一種電磁波的屏蔽方法及裝置的製作方法

2023-05-14 14:51:31 1

專利名稱：一種電磁波的屏蔽方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電磁波的屏蔽方法及裝置，特別是涉及一種屏蔽手機、尋呼機接收信號的方法。
人們一直在尋找電磁波屏蔽技術，但都局限在採用隔絕電磁波進入特定區域的方法。例如採用金屬網、塗有金屬塗料的材料將需要屏蔽的空間籠罩起來，例如，若要使劇院內的手機或尋呼機接收不到信號，就用金屬材料將整個劇院封閉起來，這樣需要很高的材料成本，也會費工費時，甚至會破壞建築的結構，沒有必要屏蔽時，又很難去掉屏蔽，因此成本高，安裝困難，使用不方便。其屏蔽的目的也是為了防止電磁波對人體的輻射。
電磁波的發明已有很長一段時間了，而尋呼機、手機誕生也有十來年的歷史了，特殊場合尋呼機、手機產生的噪音問題也早已成為公害，而研究人員一直局限於用隔絕電磁波的方法進行研究和控制，因此找不到一種簡便易行、低成本的方法。
目前還未出現採用發射電磁波的方法來屏蔽手機、尋呼機等信號，使手機、尋呼機接收不到信號。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為在電磁波通訊系統中，接收裝置與發送裝置之間的聯繫有接收裝置發往發送裝置的上行信號和發送裝置發往接收裝置的下行信號兩條鏈路，因此只要切斷上述任一鏈路，就可使接收裝置與發送裝置失去聯繫，對本發明而言，為了只中斷所需靜音的空間而不對其它空間產生影響，本裝置選擇幹擾的目標為接收裝置的接收頻段，特別是本裝置發射的信號幹擾的是BP機、手機的接收頻段而不是發射頻段。
一種電磁波屏蔽方法，採用同頻率的超過原電磁波強度的電磁波發射到需屏蔽的空間中，最好為原電磁波的強度比現場電磁波信號強度的電磁波強度高3dB。具體方法為1、確定需屏蔽場所的原電磁波的強度；2、在需屏蔽的場所發射比原電磁波信號強度高3dB以上的電磁波信號。
需屏蔽場所的原電磁波的強度，可根據基站發散功率、發射頻率、基站天線高度、屏蔽場所離基站的距離，由公式1計算得到屏蔽場所的原電磁波的強度，也可採用電磁波強度測試儀測量得到。
所需的發射功率的計算過程如下需屏蔽場所的原電磁波的強度PR可用以下經驗公式計算得到PR＝10lgPG-Lf式中PG為基站發散功率，W；Lf為傳輸損耗功率，dBW由陸地基本傳輸公式(市區)可知，基站下行信號的傳輸損耗功率Lf為Lf＝69.55+26.16lgf-13.82lgh+(44.9-6.55lgh)lgd+α(h)+S(a)式中f為信號頻率，MHz；h為基站天線高度，m；d為傳輸距離，Km，α(h)和S(a)為修正因子。
為計算方便，省略α(h)和S(a)。
將Lf代入得PR＝10lgPG-[69.55+26.16lgf-13.82lgh+(44.9-6.55lgh)lgd]+α(h)+S(a)為簡化分析，設在主信道和左右鄰道內的能量有幹擾效果，其餘的幹擾能量都無幹擾作用，幹擾信號為多載頻信號，能量平均分布在各信道內，則信號總能量與有效幹擾能量之比η為η＝3*每個信道的帶寬/信道總帶寬有效幹擾能量PηPη＝PR+3+(32.45+20lgf+20lgd)式中PR為屏蔽場所的原電磁波的強度，dBf為信號頻率，MHz；d為傳輸距離，Km。
信號的總功率Pj為Pj＝Pη/η因此幹擾信號的功率與幹擾的覆蓋區域與通信信號在該區域的電平有關，只要幹擾信號的功率大於等於Pj時，就可實現有效屏蔽。如果一個幹擾裝置對該區域不能有效覆蓋時，可以採用多個裝置多個點分區域同時實施幹擾的方法來實現。
傳統的寬帶信號的產生方法一般由三角波調頻或鋸齒波調頻產生，但由調頻方法產生的寬帶信號由於在每個頻率點上駐留的時間隨帶寬的增加而縮短，因此還不能最佳實現對手機、BP機的幹擾，本發明發現採用由

圖1框圖所發射的電磁波信號，能有效實現對電磁波信號的幹擾。
本發明由選擇振蕩器OSC產生所需的載波信號，寬帶譜產生器產生具有較好幹擾效果的基帶寬帶信號，經過寬帶調製器後，產生一個能覆蓋某一接收頻段的信號，經過小功率放大後，送入相應的頻段的天線發射。選擇振蕩器OSC產生的振蕩頻率僅次於用戶終端的接收頻段的中心頻率附近，根據不同的對象，選擇不同的中心頻率不對應，使產品能適應不斷的移動通訊信號頻段的需要。寬帶譜產生器產生一寬帶的基帶信號，該基帶信號由豐富的一系列頻譜分量組成，各頻譜分量之間的間隔遠小於通信信道的間隔，以保證總有一定的幹擾頻譜在接收信道內。基帶信號的帶寬取決於接收頻段的信道總帶寬和OSC的頻率穩定度一般來說，如果因OSC的頻率不穩定使載波頻率偏離接收頻段的中心的最大頻率為Ofmax，則基帶信號的帶寬Bwg為Bwg≥Bwa+2ΔfmaxBwg為基帶信號的帶寬Bwa為接收信道總帶寬Δfmax為載波頻率與接收頻段中心頻率的最大頻率差。
綜上所述，由OSC產生的載波信號經衰減，放大後，送入寬帶調製器的載波輸入端，與來自寬帶譜產生器的基站信號進行寬帶調製後，實現了對基帶信號頻譜搬移，經寬帶調製器輸出的信號已覆蓋了一個通信信道的接收頻段，該信號經過濾波放大，衰減等外理後，送入小功率放大器，小功率放大器最大發射功率一般不超過0.5W，經放大後的信號通過天線發射到所需屏蔽的空間。
一種採用上述方法屏蔽電磁波的裝置，由選擇振蕩器OSC與寬帶譜產生器產生具有較好幹擾效果的基帶寬帶信號，經過寬帶調製器後，產生一個能覆蓋某一接收頻段的信號，經過功率放大器後，送入相應的頻段的天線發射。
如上所述的屏蔽電磁波的裝置，由數個由上述相同電路結構的不同頻率的電磁波屏蔽裝置構成。
本發明具有較好的可控性和可擴展性。當不同頻段的通訊設備需屏蔽時，根據相同原理，製造出不同頻段的電磁波發射出去。在本裝置中，只要選擇振蕩器OSC產生不同的振蕩頻率，就可對不同通信產品進行幹擾，因此，根據不同的對象，選擇不同的中心頻率，就可以使產品適應不斷發展的無線通信的需要。同時，使用時，只要連上或斷開某個頻段的電路，就可屏蔽或不屏蔽某個頻段的通訊設備，十分方便。
由於本發明採用發射電磁波的方法屏蔽電磁信號，必須考慮其對人體的影響。眾所周知，電磁波對生物體的影響，有熱效應和非熱效應兩種，熱效應是指由於電磁波照射到生物體引起其組織器管的加熱作用所產生的生理影響；非熱效應是指除熱效應以外電磁波對生物體產生的生理影響，微波和超短波對人體的傷害主要是熱效應，大劑量或長時間的微波照射可以使人體溫度升高，產生高溫生理反應，使人體組織和器官受到損傷。功率密度計算公式W＝P/(4πd2)，假如安裝位置離人體約1米處W＝P/(4πd2)＝0.5/(4π)＝0.04(W/m2)＝4μW/cm2該值遠小於中國國家標準允許的每日八小時的平均功率密度50，更小於短時間暴露的允許劑量，因此，利用本發明對人體是安全的。
利用本發明對所需空間實現靜音的同時，還能影響其周邊空間的尋呼機、手機的正常通信。幹擾信號的強度計算公式P2η＝10lgPj-(32.45+20lgf+20lgd)-10lgη-50式中Pj為發射信號的功率，Wf為信號頻率，MHz；η為信號總能量與有效幹擾能量之比；d為傳輸距離，Km，假設最大發射功率為0.5W，混泥土牆對信號的隔離為50dB，在牆體另一側的1米處的有效幹擾信號為P2η＝10lgPj-(32.45+20lgf+20lgd)-10lgη-50顯然，當該處的通信信號電平大於-71dBmW時就可實現有效通信。其實當該處的通信信號電平小於-71dBmW時，還可通過降低幹擾裝置的發射功率來達到相同的目的，即採用多個小功率的同類裝置分布在整個所需屏蔽的空間中。
與現有技術相比，本發明的優點在於直接採用電磁波同頻率的信號進行覆蓋，不用改變原有建築結構，方便、省時、成本低。
本發明可應用於各個頻段的電磁波通訊設備。以下針對目前常見的通訊工具手機和BP機進行屏蔽作更進一步的說明，但本發明並不局限於這些頻段和通訊設備。
我國為了滿足蜂窩移動通信和無線接入的需要，對2000MHz的部分地面無線業務頻段進行了重新規劃，分配給GSM1800的頻率為1710～1755MHz/1805～1850MHz，GSM900的頻率為890～915MHz/935～960MHz，因此，為了對我國目前的GSM手機實現屏蔽，需同時對1805～1850和935～960MHz兩個信道同時幹擾，同理，我國規定的尋呼頻率為137～174MHz和250～290MHz，為對無線尋呼機實現幹擾，需對各個無線尋呼信道實施屏蔽。
以GSM900數字蜂窩手機為例，選擇其接收頻段的中心頻率為載波頻率，即載波頻率為945MHz，由於對載波信號的頻率瞄準度和頻率穩定度的要求不用很高，因此OSC的輸出頻率定為945±2MHz，頻率穩定度±1×10，一般的LC三端式振蕩器就可滿足要求，當然，頻率穩定度和頻率瞄準度能提高更好。GSM900系統的手機接收頻段為935～960MHz，取基帶寬帶信號產生器產生的信號3dB，帶寬約為±15MHz，則經過寬帶調製後，信號覆蓋的頻段為930(945-15)～960(945+15)MHz，能完全覆蓋GSM900系統的手機接收頻段。
同樣，根據電路框圖，我們只要選取不同的中心頻率和不同的基帶信號帶寬，就可實現對BP機、GSM1800手機實現屏蔽。
GSM900其基站的發散功率為20-40W，信道帶寬為200KHz，總帶寬為25MHz，(935--960)，基站的天線高度為30米，需要屏蔽的場所為一會議室，離基站的距離為100米，則根據基本傳輸公式，基站傳輸至會議室的信號電平PR為PR＝10lgPG-[69.55+26.16lgf-13.82lgh+(44.9-6.55lgh)lgd]+α(h)+S(a)＝-75.7dBW＝-45.7dBmW信號總能量與有效幹擾能量之比ηη＝3*每個信道的帶寬/信道總帶寬＝3*200/(25*10)＝0.024有效幹擾能量PηPη＝P+3+(32.45+20lgf+20lgd)＝9.21dBmW＝8.34mW信號的總功率Pj為Pj＝Pη/η＝347mW因此，只要選擇發射功率大於347mW就可達到屏蔽手機信號的目的，為留有餘地，取500mW。
假如安裝位置離人體約1米處W＝Pj/(4πd2)＝0.5/(4π)＝0.04(W/m2)＝4μW/cm2該值遠小於中國國家標準允許的每日八小時的平均功率密度50，更小於短時間暴露的允許劑量，因此，利用本發明對人體是安全的。
利用本發明對所需空間實現靜音的同時，還能影響其周邊空間的尋呼機、手機的正常通信。設最大發射功率為0.5W，混泥土牆對信號的隔離為50dB，在牆體另一側的1米處的有效幹擾信號為幹擾信號的強度P2η計算公式P2η＝10lgPj-(32.45+20lgf+20lgd)-10lgη-50＝27-32-16-50＝-71dBmW顯然，當該處的通信信號電平大於-71dBmW時就可實現有效通信。其實當該處的通信信號電平小於-71dBmW時，還可通過降低幹擾裝置的發射功率來達到相同的目的，即採用多個小功率的同類裝置分布在所需屏蔽的空間中。
權利要求
1.一種電磁波屏蔽方法，其特徵在於採用與需屏蔽的電磁波同頻率的超過原電磁波強度的電磁波發射到需屏蔽的空間中。
2.根據權利要求1所述的電磁波屏蔽方法，其特徵在於在需屏蔽的場所發射比原電磁波信號強度至少高3db的電磁波信號。
3.根據權利要求1所述的電磁波屏蔽方法，其特徵在於採用以下步驟(1)、確定需屏蔽場所的原電磁波的強度；(2)、在需屏蔽的場所發射比原電磁波信號強度至少高3db的電磁波信號。
4.根據權利要求3所述的電磁波屏蔽方法，其特徵在於發散的電磁波為由選擇振蕩器OSC產生所需的載波信號與寬帶譜產生器產生的基帶寬帶信號，經過寬帶調製器後，產生一個能覆蓋某一接收頻段的信號，功率放大後由天線發射。
5.根據權利要求4所述的電磁波屏蔽方法，其特徵在於選擇振蕩器OSC產生的振蕩頻率位於用戶終端的接收頻段的中心頻率附近。
6.根據權利要求4所述的電磁波屏蔽方法，其特徵在於基帶信號的帶寬Bwg為Bwg≥Bwa+2Δfmax
7.根據權利要求4所述的電磁波屏蔽方法，其特徵在於所述的基帶信號由豐富的一系列頻譜分量組成，各頻譜分量之間的間隔遠小於通信信道的間隔。
8.一種用於權利要求1所述的電磁波屏蔽的裝置，其特徵在於選擇振蕩器OSC與寬帶譜產生器經寬帶調製器後，再經過功率放大器後，與發射天線相連。
9.根據權利要求8所述的電磁波屏蔽裝置，其特徵在於所述的電磁波屏蔽裝置有數個。
全文摘要
本發明涉及一種電磁波的屏蔽方法及裝置,特別是涉及一種屏蔽手機、尋呼機接收信號的方法。一種電磁波屏蔽方法,採用與需屏蔽的電磁波同頻率的超過原電磁波強度的電磁波發射到需屏蔽的空間中;發射的電磁波為由選擇振蕩器OSC產生所需的載波信號與寬帶譜產生器產生的基帶寬帶信號,經過寬帶調製器後,產生一個能覆蓋某一接收頻段的信號,功率放大後由天線發射。其裝置由選擇振蕩器OSC與寬帶譜產生器經寬帶調製器後,再經過功率放大器後,與發射天線相連。本發明的優點在於直接採用電磁波同頻率的信號進行覆蓋,不用改變原有建築結構,方便、省時、成本低。
文檔編號H04B1/38GK1366437SQ0112645
公開日2002年8月28日 申請日期2001年8月10日 優先權日2001年8月10日
發明者夏炎 申請人:夏炎