electromagnetic radiation of mobile communication investigation ...

IntroductionTopicality of the problemThe world we live in is constantly modernizing and the electromagneticradiation emitted by electronic devices, electric-power transmissions, televisionand radio stations, computers, radars, mobile phone antennas and, especially, bymobile phones constantly affect people and can cause various health problems.Electromagnetic waves surround us, however, we are not capable to smell, seeor feel them.In the twenty-first century, with the spread of mobile phone networks andintroduction of GSM-900, GSM-1800, UMTS-2100 systems, the number ofsources of electromagnetic radiation increased. A lot of people use mobileconnection without concerning its operating principles: something that is notseen can cause harm. Active use of mobile phones and their level temporaldynamics allow perceiving the component of electromagnetic background asone of the most important physical agents that actively affect live organismsand environment.Due to the growing number and scope of sources of electromagneticradiation from mobile phones, their effect became significant not only forspecialist but for all the inhabitants of surrounding areas. In some countriesmobile-free zones are demanded. In such zones it is forbidden to install mobilecommunication base stations, it is also required to reduce the highest levels ofallowed electromagnetic radiation or other restrictions are imposed.When the mobile phone is used, it is put to the ear, and when not – itusually stays in the pocket, near the body, in this way the electromagneticradiation emitted by (ringing) mobile phone directly interacts with human body.Common mobile phone cases do not provide protection from electromagneticradiation. Therefore, cases that would protect from electromagnetic radiation,when using mobile phones, and that would not have negative effect on thequality of connection, are necessary.Measurements and evaluation of electromagnetic radiation level, reductionof the highest allowed level of electromagnetic radiation and establishment ofother regulations – are issues of world-wide importance. At the moment, themost important concern is the contradictory information about mobile phonesand mobile communication base stations, and their declared effects on humanhealth.The Ministry of Health informs that on 31 st May 2011 the World HealthOrganisation’s International Agency for Research on Cancer announced that,when the mobile phone is used for a long time – 30 or more minutes per day,the radiofrequency electromagnetic fields can increase risks of the brain5

tumour. World Health Organisation stresses that when mobile phone is usedproperly and following all safety measures the negative effects on health causedby electromagnetic radiation can be minimised or avoided.Due to the lack of scientific researches on electromagnetic radiation frommobile phones and public concern, the tendencies of EMF insensitivityparameters in the environment are discussed in this thesis. The contemporaryopinion on the negative effect of mobile phone antennas and electromagneticradiation from mobile phones does not allow making assumptions about futureconsequences. Thus, on the basis of conducted scientific research, not onlypractical but also engineering – technical safety measures from electromagneticradiation have been provided in this thesis.A rapid increase in the level of electromagnetic radiation (many timesexceeding original background) that can damage ecological balance of theenvironment has been observed; therefore, it should be researched andevaluated by theoretical and experimental methods.Object of the work – the electromagnetic radiation emitted by mobileconnection antennas and mobile phones.Aim and tasks of the workThe aim of this thesis is to research and evaluate the spread ofelectromagnetic radiation emitted by mobile connection antennas and mobilephones.To reach the aim set in the thesis, it is necessary to tackle the followingtasks:1. To evaluate the spread of electromagnetic radiation, created by the antennaswith different overall effective radiated power in the environment.2. To research the strength of electric field created by the various mobilephone models.3. To create the strength spread of electric fields of mobile phones aroundhead; and provide the evaluation of electromagnetic radiation strength ofmobile phone antennas by applying theoretical research.4. To investigate materials that screen electromagnetic radiation, and to createmobile phone case that reduces the electromagnetic radiation.Methodology of research. In this thesis the methodologies of researcheson electromagnetic radiation emitted by the mobile connection antennas andmobile phones are applied according to the requirements of hygiene norms andISO standards. The researches on the materials that screen electromagneticradiation are conducted according to research conducting methodologies6

provided in the IEEE standards. The empirical formulas have been used for themodel investigations of electromagnetic radiation level of mobile phoneantennas. “COMSOL Multiphysics” software was used to establish spread ofelectric fields strength created by mobile phones around head.Scientific novelty of the work. Complex experimental studies of mobileconnection antennas (of low, medium and high effective radiation power) andmobile phones (GSM second generation (2G) and UMTS third generation(3G)). Simulations carried out by employing two different modellingmethodologies (“COMSOL Multiphysics” applied for mobile phoneelectromagnetic field strength modelling, and simulation researches – forassessment and visualization of mobile connection antennas’ electromagneticradiation according to the acquired results). Scientific novelty of the work inscientific field of Environmental engineering is created mobile phone case thatprotects from electromagnetic radiation.Practical value. According to the results of the research, it is possible torenew the legal regulatory framework of electromagnetic expertise, thatregulates the allowed intensity level of the electromagnetic fields, and toimprove evaluation methods and methodologies for electromagnetic radiation.Considering the gathered results in the analysis of electromagnetic radiation ofmobile phones it is possible to provide recommendations for mobile phonesafety. The mobile phone case that reduces the electromagnetic radiation ofmobile phone, for which the patent application has been filed, has been created.The field research methodology can be further used for the evaluation of theepidemiologic state of a certain area.Defended propositions1. Mobile connection antennas’ electromagnetic field energy flux densityvalues in ground-level air increase further from the antenna, highest valuescan be observed at the point where main antenna radiation zone reachesearth surface, further on, it declines.2. The strength of electric field is directly proportional to the transmissionpower of a mobile phone and is inversely proportional to frequency anddepends on the space, whether it is closed or open.3. Strength of a mobile phone electric field on the head decreasesexponentially while moving sideward from the epicentre of the effect zone,and depends on density of constituent parts of the head.7

The scope of the scientific work. The thesis consists of introduction, threebody chapters, discussion of results, general conclusions and recommendations.Scope of the thesis is 155 pages, 22 numbered formulas, 85 figures and14 tables. The list of references consists of 107 sources.1. Mobile telecommunication electromagnetic radiation analysisDuring the last two decades the number of mobile phone antennas thatemit electromagnetic radiation in the living areas increased significantly,therefore much more attention is paid to the electromagnetic radiation and itseffects on human body. The irradiance of electromagnetic radiation is not asdangerous as ionizing radiation, but its effects on live organism are differentand effect more people, therefore, the effects of electromagnetic radiation onhuman beings is becoming more relevant.The distribution of electromagnetic radiation of mobile phone antennaslargely depends on the electrical and mechanic tilt angles in antenna directionaldiagrams. When the antenna directional diagrams are chosen precisely in thevertical and horizontal planes, with different electrical tilt angles, it assures thatmeasured real parameter values of electromagnetic insensitivity created byantennas at any point in the plane will not be higher than forecasted and willcorrespond to the requirements of hygiene norms that regulate sources ofnonionizing radiation.One of the most actively used sources of electromagnetic radiation is themobile phone. Mobile phone is a small compact transmitter and receiver in asingle casing. The owner always carries mobile phone nearby; therefore it haseffects on the owner. While talking on the phone, the electromagnetic field isdirectly pointed towards the brain. During the conversation each mobile phoneemits different strengths of electric field.Significant scientific researches on electromagnetic radiation have beenconducted by a number of scholars: S. Allen, H. Bassen, G. D´Inzeo, A. Hirata,K. Jokela, J. Lin, S. Mann, R. Matthes, C. Roy, M. Taki, J. Wang, S. Watanabe.They researched the electromagnetic radiation effects on health and relationbetween electromagnetic radiation and oncological illnesses. Such scholars asU. Bergqvist, G. Friedrich, Y. Hamnerius, L. Martens, G. Neubauer, G.Thuroczy, E. Vogel, J. Wiart conducted researches on electromagnetic radiationof mobile communication base stations in Switzerland. The researches wereconducted in inhabitant areas by identifying the sources of electromagneticradiation. K. Y. Nikolaevich, A. V. Nikolaevich, K. V. Anatolievich, W. P.Thompson, O. H. Peter invented protective screen from electromagneticradiation. The scholars from VGTU Department of Telecommunication8

Engineering R. Pocius, A. Anskaitis, D. Guršnys, K. Mikėnas and G. Montvilasare conducting model investigations on electromagnetic radiation intensivityparameters in the base station environment.2. Mobile telecommunication electromagnetic radiation researchmethodologyWhile conducting field researches on electromagnetic radiation it is veryimportant to foresee and evaluate the areas of research. One of the mostimportant parts is to evaluate where values of electromagnetic radiation will behighest i.e. to determine the most intense radiation direction of each antenna.This is done in two steps: by analysing technical characteristics of mobilephone antennas and conducting control researches in the researchedenvironment. In order to evaluate the most intense radiation direction, all of theantenna directional diagrams in vertical and horizontal planes are used. Allmobile phone antenna manufacturers provide antenna radiation diagrams withtechnical characteristics in catalogues.The most important criteria for the choice of researches on electromagneticradiation of mobile phone antennas: overall effective radiated power (ERP),height of antenna and specific research points (the researches are conducted inliving areas, towards the most intensive direction of mobile connection antenna,on the roofs with mobile phone connection and in the areas, towards the mostintensive direction of mobile phone antenna, where people have free access).Models of mobile connection antennas used in Lithuania have been chosenfor the research. The mobile phone antennas are divided into 3 groupsaccording to the different effective radiated power of mobile connectionantennas: antennas of low (i. e. 193 W, 281 W and 305 W), medium – (i. e. 484W, 707 W and 966 W) and high – (i. e. 1329 W, 1428 W and 1739 W) effectiveradiated strength. In each group 3 mobile connection antennas of differentheight are chosen for the research: short antennas (i. e. 14 m, 21.5 m and 25 m),medium – (i. e. 30 m and 50 m) and high (75 m). Three antennas have been puton top of the building and 4 on special towers. According to the radiatedfrequency mobile connection antennas are divided into 3 technologies: GSM900, GSM 1800 and UMTS 2100. GSM standard for mobile connection is thesecond generation (2G) European standard for mobile connection, in whichfrequency range is 900 MHz (GSM-900) and 1800 MHz (GSM-1800). UMTSstandard for mobile connection is the third generation (3G) mobile connectiontechnology, in which frequency range 2100 MHz (UMTS-2100) is used.In the close distance area i. e. closer than 30 m from the antenna (in bothhorizontal and vertical planes) the strengths of electric and magnetic fields are9

measured. In the far distance areas i.e. further than 30 m (in both horizontal andvertical planes) energy flux density of electromagnetic field is measured fromthe antenna. If the mobile connection antenna is mounted on the building ormast that is higher than 30 m, the energy flux density of electromagnetic field ismeasured on the ground.Electric and magnetic field strengths are measured in the distance of – 1 m,5 m, 10 m, 15 m, 20 m, 25 m and 30 m in the close distance area (closer than30 m), on the roof, towards the most intensive direction of mobile phoneantenna. The researches are conducted 1.5 m above the roof of the building withmounted antenna. The energy flux density of electromagnetic field is measuredin 10 m distance from mobile connection antenna. The radius of the research is500 m. The result of the research is the arithmetic average of 3 values. Theduration of one measurement is 6 minutes.The researches on electric field strength of mobile phones are conducted:in open space, when sending and receiving antennas are in the zone of directvisibility; in closed space when sending and receiving antennas are not in thezone of direct visibility and have obstacles (building walls); in non-stationaryspace (when driving a car). The aim is to investigate the electric field strengthcreated by various mobile phones models under different conditions. Theresearches are conducted by using GSM second generation (2G) mobile phonesthat operate within frequency range from 900 MHz to 1800 MHz and by UMTSthird generation (3G) smart mobile phones that operate in 2100 MHz frequencyrange. The main criteria in the choice of mobile phones were differences inSAR and power. The most popular GSM 900 mobile phones consume two typesof power: high maximum power transfer i. e. up to 2 W and medium – up to0.8 W. GSM 1800 consumes medium – up to 1 W and low – up to 0.25 Wpower. Mobile phones UMTS consumes 4 types of power: high which is up to –2 W, medium – up to 0.5 W, 0.25 W and low – up to 0.125 W. Theelectromagnetic measuring device is put in front of the mobile phone; theelectric field strength is measured during conversation.The “COMSOL Multiphysics” software allows to model the spread ofelectromagnetic fields in head, when the mobile phone is used . The aim ofmodelling is to evaluate distribution of electric field strength created bydifferent mobile phones on the surface of head.The theoretical modelling of energy flux density spread of electromagneticfield is done by applying physical peculiarities of electromagnetic wavesradiation. The aim of modelling is to evaluate the energy flux densitydistribution of electromagnetic field from mobile phone antennas. After theevaluation of modelling researches, the visual representation of electromagnetic10

adiation spread is carried out according to the results by using AutoCadprogram package.The methodology of researches on materials that screen electromagneticradiation is provided. Electromagnetic field measuring device NBM 550 is putin 30 cm distance from the material that is being researched. On the oppositeside in 30 cm distance from the material that is being researched the antenna ofelectromagnetic field generator is set. The antenna of electromagnetic fieldgenerator is constantly emitting electromagnetic field energy density of 10µW/cm².In order to reduce the electromagnetic radiation, the following materialsare investigated: metal netting, aluminized foil, tin, brass sheet, steel sheet,aluminium sheet, concrete, rubber, plasterboard, wooden sheet. Various typesof glass have been used as well.3. Mobile telecommunication electromagnetic radiation experimentalresearch resultsThe researches on directional mobile connection antenna (ERP = 1739 W)conducted in 14 m height above ground revealed that electric and magneticfields’ strength quickly diminishes when the distance from antenna increases.Evident decrease in electric field strength is noticed in 15 metres distance frommobile connection antenna, then its values are reduced twice, from 20 V/m to11.4 V/m. When the distance from antenna increases, 20 meters or more, theelectric field strength is not so evident and changes are within the range of 10.5V/m to 7.5 V/m. The changing mobile phone electric field creates magneticfield, therefore, the magnetic field strength tendencies to diminish are similar tothe electric field’s. In the distance from 1 meter to 15 meters the magnetic fieldstrength is reduced by 0.6 time and changed within the range of 0.05 A/m to0.03 A/m. When the distance from mobile phone antenna increases, themagnetic field strength diminished evenly and changed within the range of0.028 A/m to 0.02 A/m.In the far distance area (more than 20 m distance) the electromagnetic fieldhas formed into electromagnetic wave: the spread directions of electric andmagnetic field strengths are perpendicular to each other; the ratio of electric andmagnetic field strengths is constant and equal to 377. In the far distance area theenergy flux density of electromagnetic field is measured.The mobile connection antenna (ERP = 1739 W, height 14 m) EMF energyflux density dependence on the distance of 1.5 m above the ground is shown inthe Figure 1.11

Energy flux density, µW/cm² ...1010,10,0130 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500Distance, mThe mobile antenna EMFradiationTotal EMF radiationFig. 1. Dependence of mobile connection antenna (ERP = 1739 W, height 14 m) EMFenergy flux density distribution from distance, if the height is 1,5 m above the groundlevelFrom Figure 1, reveals that directional mobile connection antenna (ERP =1739 W, height 14 m) towards the most intensive direction of radiation, 1.5 mabove ground in 50 m distance, creates the local maximum of EMF energy fluxdensity (0.98 µW/cm²). In greater than 50 m distance, EMF energy flux densitystarts to decrease: in 60 metres distance reaches 0.74 µW/cm², in 70 m –0.15 µW/cm², in 80 m – 0.13 µW/cm², in 90 – 0.11 µW/cm², in 100 m –0.1 µW/cm². In greater than 100 m distance energy flux density ofelectromagnetic field changes marginally and is scattered within the range of0.05 µW/cm² to 0.1 µW/cm². The investigations of the research revealed thatantenna diagram in the vertical plane has a narrow radiation lobe of 6.8ºradiation width which is directed downwards with the help of mechanical andelectrical tilt. Therefore, the highest energy flux density is registered where themain antenna diagram lobe reaches ground level (in this case in 50 m distancefrom antenna). It is obvious that the maximum created by mobile phone antennadepends on the ERP of the antenna and height above the ground level of theantenna. The mobile connection antenna in the maximum radiation directioncreates one maximum. Mobile connection antennas electromagnetic fieldenergy flux density values in ground-level air increase further from the antenna,highest values can be observed at the point where main antenna radiation zonereaches earth surface, further on, it declines.12

The Figure 3 displays the distribution of mobile phone electric fieldstrength during the conversation over a mobile phone, which SAR is 0.57 W/kg,maximum power 0.125 W, used frequency 2100 MHz, the level ofelectromagnetic signal in the environment (–70 dBm). The received results(Figure 3) reveal that the electric field strength created by mobile phone (colourred) reaches 1 V/m around the ear (i. e. the place to which mobile phone is put)in 1 cm radius. Since the mobile phone emits very low electric field strength,thus, its radiation area is very small, only 3 cm. In this area the prevailingelectric field strength is 0.1–0.9 V/m. When the distance from mobile phone ismore than 3 cm, the electric field strength is not detected in the upper and lowerparts of the head, in both sides of the head or on top of the head. The electricfield strength of the mobile phone takes about 1% of the whole artificial head.In the Figure 4 it can be observed that the highest energy flux densityvalues of electromagnetic field are formed when the radiation direction of themobile connection antenna is the most intensive (colour red). When the distanceis up to 20 m the energy flux density values of electromagnetic field arescattered within the range of 50 µW/cm² to 10000 µW/cm². When the distanceis greater the energy flux density values of electromagnetic field evidentlydecrease and in front of the living (yellow colour) reaches values of 7 µW/cm².The modelling of energy flux density spread of electromagnetic field, as well asthe conducted investigations, revealed that the highest values were registered in13.5–22.5 m height above ground level. Further on, when the distance is 100 m(colour green) energy flux density values of electromagnetic field are scatteredwithin the range of 0.5 µW/cm² to 0.1 µW/cm².a) b)Fig. 5. Mobile phone case axonometric image with incision: a) front wall image, b) rearwall image: 1 – aluminized foil; 2 – rubber; 3 – cover; 4 – plastic screen; 5 – stickytape; 6 – holes15

Mobile phone case (Figure 5) is composed of two-layer material: insidealuminized foil of eleven µm, outside – rubber of two mm thickness. Front partof the mobile phone is made of the lid in the bottom, eight holes at the top andbottom of the case, one third of the front part is used for the plastic transparentscreen for the keyboard. The back part of the mobile phone case is composed ofthe Velcro tape which is on the back of the lid, and another Velcro tape in thebottom part. When mobile phone is ringing inside the case, the electromagneticradiation, the reflected electromagnetic radiation, the absorbed electromagneticradiation, the electromagnetic radiation which reaches outside are formed. Thecreated mobile phone case effectively minimises electromagnetic radiationemitted by mobile phone, does not disturb duty cycle or reduce quality of theconnection.The electromagnetic radiation of mobile connection is best screened by thematerials with high conductivity and magnetic conductivity of the material i.e.aluminized foil, tin, bras, steal, and aluminium. Rubber, plasterboard, woodsheet cannot be characterised as highly screening materials. These materialsabsorb only small part of electromagnetic radiation, whereas all the rest isemitted outside.Glass packets made of two or three glasses, from which one or two glassesare selective, screen electromagnetic radiation up to 10 times. Theelectromagnetic radiation is screened by the selective glass, with a thin metaland metal oxide layer, which is characterised by the ability to reflectelectromagnetic rays outside.General conclusions1. The analysis of scientific literature revealed that the number of directionalcomprehensive researches on electromagnetic radiation of mobile phoneantennas and mobile phones and researches providing recommendations andmeasures for reducing the effect of electromagnetic radiation is notsufficient.2. The research on electric field strength of mobile phone antennas showedthat in the close distance area the intensity parameters of electromagneticradiation exceed the allowed norms from 1.5 to 100 times.3. The research results of three different mobile connection antennas’ groupsrevealed that EMF energy flux density values of low effective power mobilephone antennas are twice lower compared to medium effective radiationpower antennas, and 10 times lower compared to high effective radiationpower mobile connection antennas. This has to be considered whilereducing electromagnetic radiation in the environment.16

List of published works on the topic of the dissertationIn the reviewed scientific journalsBaltrėnas, P.; Buckus, R.; Vasarevičius, S. 2012. Research and evaluation of theintensity parameters of electromagnetic fields produced by mobile communicationantennas. Journal of environmental engineering and landscape management. Vilnius:Technika. ISSN 1648-6897 (print), ISSN 1822-4199 (online). 20(4): 273–284 (ThomsonISI Web of Science). IF = 1,958 (2011).Baltrėnas, P.; Buckus, R. 2012. Mobiliųjų telefonų elektromagnetinio lauko energijossrauto tankio tyrimai ir įvertinimas. Mokslas – Lietuvos ateitis = Science – future ofLithuania: Aplinkos apsaugos inžinerija. Vilnius: Technika. ISSN 2029-2341(print),ISSN 2029-7106 (online). 4(5): 462–467 (Index Copernicus).Baltrėnas, P.; Buckus, R. 2011a. Research and assessment of safety distance of TVelectromagnetic fields. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics(JOSE). Warszawa : Central Institute for Labour Protection – National ResearchInstitute. ISSN 1080-3548. 17(1): 33–39 (Thomson ISI Web of Science). IF = 0,407(2010).In the other editionsBuckus, R.; Baltrėnas, P. 2012. Research and analysis of electromagnetic radiation frommobile telephone base station antenas inresidential environment. The 19 th InternationalConference on Microwaves, Radar and Wireless Communications: ConferenceProceedings, May 21–23, 2012 Warsaw, Poland. Warsaw: Technika. ISSN 978-1-61284-1438-2/12. 1: 175–175.Baltrėnas, P.; Buckus, R. 2011b. Indoor measurements of the power density close tomobile station antenna. The 8th International conference “Environmental engineering“selected papers, May 19–20, 2011 Vilnius, Lithuania. Vilnius: Technika. ISBN 978-9955-28-826-8. 1: 16–21 (ISI Proceedings).Prepared application of patentBaltrėnas, P.; Buckus, R. 2012. Mobiliojo telefono dėklas. Nr. 2012 029 LR Valstybinispatentų biuras.About the authorRaimondas Buckus was born in Joniškis district on 14 of September 1983.In 2006, he acquired bachelor's degree in applied ecology Faculty of NatureSciences at Šiauliai University. In 2009, he received a master's degree intechnologies of environmental radiation safety at the Faculty of Environmentalengineering at Vilnius Gediminas Technical University. Since 2009 – he is agraduate student at Vilnius Gediminas Technical University. Currently, he isworking as senior technician at the Department of Environmental Protection.18

MOBILIOJO RYŠIO ELEKTROMAGNETINĖSSPINDULIUOTĖS TYRIMAI IR SKLAIDOS MAŽINIMOPRIEMONĖSMokslo problemos aktualumasGyvename kasdien vis labiau modernėjančiame pasaulyje, kuriameelektromagnetinė spinduliuotė, sklindanti iš buitinių elektros prietaisų, elektrosperdavimo linijų, radijo ir televizijos stočių, kompiuterių, radarų, mobiliojoryšio antenų ir ypač iš mobiliųjų telefonų, nuolat veikia žmogų ir gali sukeltiįvairių sveikatos sutrikimų. Elektromagnetinės bangos tvyro aplink mus, tačiaumes jų negalime nei užuosti, nei pamatyti, nei apčiuopti.Dvidešimt pirmajame amžiuje išsiplėtus mobiliojo ryšio tinklui ir ypačatsiradus GSM-900, GSM-1800 ir UMTS-2100 sistemoms, žymiai padaugėjoelektromagnetinės spinduliuotės šaltinių. Žmonės masiškai ėmė naudotimobilųjį ryšį, nesusimąstydami nei dėl jo veikimo principų, nei dėl galimokenksmingo poveikio. Aktyvus mobiliųjų telefonų naudojimas leidžia šiąelektromagnetinio fono komponentę laikyti viena svarbiausių fizikinių veiksnių,aktyviai veikiančių visus gyvuosius organizmus ir aplinką.Elektromagnetinės spinduliuotės poveikis tapo reikšmingas ne tikspecialistams, dirbantiems toje aplinkoje, bet ir visiems aplinkinių vietoviųgyventojams. Kai kuriose šalyse pradėta reikalauti zonų be mobiliųjų telefonų,kuriose būtų draudžiama įrengti bazines mobiliojo ryšio stotis, taip pat gerokaisumažinti maksimalius leistinus elektromagnetinės spinduliuotės lygius ar įvestikitokius apribojimus.Kai kalbama mobiliuoju telefonu, dažniausiai jis glaudžiamas prie ausies,o kai juo nesinaudojama, jis laikomas kišenėje prie kūno, tad iš mobiliojotelefono sklindanti elektromagnetinė spinduliuotė tiesiogiai veikia žmogauskūną. Įprasti mobiliųjų telefonų dėklai nuo elektromagnetinės spinduliuotėsneapsaugo, todėl reikia tokių dėklų, kurie veikiant mobiliesiems telefonamsgalėtų apsaugoti nuo elektromagnetinės spinduliuotės, nepablogindamimobiliojo ryšio kokybės.Elektromagnetinės spinduliuotės lygio matavimai, jų vertinimas irmaksimalių leistinųjų elektromagnetinės spinduliuotės lygių mažinimas arkitokių apribojimų įvedimas – aktuali problema visame pasaulyje. Pastaruojumetu ypač daug nerimo kelia apie mobiliuosius telefonus ir mobiliojo ryšiobazines stotis ir jų poveikį gyventojų sveikatai skelbiama prieštaringainformacija.Sveikatos apsaugos ministerija išplatino informaciją, kad Pasauliosveikatos organizacijos Tarptautinė vėžio tyrimų agentūra 2011 m. gegužės19

31 d. žiniasklaidai pateikė pranešimą, kad elektromagnetiniai radijo dažniolaukai gali padidinti riziką susirgti smegenų vėžiu ilgą laiką (30 minučių irilgiau per dieną) naudojantis mobiliuoju telefonu. Pasaulio sveikatosorganizacija atkreipė dėmesį į tai, kad tinkamai naudojantis mobiliuoju telefonuir imantis atsargumo priemonių galima sumažinti ir išvengti spinduliuotėspoveikio sveikatai.Įvertinant patikimų mokslinių duomenų apie žalingos mobiliojo ryšio elektromagnetinėsspinduliuotės įtakos stoką ir atsižvelgiant į pagrįstą visuomenėssusirūpinimą, šiame darbe nagrinėjamos elektromagnetinio lauko intensyvumoparametrų tendencijos aplinkoje. Šiuolaikinė samprata apie neigiamą mobiliojoryšio antenų ir mobiliųjų telefonų elektromagnetinės spinduliuotės poveikįneleidžia prognozuoti visų pasekmių ateityje, todėl darbe pagal atliktusmokslinius tyrimus pristatytos ne tik praktinės, bet ir inžinerinės-techninėsapsaugos nuo elektromagnetinės spinduliuotės priemonės.Akivaizdu, kad pastaruoju metu agresyviai besireiškiantis spartuselektromagnetinės spinduliuotės (daug kartų viršijančios natūralųjį foną) lygiodidėjimas gali pažeisti ekologinę aplinkos pusiausvyrą, todėl šis procesas turibūti ne tik tiriamas, bet ir vertinamas tiek teoriniais, tiek eksperimentiniaismetodais.Darbo tyrimų objektas – mobiliojo ryšio antenų ir mobiliųjų telefonųskleidžiama elektromagnetinė spinduliuotė.Darbo tikslas ir uždaviniaiDarbo tikslas – ištirti ir įvertinti mobiliojo ryšio antenų ir mobiliųjųtelefonų skleidžiamos elektromagnetinės spinduliuotės sklaidą.Darbo tikslui pasiekti reikia išspręsti šiuos uždavinius:1. Įvertinti skirtingos efektyviosios spinduliuotės galios antenų sukuriamąelektromagnetinės spinduliuotės sklaidą aplinkoje.2. Ištirti įvairių modelių mobiliųjų telefonų sukurtą elektrinio lauko stiprį.3. Naudojantis programine įranga, sumodeliuoti mobiliųjų telefonų elektriniolauko stiprio sklidimą aplink galvą, taip pat remiantis teoriniais tyrimaisatlikti modelinį mobiliojo ryšio antenų elektromagnetinės spinduliuotėssklaidos įvertinimą.4. Ištirti elektromagnetinę spinduliuotę ekranuojančiąsias medžiagas ir sukurtimobiliojo telefono dėklą, apsaugantį nuo elektromagnetinės spinduliuotės.20

Tyrimų metodikaDarbe naudojama mobiliojo ryšio antenų ir mobiliųjų telefonųskleidžiamos elektromagnetinės spinduliuotės tyrimų metodika pagal higienosnormose ir ISO standartuose nustatytus reikalavimus. Elektromagnetinęspinduliuotę ekranuojančiųjų medžiagų tyrimai atlikti pagal IEEE standartepateiktą bandymų atlikimo metodiką. Mobiliojo ryšio antenų elektromagnetiniolauko energijos srauto tankio sklidimas nagrinėjamojoje teritorijoje paremtasatliktais teoriniais tyrimais bei sklaidos vizualizavimu pagal gautus rezultatus,panaudojant programinį AutoCad paketą. Mobiliųjų telefonų sukurto elektriniolauko stiprio sklaidai aplink galvą naudota „COMSOL Multiphysics“modeliavimo programa.Mokslinis darbo naujumasAtlikti kompleksiniai eksperimentiniai elektromagnetinės spinduliuotėstyrimai apima mažos, vidutinės bei didelės efektyviosios spinduliuotės galiosmobiliojo ryšio antenas ir GSM antros kartos (2G), UMTS trečios kartos (3G)mobiliuosius telefonus. Mobiliojo ryšio antenų elektromagnetinės spinduliuotėssklaidos modeliavimas atliekamas taikant fizikinius elektromagnetinių bangųsklidimo teorinius ypatumus, o vizualizavimas – naudojant programinį AutoCadpaketą. Mobiliojo telefono sukuriamo elektrinio lauko stiprio pasiskirstymasgalvoje atliekamas „COMSOL Multiphysics“ programa. Darbo naujumas,Aplinkos inžinerijos mokslo kryptyje, pasireiškia mobiliojo telefono dėklo,apsaugančio nuo elektromagnetinės spinduliuotės, sukūrimu bei pritaikymu.Praktinė reikšmėRemiantis tyrimų rezultatais gali būti atnaujinama teisinė norminėelektromagnetinės ekspertizės bazė, reglamentuojanti leidžiamuselektromagnetinės spinduliuotės intensyvumo lygius, tobulinamielektromagnetinės spinduliuotės įvertinimo metodai ir metodika. Atsižvelgus įgautus rezultatus tiriant mobiliųjų telefonų elektromagnetinę spinduliuotę,disertacijoje pateiktos saugaus naudojimosi mobiliaisiais telefonaisrekomendacijos. Sukurtas mobiliojo telefono skleidžiamą elektromagnetinęspinduliuotę mažinantis mobiliojo telefono dėklas ir Valstybiniam patentųbiurui pateikta paraiška patentui gauti. Natūrinių tyrimų metodikas galimanaudoti tam tikros teritorijos epidemiologinei būklei vertinti.21

Ginamieji teiginiai1. Mobiliojo ryšio antenų elektromagnetinio lauko energijos srauto tankiovertės pažemio ore tolstant nuo antenos didėja, didžiausios vertės susidaroten, kur pagrindinė antenos spinduliavimo zona pasiekia žemės paviršių, otoliau pradeda mažėti.2. Mobiliojo telefono elektrinio lauko stipris tiesiogiai proporcingas mobiliojotelefono perdavimo galiai, atvirkščiai proporcingas dažniui ir priklauso nuoto, ar erdvė yra uždara ar atvira.3. Mobiliojo telefono elektrinio lauko stipris galvos paviršiuje tolstant nuopoveikio zonos epicentro į kraštus eksponentiškai mažėja ir priklauso nuogalvos sudėtinių dalių tankio.Darbo apimtis. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai ir rezultatųapibendrinimas, bendrosios išvados ir rekomendacijos.Įvadiniame skyriuje aptarta tiriamoji problema ir darbo aktualumas,aprašytas tyrimų objektas, suformuluotas darbo tikslas bei iškelti uždaviniai,aprašyta tyrimų metodika, atskleistas mokslinis darbo naujumas, pagrįstapraktinė darbo rezultatų reikšmė ir pateikti ginamieji teiginiai. Taip patpristatytos disertacijos tema paskelbtos autoriaus publikacijos bei pranešimaikonferencijose ir detalizuota disertacijos struktūra.Pirmajame skyriuje pateikiama mokslo darbų disertacijos temos apžvalga,kurioje aptariamos mobiliojo ryšio elektromagnetinės spinduliuotės savybės,atskleidžiami modeliavimo ir matavimo metodikos bei ekranavimo principai.Antrajame skyriuje detalizuojama antenų elektromagnetinio lauko intensyvumoparametrų ir mobiliųjų telefonų elektrinio lauko stiprio, taip patelektromagnetinės spinduliuotės modeliavimo ir elektromagnetinę spinduliuotęekranuojančiųjų medžiagų tyrimų metodika. Trečiajame skyriuje pateikiamaantenų elektromagnetinės spinduliuotės sklaidos ypatumų analizė ir nagrinėjamiskirtingų mobiliųjų telefonų sukurto elektrinio lauko stiprio eksperimentiniųtyrimų duomenys bei gautieji elektromagnetinės spinduliuotės modeliavimorezultatai. Skyriuje atskleidžiami elektromagnetinę spinduliuotę mažinančiųekranuojančiųjų medžiagų tyrimai, pristatomas gautų tyrimų pagrindu sukurtasmobiliojo telefono dėklas.Darbo apimtis 155 puslapiai, panaudota 22 numeruotos formulės,85 paveikslai ir 14 lentelių. Rašant disertaciją buvo panaudoti 107 literatūrosšaltiniai.22

Bendrosios išvados1. Išanalizavus mokslinę literatūrą, nustatyta, kad kryptingų ir išsamių,apimančių mobiliojo ryšio antenų, mobiliųjų telefonų elektromagnetinęspinduliuotę bei sklaidos mažinimo priemonių tyrimų pasaulyje atliktanedaug.2. Mobiliojo ryšio antenų išspinduliuojamos elektrinio lauko stiprio irmagnetinio lauko stiprio vertės artimojoje zonoje (iki 30 m atstumo) viršijaleidžiamas normas nuo 1,5 iki 100 kartų.3. Trijų skirtingų grupių mobiliojo ryšio antenų tyrimų rezultatai parodė, kadmažos efektyviosios galios mobiliojo ryšio antenų EML energijos srautotankio vertės yra dvigubai mažesnės, palyginti su vidutinės efektyviosiosspinduliuotės galios antenomis ir 10 kartų mažesnės, palyginti su didelėsefektyviosios spinduliuotės galios mobiliojo ryšio antenomis. Mažinantelektromagnetinę spinduliuotę aplinkoje reikia tai įvertinti.4. Mažų, vidutinių ir didelių efektyviosios spinduliuotės galios mobiliojo ryšioantenų didžiausios elektromagnetinio lauko energijos srauto tankio vertėspažemio ore susidaro ten, kur pagrindinė antenos spinduliavimo zonapasiekia žemės paviršių, o toliau pradeda mažėti.5. Didžiausias elektrinio lauko stiprio vertes iki 14 V/m pokalbio metuišspinduliuoja antrosios kartos (2G) GSM mobilieji telefonai, kurie veikia900 MHz dažnių juostose. Tai lemia mobiliųjų telefonų maksimaliperdavimo galia, kuri esant silpnam elektromagnetinio signalo lygiui (nuo–80 iki –95 dBm) siekia 2 W.6. Antrosios kartos (2G) GSM mobilieji telefonai, kurie veikia 1800 MHzdažnių juostose, kalbėjimo metu išspinduliuoja elektrinio lauko stipriovertes nuo 1 V/m iki 10 V/m. Mažesnes elektrinio lauko stiprio vertes lemiamobiliųjų telefonų naudojamas dažnis (1800 MHz) bei mažesnė naudojamamaksimali galia (1 W).7. Trečiosios kartos (3G) UMTS išmanieji telefonai, kurie veikia 2100 MHzdažnių juostoje, kalbėjimo metu išspinduliuoja mažiausias (iki 8 V/m)elektrinio lauko stiprio vertes, nes jie efektyviau naudoja radijo dažnį.8. Modeliuojant nustatyta, kad mobiliojo telefono elektrinio lauko stiprisgalvos paviršiuje tolstant nuo poveikio zonos epicentro į kraštuseksponentiškai mažėja, užima nuo 1 % iki 12 % galvos paviršiaus ploto irpriklauso nuo galvos sudėtinių dalių tankio.9. Elektromagnetinę spinduliuotę slopinančių medžiagų efektyvumas priklausonuo savitojo medžiagos laidžio ir magnetinės skvarbos. Geriausiai mobiliojoryšio elektromagnetinę spinduliuotę ekranuoja medžiagos, turinčios didelįsavitąjį laidį (nuo 1,45 · 10 6 S/m iki 5,96 · 10 7 S/m) ir didelę magnetinę23

skvarbą (nuo 1,25 · 10 −6 H/m iki 8,75 · 10 −4 H/m), pvz., aliuminizuotafolija, skarda, žalvaris, plienas, aliuminis.Rekomendacijos1. Kad išvengtume ir sumažintume galimą mobiliojo telefono spinduliuotėspoveikį sveikatai, galingiems mobiliesiems telefonams (nuo 1 W iki 2 W),patariama naudoti sukurtą dvisluoksnį mobiliojo telefono dėklą, kurispokalbio metu iki 10 kartų sumažina elektromagnetinę spinduliuotę ir kartuleidžia palaikyti kokybišką pokalbį.2. Pastatuose patariama naudoti stiklo paketus, sudarytus iš dviejų arba trijųstiklų, kurių vienas arba du stiklai yra selektyviniai. Elektromagnetinęspinduliuotę ekranuoja selektyvinis stiklas, ant kurio yra plonas metalų irmetalų oksidų sluoksnis, turintis savybę atspindėti elektromagnetiniusspindulius atgal į išorę.Trumpos žinios apie autoriųRaimondas Buckus gimė 1983 m. rugsėjo 14 d. Joniškio rajone. 2006 m.įgijo taikomosios ekologijos bakalauro laipsnį Šiaulių universiteto Gamtosmokslų fakultete. 2009 m. įgijo aplinkos radiacinės saugos technologijųmagistro laipsnį Vilniaus Gedimino technikos universiteto Aplinkos inžinerijosfakultete. Nuo 2009 m. – Vilniaus Gedimino technikos universiteto doktorantas.Šiuo metu dirba vyresniuoju laborantu Vilniaus Gedimino technikosuniversiteto Aplinkos apsaugos katedroje.24