2015年12月26日土曜日

電磁波の吸収と反射の原理

【電磁波はエネルギーです】
 電磁波とはなんでしょう。電磁波で一番大事なことは、電磁波はエネルギーだ、と言うことです。例えば、可視光よりも少し低い周波数の赤外線について。炎を暖かく感じるのは、炎が出す赤外線を感じているのです。私たちの身の回りの電磁波は、赤外線よりもずっと周波数が低いので、電磁波を浴びても体は熱として感じません。ただし、電磁波に過敏な方が数%いて、この方たちは末梢神経や脳が電磁波を感じるようで、重症の場合は対策が必要となります。軽症の場合は、筆者もそうですが、疲れている時に携帯電話を使うと、手がちりちりします。ウェーブセーフは頭の被曝を減らす代わりに手を経由して送信するので、当然ながら頭への分が減っただけ、末梢神経が沢山有る手が感じる量は増えます。
 電磁波エネルギーが直接作用する例として、電子レンジや高周波加熱炉があります。電子レンジの使う2.45GHzの電磁波は水分子を振動させて温度を上げます。高周波加熱炉は、10kHz~100kHzの交流電流を加熱対象の周囲のコイルに流し、対象物に誘導電流を流してジュール加熱をします。加熱対象物を外部から加熱するのではなく、内部に誘起する電流で直接過熱するのでエネルギーロスが少なく、瞬時に過熱する優れた方法です。電子レンジについては項を改めて書きます。

【電磁波は波動です】
 もう一つの電磁波の持つ特徴は、波の性質を持つことです。電磁波が空間を伝わる時は波の性質が現れます。波なので、周波数と波長で電磁波の特徴が決まります。空気中や真空中の電磁波の速度と波長と周波数の関係は、v(速度)=f(周波数)・λ(波長)の式で表されます。速度vが秒速約30万kmで一定ですから、周波数fと波長λは反比例の関係となります。周波数fとは、波が1秒間に繰り返す数で、波長は波の一区切りの流さです。分かりやすい値として、携帯電話の使う1GHz(ギガヘルツ)の電磁波の波長λは30cmです。家庭で使う50Hzの交流電流の波長は6千kmです。地球の外周の長さは、約4万kmですから、50Hzの電磁波は地球を7つ以下の波で取り囲めます。
同じ電磁波といっても周波数が変わると、使い方も影響の受け方も大きく違います。大別すると、1MHz以上の周波数は、信号伝達用として、それ以下は高周波加熱、スイッチングレギュレータ、あるいは商用の50、60Hzなどの電力伝達用に使われます。

【空間インピーダンス】
 電磁波が伝わる空間の特性をインピーダンスと言う単位で表します。インピーダンスとは電磁波の流れやすさ、あるいは通り易さ、です。電磁波が伝播する空気や真空のインピーダンスは377オームで、この値は周波数によって変化しません。金属は0オームです。電磁波は空気と金属とでは、インピーダンスの値が不連続(急に変わる)ので、空気から金属へは入り込まず反射されます。この原理を使うのがレーダーで、レーダーは自分から電磁波を送り、金属製の飛行機や船に当たって反射して帰ってきた電磁波を受けて、相手の存在を知ります。

【アンテナの原理】
電磁波の反射量は金属が小さくなると減りますが、波長の整数倍や同じ長さの金属に対しては反射が非常に大きくなります。これは電磁波の波の性質が強く出る例です。ここで、棒状の金属を波長の2分の1にすると、その周波数での棒の特性インピーダンスは377オームで、空気で出来ている壁と同じになり、電磁波は何の影響も受けずにそのまま通過します。そこで、棒の真ん中を切り、増幅器をつなぐと受信機になり、抵抗で繋ぐと電磁波エネルギーは抵抗によって熱となり吸収されます。波長の2分の1の棒はアンテナとして作用したことになります。アンテナには電磁波の波の性質が最も顕著に出ています。

【ヒトの体と電磁波の関係】
 300MHz~3GHzのUHF帯には、TV放送、警察と消防の無線、そして携帯電話、と身近には電磁波源がたくさん有ります。特に、影響が在るのは自分の使う携帯電話で通話をするとき。最大で0.8Wの電磁波が頭を経由してゆきます。
 レーダーの使う電磁波は、波長と同じ長さ、および整数倍の金属からよく反射されます。これは、波長と同じ長さの金属に一度共振をしてから再び放射されている、と言えます。成人の体は水分が60%ですが、塩分を含んでいるので良導体、すなわち金属と同じです。人間の体のサイズは頭の回りが60cm、肘の長さが30cm、胴回りが90cm、と1GHzの波長30cmの整数倍で、上半身の各部位は電磁波と共振をする長さになっていることがわかります。

アンテナの棒と違って、人間の体は太さがあるので、もっと長い波長に共振をするはずです。困ったことに、通話用に使っている800MHzの周波数では波長が37.5cmなので、さらによく共振するでしょう。また、スマートフォンのインターネット接続時のLTEモードで使う1.5GHz近辺の電磁波は、乳幼児の頭や身体に共振する波長です。この点も注意したいです。

2015年12月25日金曜日

スマートフォンの使う電磁波とは

【スマートフォンの使う電磁波とは】
 携帯電話とスマートフォンは、電磁波の伝播特性の良い800MHz~1GHzの低い周波数帯を多く使います。利用者数が多い場合や、通信が失敗しても誤り補正で通信を繰り返しても気にならないデータ通信では、2GHzまでのもっと高い周波数も使います。
 携帯電話用の周波数帯域は非常に広く、周波数で約3倍に達しており、波長では800MHzの電磁波の波長は37.5cm、2.2GHzでは13.6cmです。この周波数帯を送受信するアンテナ長は、親指と人差し指を広げた約14cmから指先から肘までの長さの約38cmまでに達します。この様な広い範囲をカバーする能力がアンテナには求められており、アンテナの設計は技術的には大変に難しくなっています。

【アンテナの働き】
 アンテナは、電磁波から空間と同じ電気的特性に見える必要が有り、そうでなければ電磁波はアンテナで反射をしてしまい、電磁波を取り込めません。アンテナが空間と同じ特性になっている状態を「共振している」と呼びます。アイ・ピピとウェーブセーフは、共に携帯電話の電磁波の使う広い周波数帯で共振する特性を持っており、電磁波の発生源と非常に近い位置(近傍界条件と呼びます)なので、発生源にも影響を及ぼします。機能的にアイ・ピピは、電磁波を発生源から引き出して電磁波のエネルギーを熱に変換して消します。ウェーブセーフは発生源から引き出した電磁波の方向をそろえて、エネルギーロス無しに反対側に放射します。
【アイ・ピピとウェーブセーフが使うテアドロップ型アンテナの説明】

アイ・ピピとウェーブセーフのアンテナは、テアドロップ型と呼ぶ円と三角形を2組、向かい合わせた形状です。このテアドロップ型アンテナ2組を、ウェーブセーフは52度、アイ・ピピは90度にそれぞれ組み合わせてあります。2つのアンテナ共に、30cm以上に達する波長の電磁波を制御するためと、アイ・ピピは妊婦の腹部、ウェーブセーフは使用者の頭部、と大きな面積をカバーできる大きさがあります。


テアドロップ型アンテナ円と三角形を2組、           ウェーブセーフのアンテナ
向かい合わせた構造                                        2組のテアドロップアンテナを使用


電磁波を都合よく制御するため、それぞれのテアドロップの内側の長さは、理論通りに波長の半分の長さに近い値になっています。テアドロップの長さは72mmで、ウェーブセーフの外側の大きさは58mm×78mmです。誘電体を使わないとこれくらいの大きさが必要であり、スマートフォンの出す電磁波を制御し、側面からも回り込まないようにするにも、これくらいの大きさが必要です。

【誘電体を使った小型のアンテナの効果は?】
 電磁波対策品と称して売られている、5mm~10mmの大きさで、携帯電話やスマートフォンの裏側、あるいは各種電子機器に貼る部品について、リバースエンジニアリングを行いその効果の分析を試みましょう。
 アンテナを電磁波用セラミックなどの誘電体と組み合わせて作ると、波長の短縮効果で全体のサイズを小さく作ることが可能ですが、この大きさではお腹や頭全体をカバーするには小さ過ぎて役に立ちません。また誘電体を使うと誘電体損失で電磁波を減衰させるため、携帯電話にこの様な部品を常時付けたままでは、受信感度が落ち通信に悪影響が有ります。受信感度が落ちると、電話機は送信出力を上げるため電話機の放射する電磁波はかえって強くなり、使用者の電磁波被曝量が増えます。従って、小型の電磁波対策と称する部品が物理的に正しく作られていれば、かえって身体には悪影響を及ぼします。電池も早く減ります。正しく作られていなければ付けても意味がないことになります。一方、この小型部品を導波器として使おうとすると、誘電体の損失が大きいので電磁波は減衰して導波器にはなりません。なによりも、正しくアンテナの上に配置しなければならず、一般の方にはこれを正しく使うのは無理でしょう。この小型アンテナを複数個並べたアレイ構造は、上記の特徴が増幅されて悪影響はさらに増えます。

【アイ・ピピとウェーブセーフは間違えにくい】
 アイ・ピピはガードをするお腹に正しく配置すればよく、アンテナと電話機の位置関係は間違え画起きません。スマートフォンの裏側のほぼ全面を覆うウェーブセーフはサイズが大きく、カメラのレンズを避けるように配置すれば少しくらい位置がずれても、電話機の内部アンテナに重なるのできちんと働きます。

2015年11月2日月曜日

WAVESAFEを貼っても手がチリチリするというお問合せについて

末梢神経が過敏な方は、携帯電話を使う時の電話機が出す電磁波で手がチリチリすることがあります。この様な方はPCの操作でもこの感覚が表れることも有り、確率は0.5~1%程度(注1)で、体調の影響を大きく受けます。
ウェーブセーフは、本来は頭が被爆する電磁波を手に逃がします。ウェーブセーフの効果発揮の結果として、当然ながらこの症状はさらに強く表れます。脳の被爆による脳腫瘍を予防するか、手の被爆や不快感を避けるか、の比較です。手の被爆を避ける方法として、電子回路作業者用の導電性の手袋をご使用になられたらいかがでしょう。


注1:化学物質過敏症の1.7%程度に対して、電磁波過敏の体質の方は統計がはっきりしていませんので、約半分と見積もっています。開発者、羽根邦夫氏が執筆されました「生体と電磁波」丸善出版をご一読頂ければ幸いです。

2015年9月7日月曜日

ヨドバシカメラ様での販売が始まりました

ヨドバシカメラ様の全店でWAVESAFEのお取扱いが始まりました。店頭で見つからない場合には、お店の方にお問い合わせください。

2015年5月31日日曜日

スマートフォンや携帯電話の使う電磁波の周波数について その2

「SAR測定法について」
 スマートフォンや携帯電話(ガラケーのことです)は最大送信電力800mWで電磁波を出し、この電力の一部が身体に吸収され、身体内で発熱します。この熱作用が身体に影響を与えないように、現在、電話器の出す電磁波の強度は、SARと呼ばれる身体組織が吸収する電力当量で規制を受けています。ICNIRP(国際非電離放射線防護委員会)の定めた側頭部とそれ以外の身体各部のSAR規制値は、4W/kgです。WHO(世界保健機関)や我が国の厚労省、総務省、環境省の規制値もこの値に従っています。
 SAR測定には人体模型を使い、実際にスイッチを入れたスマートフォンや携帯電話を使って電磁波を発放させ、人体が受ける電磁波の量を実測します。頭部の被曝を測定する時は、頭部を極端に単純化した頭部模型(モデル)を使います。モデルは写真に示す様に、成人の頭部の外形をした樹脂製の容器を前から見て鼻を通る線で2つに縦割りしたものです。これを耳を下にして切断面を上にして、内部に人体の誘電率と導電率を模した液体で満たします。耳のところに測定されるスマートフォンや携帯電話などを置き、動作させます。電話器の出す電磁波の強度は、写真にあるロボットアームの先に取り付けた電界測定のプローブを使って測定します。プローブを溶液の中に入れ、3次元的に細かく動かして格子状の点で電界を測り、この電界分布から3次元空間の電位分布を計算し、各点の電位差と溶液の抵抗値から消費電力量の分布を求めます。つまり頭部の発熱量分布が計算できることになります。この電力量を頭部の電磁波エネルギーの吸収量として算出し、SAR値とします。モデルや溶液、、電話器位置、測定方法は、細かく規定されており、H23に出された総務省の一部答申(http://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01kiban16_02000025.html)や(http://www.soumu.go.jp/main_content/000133534.pdf)には測定方法がが具体的に示されています。なお、現在、側頭部の新たなSAR測定方法について諮問が行われており、報告はH27年7月を予定しています。
 携帯電話会社は、新型を発表するたびにSARの測定を行い、自社のホームページでこの値を公開して、ICNIRPの規制値以下であることを保証します。これは電話器の形が変わるごとに送信回路やアンテナの効率が変化し、電話器内部のアンテナの位置が変わるので、微妙に頭の中での発熱量の分布が異なるからです。

「SAR測定法の検証」
 さて、国際的に認証されているこの規制値と測定方法のセットは、果たして正しいのでしょうか。まず、人間の頭の中には意外に空洞が沢山有ります。鼻腔、発音中の口腔、耳穴、などは誘電率が1の空気で、この領域は絶縁物です。これ以外の脳組織や血管類は誘電率が80~90の良導体の領域です。外側の頭蓋骨は誘電率が約1000です。頭部がUHF帯の電磁波を浴びた場合、電磁波は誘電率の高い頭蓋骨に集まりますが、絶縁物なので、結局は脳の領域に浸透します。この場合、鼻腔、口腔、耳穴よりも誘電率の高い脳組織を電磁波が通り、ここで波長によって決まる特定部分の電流値が増え、その微細な部分の温度が上がるでしょう。ヒトの細胞は数度以下でも温度が上がれば、大きなダメージを受けるので、微細といえども注意すべきです。
 UHF帯の電磁波は波長が短いので、この集中する領域は1cm以下で温度上昇は数mm程度でしょう。従来の測定では、プローブを動かす幅が大きくて、細かな集中などを見逃していました。新しい測定方法では細かく測るようになるようですが、もう一つの重要な空洞や脳などの材質の差の要素を表現できないので、集中部分の温度上昇が把握できません。
 今後、頭部全体の電磁波分布を精確な3Dシミュレーションすることです。3Dの頭部モデルを作り、周波数ごとの電流分布と抵抗値の分布を3Dシミュレーションして精度の高い発熱量の分布を算出し、正しいSAR値の予測値とすることが正しい方法でしょう。より正確な計算のためには、頭の内部での熱伝導方程式を解く考えも有りますが、今のところは放熱が問題となるような電力量では無いので、発熱量計算だけでも十分な情報となるでしょぅ。
 この様に、内部に空洞が無い頭部模型に比べて、人体頭部の脳組織は、実質の体積は小さいため、体積あたりの被曝エネルギー量は大きくなります。さらに、複雑な3D構造に起因する電流集中部分は5倍程度に達するでしょう。従って現状のSAR測定法に対して、全く根拠が無い仮定ですが、局部的には10倍のエネルギー放出が有るのではないかと考えます。次回は、この様な電流集中が起きて、はたして携帯電話の電磁波は頭にどんな影響を与えているのか、説明をします。


SAR測定装置。下に有るのが人体頭部を縦割りした容器で、人体の誘電率と導電率を模した液体を満たします。手で示す電界測定装置の先端部をロボットアームで液体中に入れて、3次元で電界分布を測定します。(2003年にTELECを見学した時に、許可を得て撮影)

2015年5月16日土曜日

スマートフォンや携帯電話の使う周波数について、 その1

「スマートフォンの使う電磁波の周波数」
 スマートフォンや携帯電話(ここではいわゆるガラケーのことです)はどんな時に電磁波を出しているのでしょう。かつて、携帯電話は、電話と名が付く様に通話が目的でした。やがて、デジタル化と共に、メールの機能が加わりました。これが携帯電話(ガラケー)の基本機能ですが、これにインターネットに接続して、自分から音声やメールを送るよりも広く情報を受け取ることが重要になってきました。この様な通信内容の変化で、スマートフォンが生まれました。
 スマートフォンは、携帯電話の用途を通話とメールの通信から、情報端末へと大きく変えた物です。これに伴って、ユーザーインターフェース、つまり操作方法、を大きく進化させて指先で画面の情報に直接アクセスすることになりました。これは、昔むかし、スティーブジョブズがアップルやマックで目指したコンピューターを意識させない操作方法、に通じるところです。スマートフォンは、従来のガラケーがインターネットを使うのにPCを操作する知識が必要だったのに対して、コンピュータを意識せずにグーグルの助けを借りて世界中の情報を利用できます。
 スマートフォンや携帯電話はこの音声通信用と、インターネット接続などのデジタル通信では、使う周波数帯が異なります。通話の時は、話が途切れないように、電磁波の伝播特性が良い1GHz以下の帯域を主に使います。メールやインターネット接続は、途切れてもデータを再取得すれば済むので、1.5GHz以上の高い周波数帯の広く高速の帯域を使います。会話中に途切れるとすぐにばれますが、メールでは途切れても気付かないからです。これはスマートフォンでも従来の携帯電話でも同じです。

「スマートフォンの電磁波と頭の関係」
 通話する時は、普通は電話器を耳に当てて使いますが、この時に電話器の出す電磁波の影響がなが年にわたって、論じられています。携帯電話を使うことが脳腫瘍などの原因となるか否かは、約20年前から、つまり携帯電話が世に出た時から問題とされていました。これは同じUHF周波数帯域の2.45GHzの電磁波を使った電子レンジがすでに実用化されており、一般にもこの周波数帯の電磁波の危険性は認識されていたからです。それにもかかわらず、なぜこの周波数帯を携帯電話は使ったのでしょう。
 ひとつは、無線通信の機器は低い周波数の方が作りやすく、かつ遠距離通信が可能なので、低い周波数帯を使うのが利に適います。携帯電話の始まる1980年代では300MHzまでのVHF帯はほ満杯でした。残されていたUHF帯は、たまたま携帯電話の用途に適した周波数でした。7.5cm程度の小型アンテナで済み、かつ都市内のビルかげでも回り込んで不感地帯がすくない、と言う利点を持ちます。限られた周波数帯を使うので、多数のユーザーが使えるように遠くまで電波が飛ばないように、むしろ出力を絞ってあります。800MHzから2.5GHzの周波数帯は携帯電話用として絶好の周波数帯だったのです。
 しかし、この周波数帯の電磁波の波長は、たまたま身体の頭や手足等の身体組織のサイズに近いため、身体組織は電磁波に共振して電磁波エネルギーを吸収しやすいのです。スマートフォンや携帯電話の送信電力は最大800mWで、この電力の一部が身体に吸収され、身体内や表面で発熱します。この熱作用が身体に影響を与えないように、現在、これ等の通信機器の出す電磁波は、SAR Specific Absorption Rateと呼ばれる身体組織が吸収する電力当量で規制を受けています。この方法では、電磁波の持つ信号成分は無視して、身体内で起こる電磁波エネルギーの発熱効果だけで評価をしています。次回はSARとは何なのかを説明します。

2015年4月19日日曜日

何故携帯電話の電磁波は頭を経由して基地局へ放射されるのか

 携帯電話はチップアンテナと称する1mm角程の小さなアンテナを使って、電磁波を全方向に放射します。スマートフォンのチップアンテナは電話器の下側の隅に近いところに2個有ります。この位置は、SuicaやPasumoなどのコイルアンテナと、カメラなどの邪魔にならない場所だからでしょう。このチップアンテナから出た電磁波は、電話器に密着している使用者の頭を通り道としてなぜ選ぶか、考えましょう。
 人間の頭は誘電率が約40(注1)と大きいので電磁波を引きつけ、その上に頭の周囲長の55~60cmが携帯電話帯の電磁波の波長の約30cmの倍数と合うため、電磁波はここを通り道にして出て行きます。それでも、携帯電話を持っている手も誘電率が頭と同じか、それ以上だから手を経由しないか、の疑問が生まれます。電磁波の伝播シミュレーションをしなければ正確なことは分りませんが、手は指と指の間が離れ、手の平は薄く、いずれも波長に比べて非常に小さいので実効誘電率は頭に比べて低く、さらに電話器との距離は頭の方が近い。従って、頭に向かって電磁波の多くが出てゆくだろうと言えます。
 頭を経由することで電話器から基地局までの電磁波の伝わる経路がスムースになるので、電話器の通信特性が良くなります。なお、ガラケーでもスマートフォンでもキャリア(携帯電話会社)が同じなら、今のところ通話しているときの周波数は同じで、頭を通り抜ける電磁波の強度は同じ程度です。しかし、800mWに達することもある電磁波の大半が頭を経由して放射されるわけで、これは注意を要する電力です。

注1:総務大臣向けの情報通信審議会による諮問代118号への一部答申 人体側頭部の側で使用する携帯電話端末等に対する比吸収率の測定方法 より

2015年3月28日土曜日

LED光は本物では無い



 人間の目には、赤、緑、青、を感じる3種類のタンパク質が有ります。人間や動物は太陽から来る光の一番多い部分を使って物をみています。下の図の2点鎖線は太陽から来る光の波長分布です。実際には、地上に達するまでに大気の水分や酸素などで虫食い状態となりますが、これが昼間の本当の光源です。
 これに対して人工の光源はかなりいい加減な光の波長分布です。人間の目も実は赤(730nm)緑(530nm)、青(480nm)の3つの色に感じているだけで、全ての波長を感じているのでは無く、これもいい加減な色認識をしていることになります。一番太陽に近いのは白熱電球(点線)ですが、ピークが赤側にずれていて、この光で見ると赤系に見えます。昼光色のLED(実線)は青とオレンジを合わせているだけで赤色は黒っぽく見えてしまいます。昼光色の蛍光灯(破線)は紫と緑と赤を出しているので、人間の色感と同じような波長を出していますが、決して太陽と同じではありません。

 LED電球には、白熱灯か蛍光灯を一緒に使うと良いのでしょう。こうすれば本物に近い色に見えますが、最近はLEDが照明の主流になっているので、普通の生活にここまで必要かはわかりません。

 さて、人間の目は3つの色を感じています。地上で暮らす動物類の多くも3色から5色です。ところが、産総研や東京農大によればトンボの仲間は遺伝子的には15~33色もの色を見分ける能力が有るとのことです。沢山の色の識別をすることが何の利益があるのか分りません。トンボは聴覚や嗅覚が退化しているので、代わりに視覚それも色覚に頼っているのではないか、と有りました。http://www.nikkei.com/article/DGXLASDG23H67_T20C15A2CR8000/

 トンボをLED照明の中で飼うと、どんな行動をするのでしょうね。餌の色を見分けられなくなってしまうのでしょうか。

2015年3月21日土曜日

電磁波対策の3番手はWavesafeウェーブセーフ

 Wavesafeウエーブセーフは10年にわたる電磁波制御技術の成果です。最初は心臓ペースメーカー用の電磁波吸収の大型のアンテナを上市致しました。これに代わって、6年前から販売しているアイ・ピピも電磁波吸収型で、お腹の赤ちゃんへの電磁波の被曝を減らします。

 今回発表したWavesafeは、お客様から「携帯電話に貼って使えませんか」と言う質問を沢山頂いたので、それに対する解答です。皆様のお考えは、携帯電話の出す電磁波を元から断てば良いのでは、と言うことです。しかし、アイ・ピピはピンポイントで電磁波を吸収しておなかの赤ちゃんへの電磁波被曝を防ぐもので、これを携帯電話に使えば電磁波が弱くなり通話に差し支えます。アイ・ピピの吸収と、Wavesafeの導波とは電磁波への働き方が根本から違います。吸収せずに方向を替えるだけですから、Wavesafeは通話に差し支えません。

 Wavesafeの導波器としての企画は、アイ・ピピの開発直後からアンテナ技術者として持っていました。しかし、携帯電話のサイズ、特に横幅が不足で実現できないだろう、と手を付けませんでした。ところが、最近になってiPhone5以降のスマートフォンの大型液晶画面は横幅が58mmを越え、ケース裏面に広帯域のアンテナを納めることができそうです。アンテナの開発は、予想は出来ますが作ってみなければ分りませんから。これまでの知識と経験を導入し、半信半疑で始めましたが実験を繰り返すことで効果を確信しました。

 シミュレーションと言う手段も有りますが、電話器や手などの周辺条件の入力が面倒ですし、計算機の使用料金が莫大になります。従って、実際にアンテナを試作し、実測を行いながら「こうすれば、こうなるだろう」と次の試作を行い、所望の特性を得るわけです。

 このために、まずクローバー部分のテアドロップアンテナのサイズを選ぶ作業を行いました。クローバーにはアイ・ピピ開発の時の残りを4種類に手を入れて使い、新たに3種類をメーカーに発注しました。この7種を使って導波特性を確認しました。この時点ではサイズは気にせず、周波数特性だけです。アンテナはアイ・ピピの様に縦と横のテアドロップアンテナは直行しています。
 次は、スマートフォンに合わせてサイズを小さくするのですが、テアドロップが直交したアンテナで、携帯電話の使う帯域に合わせると大きすぎ、スマートフォンのサイズに合わせると周波数が高すぎて、使えない。
 しばらく悩んだ末に、90度に直交するクローバーの葉の部分のテアドロップ型アンテナを90度から狭くしてみよう。横幅が狭くなればスマートフォンの裏に付けられ、縦は長くなってもかまわないからやってみよう、となりました。電磁波技術では、アンテナの方向を偏波面と呼びます。水平偏波と垂直偏波と言う言葉は有るが、斜めにするとそれぞれが緩衝して、アンテナとして働かないのではないか、と心配しました。しかし、使ってみると問題なく働くことが分りました。Wavesafeの使っているテアドロップアンテナと斜めの配置は、横幅と周波数特製がそれぞれ許されるギリギリの値です。下の写真は、右がテアドロップが直交したWavesafeの原形です。

 このアンテナは四葉のクローバーに似ています。700MHzから2.5GHz以上までの広い周波数帯域で電磁波を制御します。アイ・ピピが電磁波を減らすのに対して、Wavesafeは電磁波をロス無く方向を変える、導波器です。携帯電話の使う電磁波を全ての周波数帯域で導波するのは、一般的な棒型アンテナでは不可能です。テアドロップアンテナの広帯域特製が必要です。
 このような導波器の考えは、電磁波の技術者は当然考えます。しかし、これまでに携帯電話を作っている大企業から出願されている特許の明細書(いずれも新規性無しで拒否されています)は、基地局に向けて電磁波を飛ばす、と言う目的ですが、明細書で注目するのは、頭に影響を与えないことを効果の一つとしています。やはり、頭は被曝させたくないのです。

 話を元に戻して、開発をどの様に行ったかをより詳細をお伝えしたいのですが、ここから先はノウハウになります。一言申したいのは、Wavesafeのパルタン星人の様な形状は、大変に手間を要した開発作業の結果であることです。この作業から、Wavesafeを販売するビーコンアソシエイツ社の村上氏に手伝って頂きました。Wavesafeは、”導波器を作ろう”と言う目標だけで作り始めました。条件は、スマートフォンの裏側に収まる大きさ、と他社製品よりも優れていること、です。村上氏と議論をしながら、導波特性が十分で、邪魔にならず、軽くて低価格である、等などユーザーに役立ち、アピールする特徴を作り出しました。結果は、Wavesafeとして製品化しています。下の写真の左は、形状を決めた後で、製造方法の検討中のものです。まだ湾曲して皺が出ており、これを無くすにも工夫が必要でした。この様に、形状の決定から製造方法の決定まで、Wavesafeはノウハウのかたまりです。

 今のところ、携帯電話の使用する周波数帯域は、音声通話は途切れの無いリアルタイム性が要求されるので、伝播特性の良い1GHz以下の帯域で行われます。Wavesafeはこの帯域での特性を特に良くしました。これより上の周波数帯域では情報通信が主で、LTE方式によるデジタル情報のやり取りは再送信が可能なので、帯域が広いが伝播特性が劣る2GHz近辺を使っています。情報通信では電話器を頭に密着させないので、Wavesafeの導波特性は低いですが大丈夫としました。これは地面近くの通信特性が低いところで送受信を行いたくないからでもあります。
 しかし、将来はLTEで音声を通信するかもしれないので、その時点でのWavesafeは1.5~2GHzでも現行の1GHz以下と同様のゲインを稼ぐことになるでしょう。
 これは、現行のWavesafeの技術の延長で行えます。
 

2015年3月9日月曜日

電磁波を除去する方法を3つ

はじめに
 今回のブログは、理工系大学を出ても、分かり難いかもしれません。それでも、出来る限りご理解頂きたく、ご説明をいたします。

[電磁波吸収体]
 電磁波吸収体は、材料のインピーダンスを377Ωに調整して空間のインピーダンスと整合させることで到来電磁波が内部に浸透し、透磁率に比例する磁気損と誘電率に比例する誘電損、および抵抗損で吸収する方式です。フェライトなどの鉄系の粉末を焼結タイルや樹脂に混ぜた磁気損失型と、カーボン粉末を使った誘電損型、です。吸収できる周波数は100MHz以上が多く、吸収する帯域幅は狭く、約1桁(例えば1GHz~10GHz)で、減衰量は20~40dB(電力で10分の1から100分の1)です。携帯電話が使う700MHz~2.1GHzの帯域では問題は有りません。

 一番のメリットは、材料の周波数特性が合えば形状にかかわらず到来電磁波を20dB程度は減衰させることができること。電磁波は吸収体電磁波の反射や特定方向への電磁波の放射を防ぐために、携帯電話の内部や、UHF帯のICタグのリーダー周辺に貼る、などに使われています。使い方は簡単ですが性能に比べて価格が高く、重く厚くて使い難いこと。対象とする電磁波の周波数に合わせて、吸収材料の組成や粒子サイズ、バインダーへの混合比などを調整する必要が有ります。

[シールド方式]
 電磁波は、空間インピーダンスが不連続なところで反射をします。シールドとは、この空間インピーダンスの不整合を利用し、空間が377Ωなのに対して、ほぼ0Ωの金属などの物体で電磁波を受けたくない空間や物を覆うものです。電磁波が導電性の板に突き当たると、空間インピーダンスはこの板の導電率が低ければ空間インピーダンスは小さくなり、シールド性能は良くなります。しかし、導電性の布やカーテンがシールドとして使われた場合は、導電率すなわち空間インピーダンスは0にならないため、シールド効果は低下してしまうわけです。
 また、シールドは空間インピーダンスの不連続面を使うので、シールドに使うカーテンや金属をアースしておいても、効果は変わりません。

 空間インピーダンスの不連続面を作るシールド効果により到来した電磁波は反射をしますが、付近に誘電率が高い物質があれば、そちらへ引き寄せられます。これは、シールドエプロンやシールド腹帯で電磁波を防ごうとしても、端の部分から反射された電磁波までが身体に浸透することを意味します。
 導電性のカーテンや金属板を使ったシールドの場合、シールドに隙間があれば浸透します。偏波面と同じ向きで、波長の2分の1以上の細い隙間が有ると、結果的に電磁波はその隙間を通り抜けることになり、シールド効果は大幅に低下します。
 つまり、携帯電話の使うUHF帯の電磁波の波長は30cm程度ですから、カーテンに縦の隙間が有ると基地局の電磁波はここをすり抜けることになります。風でカーテンがゆれたら、シールド効果はゼロになります。

[アンテナ吸収方式]
 アンテナ吸収方式とは、対象とする電磁波の周波数に共振するアンテナの給電点で電磁波のエネルギーを熱に変えて吸収します。但し、アンテナが対象とする電磁波と共振するには、波長に近い大きさが必要である上に、広い周波数帯域を一つのアンテナでカバーするのは困難です。その上に到来電磁波の偏波面に合わせたアンテナの配置も必要です。
 ダイポールアンテナは、形状が簡単でアンテナの標準となります。しかし、携帯電話が使う周波数帯域を全てカバーするには、長さを変えて何本も必要です。形帯電話用であれば、少なくとも全長15cmと7.5cmの2つを、偏波面にあわせてそれぞれを直交させて配置することになります。アンテナ方式だけは偏波面とアンテナの向きを合わせる必要が有り、この様な対処が必要になります。

 アイ・ピピが使うクローバー型のアンテナは、クローバー形状の周囲の長さが波長程度であり、アイ・ピピのように妊婦のお腹に密着して使う近傍界条件では、広い周波数帯域で電磁波を吸収する特性が有ります。2つのアンテナ素子が直交する形状で、偏波面の変化に対処します。

 アイ・ピピは電磁波吸収方式に匹敵する性能で、薄く、軽く、しなやかなアンテナ方式のシールです。

2015年3月8日日曜日

電磁波先進国

 イギリス、フランス、ロシア、アメリカや欧州各国は、妊婦さんに対する携帯電話の使用規制を発表しています。米軍の携帯電話の使用する周波数を含むマイクロ波帯の規制値は、WHOの規制値の半分(つまり倍厳しい)値で、ロシアは同じく10分の1の規制値です。

 アメリカとロシア(当時はソ連)は第2次世界大戦後の1940年代後半から50年代にかけて、冷戦による軍拡競争で電波兵器の開発に励んだ時期が有ったようです。レーダーなどの無線装置が開発されたばかりで、無線技術が急激に発達しました。この開発時にいろいろと障害が出たのでしょう。このために、人体に対する電磁波の影響を広範囲に集めたといわれています。この結果、この2国の電磁波に対する規制値が他国に比べて2~10倍厳しい値となっているのではないかと思います。
 軍用ですから、一般民衆よりも長時間電磁波の被曝を受ける可能性があるので、この様な厳しい値になっているとも考えられます。しかし、四六時中携帯電話を使っている中高生や、猛烈サラリーマンなどは軍用に匹敵する被曝環境ではないかと思います。
 今流行りのLINEなどは頭には密着させないので、頭部被曝の観点では少しだけ良いのですが、LINEの付き合いだけの閉鎖社会しか経験しないのは、気にかかります。

 ソビエト連邦の電磁波規制が世界一だったというのは、印象的です。


2番手の電磁波対策品はアイ・ピピ

 ペースセーバーは心臓ペースメーカーを使う、電磁波弱者向けの電磁波対策品でした。アイ・ピピは胎児のための電磁波対策品です。携帯電話の使いやすい電磁波の波長がたまたま人間の身体各部のサイズと近いことが不幸の原因です。
 もう一つの不幸は、女性の服装の習慣です。女性は装身具以外の身の周りの品物はバッグに入れて運びま

す。男性の様にポケットや腰のホルダーに携帯電話やスマートフォンを入れて活動すれば問題が無いのですが、女性にはバッグと言う便利な物が有り、ここに電話器を入れて運びます。男女共に腰から上、首から下は携帯電話の出す電磁波には大きな影響は受けませんが、共に下腹部は影響を受けます。特に妊婦はお腹で赤ちゃんを育てており、この近くで電磁波を出すのは良くありません。電車や自動車に乗り、優先席に腰掛けてお腹の上のバッグの底に携帯電話を入れる、この携帯電話が本人の意思に関係無く電磁波を出します。
 スマートフォンもガラケーと同じに、電車や自動車に乗っている時は数分に1回、短い時間ですが強い電磁波を発します。この電磁波を吸収するのがアイ・ピピです。

 電磁波対策品には多くの商品が売り出されています。アイ・ピピ以外はシールド方式です。この方式のエプロンや腹帯は電磁波を反射します。これは遮蔽では有りません。遮蔽は電磁波を中に入れませんが、エプロンや腹帯は反射した電磁波がシールドの縁から身体内に入り、到来した電磁波はシールドの裏側に回りこみます。シールド方式は、下腹部より上下30cmの1波長分を覆っていることが望ましいです。胸から膝までの長さが好ましいです。
 大げさなエプロンならこの条件を満足しますが、活動するには鬱陶しいですね。腹帯では大きさが足りません。アイ・ピピはアンテナとして電磁波を集め反射をしないので、縁から数cm以上の電磁波を集め、裏側には15cmくらいは回りこまず、裏側の電磁波強度を100分の1以下に減らします。

 アイ・ピピは四葉のクローバー型に銅箔でアンテナを作りこみ、アクリルサテン布でカバーした、薄くて軽いシールです。内部のアンテナは純粋に技術の話ですが、色や模様は女性デザイナーに考えて頂き、表面の被覆やパッケージ等のデザインは女性のご意見を多く取り入れました。下の写真は、使っている周波数の違いで、ドコモとAU用の大きくて黄色いアイ・ピピ、ソフトバンク用の少し小さくてピンク色のアイ・ピピです。


 発売以来、そろそろ6年に達し、苦情等は一切無く、逆に携帯電話に張る電磁波対策品が欲しいとのご希望を頂いておりました。これが、次のWavesafeウェーブセーフの開発と商品化のきっかけになりす。


2015年3月5日木曜日

ヤマダ電機様での販売が始まりました

今月よりヤマダ電機様でWAVESAFEのお取扱いが始まりました。店頭で見つからない場合には、お店の方にお問い合わせください。

2015年3月2日月曜日

テレコムエンジニアリングセンター

本日は、依頼試験の相談のために一般財団法人テレコムエンジニアリングセンターの松戸試験所を訪問しました。テレコムエンジニアリングセンターは、35年以上の歴史を持つ、日本を代表する電波機器、無線設備等の認証・試験機関です。かつては、日本唯一の指定証明機関でした。周りには梨畑が広がり、のんびりとした場所にあります。春を感じる午後でした。

テレコムエンジニアリングセンター

本日は、依頼試験の相談のために一般財団法人テレコムエンジニアリングセンターの松戸試験所を訪問しました。テレコムエンジニアリングセンターは、35年以上の歴史を持つ、日本を代表する電波機器、無線設備等の認証・試験機関です。かつては、日本唯一の指定証明機関でした。周りには梨畑が広がり、のんびりとした場所にあります。春を感じる午後

2015年2月28日土曜日

電磁波対策の最初は、心臓ペースメーカー用

電磁波対策の最初は、心臓ペースメーカー用の電磁波吸収アンテナでした

公共交通機関の中で、優先席付近は携帯電話の電源を切る、と言うことになっています。これは、携帯電話の電磁波が心臓ペースメーカを誤作動させる恐れがあるからです。誤作動は、心臓ペースメーカのリード線がアンテナとなって携帯電話の電磁波を受け、心臓が動かなくなってもペースメーカーは心臓が元気に動いていると誤認して、止まったままで役に立たないことがあるからです。

そこで、10年ほど前にペースセーバーという電磁波を吸収するアンテナを組み込んだシャツを開発し、販売しました。アンテナは鎖骨からみぞおちまでを覆い、携帯電話の電磁波を20dBm(電力量で100分の1)くらいに低下させる、すぐれた性能を持つものでした。このアンテナで、たとえ携帯電話が近くにあっても電磁波強度を弱めるので、ペースメーカは影響を受けないことになります。

しかし、最近のペースメーカーは利口になって、外来の雑音と心臓の出す信号を選り分けて動作するでしょう。また、通話していない携帯電話が出す電磁波は基地局更新情報の一瞬だけですから、ペースメーカーに障害は起こさないでしょう。ですから、この心臓ペースメーカのための電磁波吸収アンテナのペースセーバーは、製造中止にしました。

但し、ポータブルプレーヤーのイヤホンで音楽を聴く場合、プレーヤーを体の前に置くと鎖骨の下に埋め込んだペースメーカーから静脈を通して心臓に達するリード線と、イヤホンのケーブルが、数cmの距離で首から心臓まで並び、いわゆる並行線間の誘導が起き、イヤホンに流れる電流が心臓ペースメーカーのリード線に流れます。心臓ペースメーカーのコンピュータは心臓の出す電気信号に加えて、聴きたくも無い音楽を聴かされるわけです。線同志が近付くほどペースメーカーに誘起される音楽信号は強くなり、心臓が止まっても、ペースメーカーは気付かないか、心室細動が起きていると勘違いします。前者の場合は、心臓は止まったままになり、後者は電気ショックを心臓に与えます。いずれにしても良くありません。

最新型のペースメーカーのコンピュータの能力はどうなのでしょう。ソフトウエアはさらに進歩して携帯電話や音楽と心臓の信号を識別できると思います。そうであれば、ペースメーカー装着の方々はもっと安心して、音楽を楽しみながら電車に乗れるようになると思いますが、お役所はなかなか最新型の進歩と安全性を公表しませんね。ペースメーカーを使っているお年寄りたちにはもっと外出して欲しい、生活をエンジョイして欲しい、と思うのですが。

ところで、携帯電話の電磁波対策品や話を売り物にしているサイトに、”心臓ペースメーカーを使っている人は、携帯電話を使う時は、イヤホンマイクを使えば安心”と、書いてありましたが、これは間違いです。イヤホンマイクのケーブルを首の前にぶら下げて通話すると、プレーヤーで音楽を聴いているのと同じ配線関係になり、危険です。

こんな時は、ウェーブセーフを使って電磁波を手に逃がせば、心臓ペースメーカへの電磁波の影響を大幅に減らし、頭の被曝も減らせます。

2015年2月28日

2015年2月27日金曜日

携帯電話の電磁波はたまたま人類に都合の悪い周波数だった

はじめまして

ここ10年以上、電磁波問題に関わっています。携帯電話は身近にあるので身体への影響力は他の家電製品や電子装置に比べて桁違いに大きいのです。携帯電話は身近にあるだけでなく、使っている周波数も生体には影響を与えやすいという不都合も重なっています。

ちなみに、スマートフォンは携帯電話の一種で、使っている電磁波の強さや特徴は同じです。

携帯電話の使っている電磁波は、これより高い周波数では直進性が強く、建物や地形の後ろ側に回りこめないことと、空気中の水分に吸収されて遠くまで飛びません。携帯電話の使う周波数は、地形や水分の影響を受け難く、アンテナも小さくて済むギリギリの高い周波数です。

また、音声や各種デジタル信号を載せる余裕も有ります。ところが、この帯域の電磁波の波長は、人間の身体の各部の大きさと近いため共振して吸収されやすいのです。携帯電話に使い易い周波数は、たまたま人類が影響を受けやすい周波数だったのです。

身体の全てのサイズが半分以下になれば、共振する周波数は空気中の水分に吸収されやすい2GHz以上になり、小児のサイズはもっと共振し難くなっていたかもしれません。と、有り得ない事を望んでも仕方が無く、携帯電話を攻撃するのは、社会に不安を撒き散らすので、賛成出来ません。

携帯電話やスマートフォンと社会との折り合いを見出せるようにしましょう。

2015年2月27日