направление движения, происходит аналогично тому, как происходит интерференционное взаимодействие между излучающим устройством и соответствующими вышеуказанными материальными объектами.
Стержни плоской конструкции могут быть выполнены круглого сечения из металла с высокой электропроводностью, например, из золота или серебра, при этом свободные концы стержней выполнены в виде полусфер. Опытным путем выявлено, что оптимальное соотношение диаметра стержня к длине диагонали конструкции составляет 0,07. Соединение стержней в плоскую конструкцию может быть выполнено неразъемным, например, путем лазерной сварки.
В качестве голографического носителя может быть использована любая известная из уровня техники многослойная пленка, применимая для изготовления голограмм, содержащая металлический слой. Например, многослойная пленка может представлять собой слой полипропиленовой пленки, слой термолака и слой напыления алюминия. Голографический носитель может быть выполнен любой правильной геометрической формы и размера, в зависимости от варианта излучающего устройства, на котором располагается устройство защиты. Металлический слой РДС обеспечивает эффективное восстановление волновых копий плоской конструкции из стержней, формирователя диаграммы направленности и полоскового симметричного резонатора.
Путем анализа топологии, технологии изготовления и исследования, с помощью радиотехнических измерений в диапазоне от 600 кГц до 40 ГГц было выявлено, что плоская конструкция из стержней, известная из патента, принятого за ближайший аналог заявляемого устройства защиты, является мультичастотным переизлучающим резонатором. Волна излучения этой структуры взаимодействует по законам деструктивной интерференции с волной патогенного излучения в ближней зоне формирования излучения смартфона, тем самым меняя характеристики излучения в отношении биообъектов. Проведены исследования множества вариантов изменения топологии с контролем влияния снижения уровней излучения источников, а также медицинским тестированием качества защитного эффекта методом кардиоинтервалометрии по Баевскому. Достижение результата в решении поставленной задачи при применении устройства защиты, определялось получением снижения уровня излучения, обеспечивающем достоверное снижение действия излучения на человека. При использовании голограммы плоской конструкции из стержней с топологией в составе заявляемого устройства защиты, было установлено снижение уровня излучений на 3-4 дБ. Применение метода кардиоинтервалометрии по Баевскому показало устранение возникающего стресса и снижения адаптационного ресурса, в сравнении с действием излучения смартфона без использования заявляемого защитного устройства.
Формирователь диаграммы направленности действия (далее - ФДН) представляет собой рельефную дифракционную структуру на том же голографическом носителе, что и голограмма плоской структуры. Построение ФДН в виде радиоголограммы на голографическом носителе, сформированной опорной волной излучателя и предметной волной соответствующей направленности осуществляется на основе методики создания радиоголографических антенн по требуемому полю излучений В.Н. Мизглайлова и происходит в следующей последовательности. Формируется предметная волна требуемой диаграммы направленности, которую имитируют путем суперпозиции пучков квазиплоских радиоволн с амплитудно-фазовым распределением поля, комплексно-сопряженным требуемой диаграмме направленности ФДН. Излучение пучков квазиплоских волн осуществляется с поверхности сферы, величина радиуса которой соответствует дальней зоне проектируемого ФДН. Контроль полученной предметной волны и диаграммы направленности осуществляется путем регистрации интенсивности волны. Смешивание полученного такими приемами поля заданной диаграммы направленности с опорным пучком от источника излучения позволяет сформировать область интерференции предметной радиоволны с отраженной от плоской структуры из стержней частью предметной радиоволны и опорной при совмещенных фазовых центрах предметной и опорной радиоволн. Запись интерференционной голограммы осуществляется вблизи плоской структуры из стержней путем регистрации интенсивности волны во всей плоскости структуры из стержней. Радиоголограмма ФДН формирует диаграмму направленности действия устройства защиты для обеспечения снижения уровня излучений в области, определенной между излучателем и биообъектом. Таким образом обеспечивается эффективность использования защитного устройства путем его расположения непосредственно на устройстве. Оценка диаграммы направленности дифракционной структуры ФДН проводилась путем регистрации интенсивность волны.
Устройство защиты может иметь разные варианты диаграммы действия для различных источников патогенного внешнего излучения. Соответствующая диаграмма направленности действия устройства защиты определялась прямым опытным измерением степени снижения внешнего излучения, на ее границах.
Полосковый симметричный резонатор, цифровая голограмма которого обеспечивает повышение уровня излучения опорной волны в спектре приходящего излучения патогенного источника, например смартфона и представляет собой симметрично расположенные полосковые линии с емкостной связью между ними, линейные вибраторы и СВЧ-контуры. Полосковый симметричный резонатор может быть выполнен ромбовидной формы и содержать симметрично расположенные по меньшей мере четыре линейных вибратора, расположенные по углам ромбовидной формы резонатора, по меньшей мере четыре СВЧ-контура в виде незамкнутых круговых полосковых линий с емкостной связью между ними, причем каждая полосковая линия имеет емкостную связь со своим отдельным линейным вибратором, а также по меньшей мере четыре полосковые линии в виде незамкнутого четырехугольника с тупыми внутренними углами, расположенные между линейными вибраторами. Полосковые линии обеспечивают улучшение фазового согласования вибраторов. Общепринятый недостаток полосковых резонаторов - потери на излучение, в данном варианте топологии резонатора используется целенаправленно для увеличения излучения поля опорной волны за счет площади и радиуса полосковых линий, дополнительно для этих целей линейные вибраторы могут быть расположены несимметрично относительно друг друга. При облучении резонатора волной от патогенного источника излучения он усиливает уровень поля опорной волны, содержащейся в спектре этого излучения. Дополнительно количество наборов круговых полосковых линий с линейными вибраторами может быть увеличено для большего усиления. Полученная РДС радио голо граммы ФДН используется как оригинал ФДН при изготовлении оснастки для серийного изготовления устройства. При этом, для использования полученной радиоголограммы в качестве ФДН достаточно облучить радио голограмму опорной волной из спектра источника излучения, например смартфона.
Для оптической записи голограммы плоской конструкции из стержней, цифровых голограмм ФДН и полоскового симметричного резонатора, поверхность голографического носителя разделена на две части. Форма частей может быть выполнена любой при условии возможности покрытия площади голограммы полоскового симметричного резонатора на голографическом носителе, например, в форме круга, квадрата, шестиугольника. Оптическая голограмма плоской конструкции из стержней переносится на голографический носитель с помощью оптической голографической технологии и располагается на всей площади голографического носителя вокруг контура окружности. В течение этого процесса центр голографического носителя закрыт прямым трафаретом в форме окружности. На тот же носитель записывается цифровая голограмма ФДН. В течение всего этого процесса часть голографического носителя с оптической голограммой плоской металлической конструкции закрыта обратным трафаретом в форме области на голографическом носителе вокруг окружности. Далее на тот же носитель записывается цифровая голограмма полоскового симметричного резонатора, при этом в течение этого процесса часть голографического носителя также закрыта обратным трафаретом.
РДС ФНД и полоскового симметричного резонатора формируется лучом лазера на оборудовании для изготовления цифровых голограмм, известного из уровня промышленной голографической техники. Программное моделирование ФНД проводилось по работам В.Н. Мизгайлова (Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого) и ее РДС записывалась с помощью программного обеспечения по управлению лазерным лучом, входящего в комплект промышленного оборудования для изготовления цифровых голограмм.
Интерференционная структура ФДН, при ее облучении формирует заданную диаграмму направленности излучения плоской конструкции из стержней. ЗУ формирует волновую копию полей плоской конструкции из стержней и ФДН, падающая волна внешнего патогенного излучения взаимодействует с волновой копией в диаграмме действия ЗУ по законам деструктивной интерференции. Что приводит к изменению параметров внешнего излучения и снижению патогенного действия излучения на биологические объекты.
Таким образом, заявляемое изобретение характеризуется новыми, ранее неизвестными из доступных источников информации существенными признаками, заключающимися в выполнении устройства защиты в виде рельефной дифракционной структуры на голографическом носителе в виде оптической голограммы плоской конструкции из стержней, обеспечивающей снижение уровня излучений, цифровой голограммы формирователя диаграммы направленности, обеспечивающей направленное действие защитного устройства, а также цифровой голограммы полоскового симметричного резонатора, обеспечивающего усиление волнового поля устройства защиты. Вышеописанные существенные признаки и обеспечиваемый ими технический результат явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение может быть выполнено известными способами из известных материалов, что обеспечивает его соответствие критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 - схематичное изображение устройства защиты;
Фиг. 2 - топология плоской конструкции из металлических стержней;
Фиг. 3 - схематичное изображение полоскового симметричного резонатора;
Фиг. 4 - форма прямого трафарета для записи голограмм;
Фиг. 5 - форма обратного трафарета для записи голограмм;
Фиг. 6 - схема формирования предметной волны для записи ФДН.
Устройство защиты от излучений представляет собой рельефную дифракционную структуру. Рельефная дифракционная структура выполнена на голографическом многослойном носителе 1 и содержит последовательно нанесенные на голографический носитель оптическую голограмму плоской конструкции из стержней 2, а также цифровые голограммы формирователя диаграммы направленности действия (не показано на чертежах) и полоскового симметричного резонатора 3. Формирователь направленности действия представляет собой рельефную дифракционную структуру в виде радио голограммы на голографическом носителе 1, сформированной опорной волной излучателя и предметной волной соответствующей направленности. Плоская конструкция из стержней 2 представляет собой множество пересекающихся стержней, вписанных в условный квадрат 100*100 единиц, при этом стержни имеют следующие координаты начальных и конечных точек соответственно в двумерной прямоугольной системе координат при расположении одного из углов описывающего квадрата в начале системы координат: (0;100, 100;50), (0;100, 33;66), (50;100, 50;0), (66;66, 100;100), (50;75, 100; 100), (0;75, 20;60), (0;50, 100;50), (0;50, 33;66), (0;50, 33;33), (50;40, 100;0), (66;33, 100;50), (0;0, 50;33), (0;0, 50;50), (0;0, 50;12), (50;33, 100;0), (50;50, 100;0). Полосковый симметричный резонатор 3 имеет ромбовидную форму и содержит симметрично расположенные по меньшей мере четыре линейных вибратора 5, расположенные по углам ромбовидной формы резонатора 3, по меньшей мере четыре СВЧ-контура 6 в виде незамкнутых круговых полосковых линий с емкостной связью между ними, причем каждая полосковая линия имеет емкостную связь со своим отдельным линейным вибратором, а также по меньшей мере четыре полосковые линии 7 в виде незамкнутого четырехугольника с тупыми внутренними углами, расположенные между линейными вибраторами 5.
ФДН формируется следующим образом. Плоскую конструкцию из стержней 2 размещают перед соответствующим источником излучения 8 (в зависимости от назначения дальнейшего использования устройства защиты) на пересечении источников 9 и 10 квазиплоских радиоволн с амплитудно-фазовым распределением поля, при этом на пересечении излучения источников 9 и 10 формируется предметная волна требуемой диаграммы направленности. Излучение пучков квазиплоских волн 9 и 10 осуществляется с поверхности сферы, величина радиуса которой соответствует дальней зоне проектируемого ФДН. ФДН образуется путем фиксации интерференционной голограммы вблизи плоской структуры из стержней в зоне 11 путем регистрации интенсивности волны во всей плоскости структуры из стержней.
Цифровая голограмма плоской конструкции из стержней 2 записывается на часть голографического носителя внутри фигуры 12 при наложении прямого трафарета с помощью оптической голографической технологии. В течение этого процесса центр голографического носителя 1 закрыт прямым трафаретом в форме окружности. На тот же носитель записывается цифровая голограмма ФДН (не показано на чертежах). В течение всего этого процесса часть голографического носителя с оптической голограммой плоской металлической конструкции также закрыта обратным трафаретом 13 в форме области на голографическом носителе вокруг фигуры 12. Далее на тот же голографический носитель 1 записывается цифровая голограмма полоскового симметричного резонатора 3, при этом в течение этого процесса часть голографического носителя также закрыта обратным трафаретом 13.
Принцип действия заявляемого устройства заключается в следующем.
На объекте излучения располагают защитное устройство с соответствующим данному объекту излучения ФДН. Интерференционная структура ФДН, при ее облучении формирует заданную диаграмму направленности излучения плоской конструкции из стержней 2. Устройство защиты формирует волновую копию полей плоской конструкции из стержней 2 и ФДН, падающая волна внешнего патогенного излучения взаимодействует с волновой копией в диаграмме действия устройства защиты по законам деструктивной интерференции, тем самым снижая уровень внешнего излучения.
Действие заявляемого устройства подтверждается следующими примерами.
Пример 1. Испытания устройства проводились при измерении уровня излучения wi-fi школьного нетбука. Измерения уровней производились с применением комплекта «ELI Phantom» (EN62209-2:2010). При установке заявляемого устройства на нетбук, было зафиксировано снижение уровня излучения wi-fi до 3,5db в зоне от 5 до 10 см и далее.
Эффективность защитного устройства проверялась на сотовом телефоне медицинскими исследованиями с использованием компьютерного реографического комплекса «ReoCom», компьютерного кардиографического комплекса «CardioLab». Защитное устройство устанавливалось на сотовый телефон стандарта GSM. Исследование было проведено на 100 добровольцах 18-20 летнего возраста и, согласно концепции доказательной медицины, представляло собой двойной слепой эксперимент. Изучалось влияние излучения сотового телефона на кровообращение мозга, нервную и сердечно-сосудистую системы без заявляемого устройства и при его использовании. При анализе полученных результатов обследований по международным рекомендованным методикам Североамериканского и Британского обществ кардиологов, в первом случае были зарегистрированы достоверные изменения: возникновение спазма мелких и средних кровеносных сосудов, возникновение стресса в нервной системе, нарушение нейрогуморальной регуляции, интенсивное снижение адаптационного ресурса организма. При установке заявляемого устройства на телефон достоверно определено сохранение нормального кровообращения, отсутствие стресса, сохранение адаптационного ресурса организма и качества нейрогуморальной регуляции. Статистический анализ полученных данных проводился с использованием t-критерия Стьюдента. Результаты медицинских исследований подтвердили отсутствие воздействия заявляемого устройства непосредственно на организм пользователя. Применение кардиоинтервалометрии, подтвердило снижение стресс-индекса, увеличение адаптационного ресурса организма при использовании заявляемого способа для защиты человека во время сна путем расположения на спальном месте. Анализ содержания мелатонина в моче подтвердил нормализацию выработки эпифизом вечернего мелатонина, (гормон сна), что повышает качество ночного отдыха, восстанавливает циркадные циклы организма.
Таким образом, вышеописанные существенные признаки обеспечивают решение проблемы снижения уровня электромагнитного излучения цифровых импульсных устройств в условиях неограниченного количества стационарных и мобильных излучающих устройств, воздействующих на организм человека непрерывно, за счет чего обеспечивается достижение результата по сохранению показателей здоровья в сравнении с наличием статистически достоверных ухудшений показателей здоровья без применения защитного устройства.
1. Устройство защиты от излучений, представляющее собой рельефную дифракционную структуру, отличающееся тем, что рельефная дифракционная структура выполнена на голографическом многослойном носителе и содержит последовательно нанесенные на голографический носитель оптическую голограмму плоской конструкции из стержней, а также цифровые голограммы формирователя диаграммы направленности действия и полоскового симметричного резонатора; при этом формирователь направленности действия представляет собой радиоголограмму в виде рельефной дифракционной структуры на голографическом носителе, сформированной опорной волной излучателя и предметной волной соответствующей направленности; плоская конструкция из стержней представляет собой множество пересекающихся стержней, вписанных в условный квадрат 100*100 единиц, при этом стержни имеют следующие координаты начальных и конечных точек соответственно в двумерной прямоугольной системе координат при расположении одного из углов, описывающего квадрата в начале системы координат: (0;100, 100;50), (0;100, 33;66), (50;100, 50;0), (66;66, 100;100), (50;75, 100;100), (0;75, 20;60), (0;50, 100;50), (0;50, 33;66), (0;50, 33;33), (50;40, 100;0), (66;33, 100;50), (0;0, 50;33), (0;0, 50;50), (0;0, 50;12), (50;33, 100;0), (50;50, 100;0).
2. Устройство защиты от излучений по п.1, отличающееся тем, что голографический многослойный носитель содержит слой полипропиленовой пленки, слой термолака и слой напыления алюминия.
3. Устройство защиты от излучений по п.1, отличающееся тем, что полосковый симметричный резонатор имеет ромбовидную форму и содержит симметрично расположенные по меньшей мере четыре линейных вибратора, расположенные по углам ромбовидной формы резонатора, по меньшей мере четыре СВЧ-контура в виде незамкнутых круговых полосковых линий с емкостной связью между ними, причем каждая полосковая линия имеет емкостную связь со своим отдельным линейным вибратором, а также по меньшей мере четыре полосковые линии в виде незамкнутого четырехугольника с тупыми внутренними углами, расположенные между линейными вибраторами.
4. Устройство защиты от излучений по п.1, отличающееся тем, что соотношение диаметра стержня к длине диагонали квадрата, описывающего плоскую конструкцию, составляет 0,07.
