Campo de la invención

La presente invención se refiere a un equipo de bolsillo, fácilmente transportable, debido a sus reducidas dimensiones, que permite realizar un seguimiento continuado de los niveles de exposición a las radiaciones electromagnéticas a las que está sometido el sujeto que porta dicho dispositivo. El rango de frecuencias capaces de ser percibidas comprende desde los 50 Hz hasta los 6 GHz en canales de 10 MHz de ancho de banda.

Antecedentes de la invención

Las necesidades de la sociedad actual, en las que las nuevas tecnologías y las comunicaciones se han erigido como el bastión del desarrollo, conllevan la implantación continuada de nuevos sistemas de transmisión. Estos sistemas funcionan mediante la emisión de ondas electromagnéticas, por lo que se ha producido un aumento considerable de los niveles de radiación ambiental a los que la población se encuentra expuesta.

El incremento del número de emisores, unido al desconocimiento de las características y de la ubicación exacta de las fuentes emisoras, son impedimentos extra que hacen muy complicado un conocimiento real de las variaciones de los niveles de campo electromagnético en entornos urbanos.

La preocupación por los posibles efectos que dichos campos tienen sobre los seres humanos es un hecho. La necesidad de control de las emisiones radioeléctricas por parte de las autoridades competentes ha supuesto la creación de normativas específicas ligadas a la exposición de campos electromagnéticos. Concretamente, la recomendación de la UE, articulada como Real Decreto y Orden Ministerial en el caso español (Art. 8 7d del Real Decreto 1066/2001), exige que las emisiones se mantengan por debajo de unos umbrales que se establecen a priori, siendo las medidas recogidas promediadas durante periodos de seis minutos.

La realidad es que, a pesar de la aplicación de dicha normativa, existe percepción de riesgo, puesto que, aunque las estaciones emisoras tienen contratada una potencia inferior a la del umbral de seguridad (debiendo emitir por debajo de estos límites), hay ocasiones en que se emite a una potencia mayor de manera puntual. Estas emisiones de pico quedan enmascaradas, ya que la normativa exige que sea el promedio temporal de medida (seis minutos) el que se mantenga por debajo de unos umbrales. Por tanto, existen emisiones que pueden superar con creces los límites, pero pasan desapercibidas para los sistemas de monitorización actual si son cortas en el tiempo. Por otro lado, la explosión de redes WLAN WMAN y WPAN modifican constantemente el mapa radioeléctrico, sobre todo en el interior de las viviendas, por lo que el control de las condiciones electromagnéticas ambientales se hace aún más difícil.

Todas estas dificultades planteadas en la evaluación de la radiación electromagnética ambiental, justifican la percepción de riesgo, y la necesidad de elaborar nuevos tipos de medidas y de estimaciones exhaustivas, que permitan llevar a cabo un control correcto, útil y real.

Mucho más relevante que lo anteriormente expuesto es el desconocimiento de los ciudadanos sobre la cantidad de radiación que se recibe. Puesto que, para realizar una medida real, y no teórica, sería necesario evaluar la radiación que el sujeto está recibiendo en todo momento, en cualquier punto en el que se encuentre, ya sea en el interior de los edificios, o en el exterior. Sólo de esta manera se podrá informar adecuadamente al ciudadano de cuáles son los niveles de radiación en su entorno personal. Para ello se hace imprescindible el diseño de dispositivos personales y portátiles, como es el caso de la presente invención.

Existe un buen número de grupos de investigación, centrados en estudiar métodos de medida y de evaluación de los niveles de radiación electromagnética, así como de los posibles riesgos y de las consecuencias de la exposición continuada. Normalmente, estos estudios se realizan en laboratorios, en los que se diseñan escenarios controlados. Los resultados obtenidos de este tipo de escenarios son válidos como resultados teóricos, pero distan bastante de los que podrían obtenerse en caso de realizar medidas continuadas en entornos reales, puesto que el comportamiento de los campos electromagnéticos se ve modificado constantemente, y estas modificaciones son difícilmente reproducibles en entornos artificiales. Si a la variabilidad intrínseca de los campos electromagnéticos se le añade la variabilidad personal, y la movilidad a lo largo del día, la incertidumbre es tal que se considera prácticamente imposible poder estudiar los efectos de estos campos sobre cada sujeto en su entorno. Es por esto que se propone un nuevo tipo de estudios, basados en un control personal y directo de los campos que cada individuo recibe en cada momento.

Existen ciertos dispositivos en el mercado, descritos como dosímetros personales (EME SPY 120 y EME SPY 140 de SATIMO, y el ESM-140 de Maschek) que plantean modos de funcionamiento que podrían adaptarse al nuevo tipo de estudios ya mencionado, pero que presentan ciertas carencias que la presente invención pretende subsanar.

En el primer dispositivo de SATIMO, el EME SPY 120, no se realiza un barrido completo del espectro frecuencial, sino que trabaja sólo en 12 bandas de frecuencia, concretamente en los rangos de: FM, TV3, TETRA, TV4&5, GSM Tx, GSM Rx, DCS Tx, DCS Rx, DECT, UMTS Tx, UMTS Rx Y WIFI. El hecho de no abarcar el espectro completo representa un problema a la hora de poder realizar estudios personalizados, puesto que se está demostrando que existen individuos que manifiestan alta sensibilidad electromagnética a frecuencias que no se encuentran entre las especificadas anteriormente. Otro inconveniente del dispositivo EME SPY 120 es su tamaño, puesto que se trata de un aparato de dimensiones y peso un tanto elevados. Se considera que los dispositivos portátiles deben presentar un tamaño menor que les permita ser llevados de manera cómoda y fácil.

El segundo dispositivo de SATIMO, el EME SPY 140, amplía a 14 las bandas de frecuencias analizadas, incluyendo WiMAX (3400-3800 MHz) y WiFI 5G (5150- 5850 MHz), pero tampoco realiza el barrido completo de la banda. Al igual que el anterior, las dimensiones son demasiado grandes para un dosímetro portátil.

El tercer dispositivo, el ESM-140, está diseñado sólo para realizar medidas en los rangos de frecuencias de telefonía y WLAN (GSM900, GSM1800, DECT, UMTS Y WLAN), por lo que, al igual que el dispositivo anterior, se trata de unos rangos de frecuencias que no abarcan el espectro completo. Es más, en este modelo ni siquiera se tienen en cuenta frecuencias inferiores a los 880 MHz, siendo éstas las frecuencias empleadas para otro tipo de sistemas de comunicaciones muy habituales en entornos urbanos. Adicionalmente, el modo de almacenamiento de la información es mediante la grabación de los valores medios y de pico en cada canal.

Existen además otros dispositivos, los EMDEX. Los modelos EMDEX II presentan un diseño demasiado grande para poder ser empleados de manera cómoda en estudios epidemiológicos continuados en el tiempo. Además, los modelos EMDEX II Standard, High Field y High Field High Frequency, trabajan en unos rangos de frecuencias muy pequeños (de 40-800 Hz, en los dos primeros casos, y de 40-3000 Hz en el tercero). Los modelos EMDEX LITE meters, son más pequeños, pero cubren rangos de frecuencias pequeños (de 10 o 40 Hz- 1000 Hz), sólo almacenan un dato, y no poseen capacidad de mapeo del campo. Los modelos EMDEX SNAP and MATE Meters son modelos más compactos, pero el primero no almacena ningún dato, sólo los muestra, y el segundo trabaja en los mismos rangos de frecuencias que los EMDEX LITE meters., rangos insuficientes para poder realizar estudios completos. Analizando todos los antecedentes mencionados, se diseña un dispositivo que supla las deficiencias percibidas en los sistemas de dosimetría personal existentes, mediante un equipo que se describe como un instrumento de bolsillo, portátil, cómodo de transportar y capaz de percibir señales radioeléctñcas comprendidas entre la banda de los 50MHz hasta los 6GHz. El modo de funcionamiento es tal que barre todo el espectro frecuencial indicado, fraccionando la banda en canales de 10 MHz de ancho, midiendo la intensidad de campo recibida en cada canal y almacenado esta información en una memoria no volátil. Este sistema de medida y almacenaje permite poder analizar posteriormente la exposición que una persona pueda tener a la radiación electromagnética durante períodos de tiempo prolongados.

Todas estas características, convierten al dispositivo en un aparato de medida de campo electromagnético idóneo para personal cuyos entornos, tanto laborales como sociales, se enmarcan entre las siguientes opciones: oficinas, centros educativos, hospitales, plantas de manufacturación, fábricas, zonas con instalaciones eléctricas próximas... , y en general, es un dispositivo adecuado para cualquier persona que desee controlar los niveles de radiación a los que está sometido diariamente.

Descripción de la invención

La invención se refiere a un dispositivo que describe como un instrumento de bolsillo, portátil, cómodo de transportar y capaz de percibir señales radioeléctricas comprendidas entre la banda de los 50 MHz hasta los 6GHz. El rango de frecuencias de trabajo se fracciona en canales de 10 MHz de anchura de banda, de tal manera que se mide la intensidad de campo recibida en cada canal y se almacena dicha información en una memoria no volátil. Los niveles de radiación electromagnética recibidos por el individuo que porta el dispositivo se mantienen almacenados para luego poder analizar la exposición durante períodos de tiempo prolongados.

La sensibilidad radioeléctrica máxima diseñada para este equipo estaría en el orden de los -110dB, pudiendo soportar potencias radiadas indirectas de centenas de vatios (máximo de 300W) a distancias de un metro de la fuente, sin que la electrónica del equipo pueda ser dañada.

La presente invención se ha diseñado, por tanto, para proporcionar una solución que satisfaga todas las necesidades antes indicadas y que supla las carencias que presentan otros sistemas de dosimetría mediante una serie de características. Breve descripción de los dibujos

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La Figura 1 muestra un esquema del dispositivo, en el que se incluyen los módulos de los que consta.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere a un equipo de bolsillo, fácilmente transportable, debido a sus reducidas dimensiones, que permite realizar un seguimiento continuado de los niveles de exposición a las radiaciones electromagnéticas a las que está sometido el sujeto que porta dicho dispositivo. El rango de frecuencias capaces de ser percibidas comprende desde los 50 MHz hasta los 6 GHz en canales de 10 MHz de ancho de banda.

El tamaño físico reducido se debe a tres causas diferentes, comentadas a continuación:

• A la utilización de una antena de tipo lambda programables, la cual consta de segmentos de longitud de λ/4 que, sumados entre sí, conforma λ/4 de la frecuencia menor a ser escaneada por el equipo. Por ello, la antena del equipo está formada por 15 segmentos de λ/4, conectados entre sí o puestos a tierra, utilizando transistores de radiofrecuencia activados por el microcontrolador. Estos 15 segmentos que conforman esta antena única están diseñados en forma de hélix o bobina, con un diámetro total de unos 5mm, permitiendo que en menor espacio físico puedan integrarse la longitud total de la antena en Λ/4 a 50MHz, que es la longitud mayor a ser utilizada.

• La reducción del tamaño físico del equipo es también gracias a que los 15 filtros pasa-banda de radio frecuencia son construidos utilizando componentes miniatura, en caja de tipo 0402, utilizando conmutadores de RF de tipo diodo PIN miniatura.

• El ultimo factor que incide en la disminución del tamaño físico del equipo está relacionado con la utilización de componentes de tipo PLL miniatura los cuales incluyen internamente 4 VCO, que permiten sintonizar todo el espectro desde los 50Mhz hasta los 6GHz. Pueden ser programados por un puerto SPI de tres líneas y funcionan a una velocidad de unas 30.000 sintonizaciones de frecuencia por segundo. El diseño inicial del dispositivo posee unas dimensiones físicas máximas de 85x55x12 mm, y un peso aproximado de 20 gramos. El equipo está fabricado en plástico de tipo ABS, y se diseña para ser portado en un bolsillo o en el cinturón de un individuo.

Entre las características eléctricas, cabe destacar la inclusión de una batería recargable interna (1); de un circuito inteligente de carga de la batería (2), con un LED bicolor (3) que indica el estado de dicha carga; y de un sistema de carga por medio de un conector de tipo micro USB (4) (por donde se obtiene la tensión de carga del sistema). Así mismo, se destaca el hecho de que ei dispositivo está diseñado tanto para ser conectado al puerto USB de cualquier ordenador, como para serlo a un cargador de batería con conector micro USB y una tensión de carga de 5V DC.

El equipo incluye un microcontrolador (5) que, además de hacer la gestión del sistema de detección radioeléctrico, almacena en una memoria de tipo FLASH (6) (de 2 GB de capacidad) la información de la exposición de la persona al campo radioeléctrico durante un período de más de 24 horas continuas. Este microcontrolador permite el conexionado del equipo (a través de un puerto USB) a un ordenador externo para el volcado de los datos almacenados dentro del mismo, para su posterior análisis y procesado. El software de alto nivel incluido en el sistema permite, tanto la obtención de los datos almacenados como dicho análisis.

El micro controlador realiza las siguientes funciones:

• Almacena en una memoria FLASH (externa a este) todos los datos generados en el proceso de medición.

· Programa los PLL's internos para poder llevar a cabo el proceso de heterodinado.

• Selecciona los segmentos de lambda/4 y los filtros de radiofrecuencia en cada proceso de medición.

• Obtiene la información de posicionamiento y de reloj atómico del GPS incluido en el equipo.

• Desactiva internamente todos los dispositivos electrónicos que no estén en uso para consumir menos energía eléctrica.

• Detecta la conexión USB y establece el protocolo de comunicaciones con el software de bajo alto nivel contenido en los PC externos. Así mismo, permite la descarga de la información almacenada en memoria no volátil durante varios días de operación. • Activa las señales de alarma incluidas para el usuario, en el momento de detectar señales de radio que sobrepasen una potencia o una frecuencia programada, la falta de carga de la batería o un mal funcionamiento del dispositivo.

· Monitoriza la tensión de la batería para avisar al usuario del momento en que hay que realizar una recarga.

• Detecta el movimiento, por medio del acelerómetro incluido, para así poder activar o desactivar el GPS interno, y eliminar consumos eléctricos innecesarios.

El dispositivo también incluye un GPS (7) con su antena, para poder almacenar como datos la posición geográfica de la persona en cada medición que se haga.

El sistema digital incluye además un indicador visual (8) y auditivo (9) que se emplea para alertar al individuo de la existencia de señales radioeléctricas. Esta señal de alerta es programable, aspecto interesante para aquellos usuarios que deseen controlar que los niveles de radiación a los que están sometidos en sus entornos, ya sean laborales o no, cumplen las limitaciones especificadas. Así mismo, usuarios que presentan una elevada sensibilidad electromagnética pueden asegurarse de que se encuentran en ambientes totalmente inocuos para ellos.

Entre las características relativas al procesado de señales radioeléctricas podemos mencionar las siguientes:

Banda de frecuencias de operación: 50 MHz - 6 GHz

Anchura del canal a medir (discriminación): 10 MHz

Número total de canales a medir por segundo: 595

Sensibilidad máxima a medir: -1 10 dB · Potencia de radio máxima a medir: 300W

Precisión del GPS interno: 20m

Sensibilidad del GPS interno: -90dB Número de lecturas del GPS por segundo: 1 El funcionamiento del dispositivo es acorde a los siguientes circuitos por los que está formado, y se describe a continuación:

1. Placa de antenas de tipo lambda (λ/4) variable (10), consistente en 15 segmentos de antena de tipo bobina, cortados a una longitud de Λ/4, específico para cada una de los 5 segmentos de la banda de frecuencia a ser medida.

Se utilizan 15 segmentos de tipo λ/4 conectados en serie, cada intersección de estos segmentos de antena están conectados a un transmisor de radiofrecuencia, para llevarlos a tierra cuando sean seleccionados. Se utilizan 15 segmentos puesto que internamente en el equipo todo el espectro radioeléctrico a monitorizar es dividido en bandas de, aproximadamente, 390MHz. Cada uno de estos segmentos se tratará de manera particular, y con una anchura de banda final a cuantificar de unos 10Mhz.

Se integran 15 secciones de tipo lambda/4 para dividir la banda total (que es el resultado de la diferencia entre la frecuencia máxima y la frecuencia mínima a medir) en bandas de frecuencias a heterodinar, de, como mucho, 390 MHz de anchura máxima. Esto se implementa con la finalidad de que se pueda medir el contenido de energía en bandas de frecuencia de 10Mhz tras el segundo proceso de heterodinado. La selección de la banda operativa de la antena es realizada por el microcontrolador (5) y por medio de un software de bajo nivel, incluido en la memoria no volátil de éste, y puede estar conformado por un segmento de antena, o por más de uno. El microcontrolador selecciona por medio del firmware, los segmentos de antena (15) que sumen una λ/4 de la banda de frecuencia en la que el equipo va a realizar las mediciones de potencia recibida.

El equipo incluye 15 elementos de filtrado (11) seleccionables también por software, que permiten dividir la banda total a monitorizar en 15 canales de radio (cada uno con una anchura de banda de alrededor de los 400 MHz). Estos canales se heterodinan posteriormente para dividirlos en los canales de 10 MHz, sobre los que se toman las medidas de campo electromagnético. Un circuito adicional, que incluye una etapa de amplificación de bajo ruido (LNA) (12), es colocado tras los filtros. Estos LNAs están seguidos de una primera etapa de heterodinado (13) con frecuencia de mezclado programable y variable, que tiene como finalidad poder abarcar una sub-banda de frecuencia más reducida. Una segunda etapa de heterodinado (14) con frecuencia de mezclado igualmente programable y variable, utilizando un PLL de alta velocidad controlado por el microcontrolador. De esta manera, se podrá seleccionar al final, y con mayor precisión, un segmento de frecuencias a medir, con anchura de banda final de unos 10Mhz producto del segundo heterodinado. Por último, existe una etapa de detección de intensidad de campo electromagnético (LOG Detector (15)), que da como resultado un valor analógico y equivalente a una medición en dB's del campo electromagnético recibido. El heterodinado de los dos PLL's utilizados en el equipo es programable en el tiempo, con una velocidad de unas 30.000 sintonías por segundo. En este sentido, la combinación de ambos PLL inciden la selección de la frecuencia específica con anchura banda de 10Mhz a ser medida o valorada. Por ello, todas las sintonías realizadas por estos dos PLL son variables por medio de su intrínseca programación.

El circuito incluye dos atenuadores variables programables (16), uno a la salida de las antenas y los filtros, y el otro antes del detector de potencia. Su función es proteger la electrónica de daños causados por potencias excesivas.

En la placa se incluye además, una fuente de alimentación de tipo LDO, con mínima perdida, que permite generar todas las tensiones de trabajo, filtradas adecuadamente, necesarias para la normal operatividad de la electrónica digital como de la electrónica de radio (17).