DEBATA SIT/STB

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Ochrona przed narażeniami elektromagnetycznymi wynikającymi z

rozwoju telekomunikacji współczesnej i telekomunikacji nowych

generacji – pomiary anten radiokomunikacyjnych i pól

elektromagnetycznych

Autorzy:



Instytut Łączności

Państwowy Instytut Badawczy

Zakład Kompatybilności Elektromagnetycznej:

mgr Marta Macher

mgr inż. Piotr Tyrawa

mgr inż. Marek Kałuski – kierownik pracy



Politechnika Wrocławska

Instytut Telekomunikacji i Akustyki:

dr inż. Paweł Bieńkowski

dr hab. inż. Eugeniusz Grudziński

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Zagadnienia:



Przegląd aktualnych przepisów polskich i unijnych w

zakresie narażeń elektromagnetycznych



Przegląd systemów radiokomunikacyjnych pod kątem ich

wpływu na bezpieczeństwo pracy w polach i ochronę

środowiska



Przegląd norm dotyczących wybranych systemów

radiokomunikacyjnych



Założenia projektowe do nowych stanowisk pomiarowych



Procedury pomiarowe



Wdrożenie i przygotowanie akredytacji w laboratorium



Opracowanie koncepcji i założeń do przystosowania

oprogramowania dla e-administracji



Analiza i wybór modeli polowych dla modułów

obliczeniowych do odwzorowywania charakterystyk

promieniowania jednostek antenowych i ich testowanie



Przykładowy moduł do odwzorowania charakterystyk

promieniowania anten.



Koncepcja wykorzystania w Polsce europejskich norm

oceny zgodności instalacji radiokomunikacyjnych

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Zagadnienia cd.:



Przegląd metodyk i aparatury stosowanej w kraju i w Unii

Europejskiej do pomiarów natężenia pola dla celów

ochrony przed promieniowaniem elektromagnetycznym

wraz z zaleceniami



Raport z monitoringu środowiska elektromagnetycznego, w

szczególności z pomiarów pól EM dla obszarów o różnym

poziomie nasycenia infrastrukturą radiokomunikacyjną

oraz obserwacji metrologicznej aktywności stacji bazowych

dla różnych systemów radiokomunikacyjnych



Metodyka numerycznego wyznaczania rozkładów natężenia

pól elektromagnetycznych



Przykładowa baza danych charakterystyk promieniowania

anten systemów radiokomunikacji ruchomej

eksploatowanych w Polsce



Poradnik z zakresu ochrony przed narażeniami

elektromagnetycznymi od systemów

radiokomunikacyjnych, do rozpowszechnienia, szczególnie

w internecie



Stanowisko pomiarowe do badania parametrów anten

nadawczych istotnych pod kątem ochrony środowiska wg

procedur opracowanych w poprzednim etapie

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Przegląd systemów

radiokomunikacyjnych pod

kątem ich wpływu na

bezpieczeństwo pracy w polach

i ochronę środowiska



Radiofonia AM (fale długie i

średnie)



Łączność i radiofonia KF (fale

krótkie)



Radiofonia UKF (fale ultrakrótkie)



Telewizja naziemna



Systemy radiokomunikacji

ruchowej (RRL)



Telefonia komórkowa



Sieci WiFi i Bluetooth



Systemy satelitarne (VSAT)



Mikrofalowe linie radiowe

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Przegląd norm dotyczących wybranych

systemów radiokomunikacyjnych

Normy UKF i TV



1. Zalecenie ITU-R BT.470-6,

CONVENTIONAL TELEVISION SYSTEMS



2. Zalecenie ITU-R BT.417-5,



3. Zalecenie ITU-R BT.419-3,



4. Zalecenie ITU-R BS.412-9,



5. Norma PN-ETS 300 447:2000,

Urządzenia i systemy radiowe (RES).

Kompatybilność elektromagnetyczna

(EMC) nadajników radiofonicznych UKF-FM

Inne



1. PN-EN 60244-11:2002 (U) Metody pomiarów

nadajników radiowych. Część 11: Przemienniki dla

radiofonii FM,



2. PN-EN 60244-13:2002 (U) Metody pomiarów

nadajników radiowych. Część 13: Charakterystyki

nadajników radiofonicznych FM,



3. PN-T-84712-1:1996 Anteny telewizyjne III, IV i V

zakresu częstotliwości oraz anteny radiofoniczne

UKF/FM dla sieci stacji nadawczych dużej i małej

mocy. Postanowienia ogólne,



4. PN-T-84712-2:1996 Anteny telewizyjne III, IV i V

zakresu częstotliwości oraz anteny radiofoniczne

UKF/FM dla sieci stacji nadawczych dużej i małej

mocy. Wymagania elektryczne,



5. PN-T-84712-3:1996 Anteny telewizyjne III, IV i V

zakresu częstotliwości oraz anteny radiofoniczne

UKF/FM dla sieci stacji nadawczych dużej i małej

mocy. Metody badań parametrów elektrycznych.

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Procedury pomiarowe

Wdrożenie i przygotowanie

akredytacji w laboratorium



Pomiary

charakterystyk

promieniowania anten



Pomiary

zysku

energetycznego

anten



Pomiary osiowego współczynnika

polaryzacji



Wyznaczanie

stosunku

promieniowania głównego do

wstecznego (PG/PW)



Badanie pól elektromagnetycznych

dla

celów

ochrony

środowiska

(50 Hz i 30 kHz do 58GHz)



Badanie pól elektromagnetycznych

dla celów BHP (50 Hz i 30 kHz do

58GHz)

Układ do badania charakterystyk promieniowania
anten

Obrót

anteny

Mikrokomputer

-5

Antenowe stanowisko
odbiorcze

Antena badana

Antenowe stanowisko

nadawcze

EMCO

typ 2060

NAP

AR30W1000A

HP83630B

HP8902A

EMCO

typ 2090

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji



Opracowanie koncepcji

i założeń do

przystosowania

oprogramowania dla

e-administracji



Analiza i wybór modeli

polowych dla modułów

obliczeniowych do

odwzorowywania

charakterystyk

promieniowania

jednostek antenowych i

ich testowanie

Algorytm oprogramowania

Start

Czy antena jest w

katalogu?

Czy s¹ wszystkie

dane?

Zastosowaæ procedurê

uproszczonego

wyznaczania

parametrów anteny

Nie

Wyznaczenie

wymaganych

parametrów anteny

Tak

wyznaczenie odleg³oœci

i po³o¿enia punktu

docelowego

(azymut i elewacja
wzglêdem anteny)

Czy punkt

docelowy le¿y w

g³ównej wi¹zce

promieniowania?

Wyznaczenie zysku
anteny dla kierunku
docelowego - wybór

procedury wyznaczenia

zysku

dane wejœciowe:

-dane
topograficzne
-dane "antenowe"
-moc

Nie

Czy uwzglêdniaæ

falê odbit¹

Tak

Wyznaczyæ natê¿enie

pola w punkcie

docelowym

Wyznaczyæ natê¿enie

fali odbitej

Tak

Nie

Czy jest inne Ÿród³o

lub uwzglêdnia siê

poziom t³a?

Koniec

Powtórzyæ procedurê
dla kolejnego ¿ród³a i

wyznaczyæ wypadkowe

natê¿enie PEM,

dodaæ poziom t³a

Nie

Tak

Wybór modelu

propagacji na

podstawie odleg³oœci i

po³o¿enia punktu

docelowego

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Koncepcja wykorzystania w Polsce europejskich norm oceny

zgodności instalacji radiokomunikacyjnych

1. PN-EN 50384

„

Norma grupy wyrobów dla wykazania

zgodności radiowych stacji bazowych i

stacjonarnych stacji końcowych

systemów bezprzewodowej

telekomunikacji z ograniczeniami

podstawowymi lub poziomami

odniesienia dotyczącymi ekspozycji

ludzi w polach elektromagnetycznych

częstotliwości radiowych (110 MHz – 40

GHz). Ekspozycja zawodowa”

odnosi się do radiowych stacji bazowych

i stacjonarnych stacji końcowych

systemów bezprzewodowej

telekomunikacji pracujących w zakresie

częstotliwości 110 MHz do 40 GHz

2. PN-EN 50385

„

Norma grupy wyrobów dla wykazania

zgodności radiowych stacji bazowych i

stacjonarnych stacji końcowych

systemów bezprzewodowej

telekomunikacji z ograniczeniami

podstawowymi lub poziomami

odniesienia dotyczącymi ekspozycji

ludzi w polach elektromagnetycznych

częstotliwości radiowych (110 MHz – 40

GHz). Ekspozycja ludności”

odnosi się do radiowych stacji bazowych

i stacjonarnych stacji końcowych

systemów bezprzewodowej

telekomunikacji pracujących w zakresie

częstotliwości 110 MHz do 40 GHz.

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Przegląd metodyk i aparatury stosowanej

w kraju i w Unii Europejskiej do

pomiarów natężenia pola dla celów

ochrony przed

promieniowaniem elektromagnetycznym

wraz z zaleceniami

Metodyka pomiarów dla celów ochrony

przed promieniowaniem

elektromagnetycznym (PEM)



Zasady pomiarów w strefie bliskiej źródła



Podstawowe ograniczenia dokładności pomiaru –

charakterystyka częstotliwościowa



Charakterystyka dynamiczna i pomiary pól złożonych



Kompetencje techniczne osób wykonujących pomiary



Warunki prowadzenia pomiarów - charakter pracy źródła

Przegląd aparatury pomiarowej



Aparatura pomiarowa - realizacja czujników składowej E,

H i S



Analiza parametrów anteny dipolowej



Przegląd aparatury dostępnej na rynku



Wzorcowanie

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w telekomunikacji

Pole bliskie i dalekie



Obszar pola dalekiego

W tym obszarze, pole ma przeważnie charakter fali płaskiej, tj. lokalnie

jednorodne rozkłady natężeń pola elektrycznego i magnetycznego

rozchodzącą się w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali.

Obszar pola dalekiego definiuje warunek:



Obszar pola bliskiego

zwany strefą Fresnela

jest zdefiniowany przez



Obszar biernego pola bliskiego

jest zdefiniowany przez

gdzie

– odległość od anteny,

– największy z wymiarów anteny, λ - długość fali



r 







R 



Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Czynniki mające wpływ na wielkości zasięgu obszarów, w

których występują pola o wartościach większych od

dopuszczalnych

struktura (geometria) anteny,

częstotliwość robocza,

moc doprowadzona do anteny,

rodzaj polaryzacji składowej elektrycznej (H lub V), skrzyżowana

wartości parametrów elektrycznych gruntu w otoczeniu anteny

(względną stałą dielektryczną gruntu i konduktywność gruntu). Należy

wziąć pod uwagę, że wartości te w rozpatrywanym zakresie, nie są

stałe i zmieniają się zależnie od pory roku. Z tego względu, podczas

wyznaczania zasięgów obszarów o wartościach większych od

dopuszczalnych, należy przyjąć takie wartości parametrów, dla których

otrzymuje się największe zasięgi (wartości graniczne natężenia

pola/gęstości mocy).

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji



Dla potrzeb obliczeń

szacunkowych

stosowanych w raportach korzysta się

ze wzorów stosowanych w polu dalekim, czyli



gdzie



–

natężenie pola w voltach na metr [V/m],



–

gęstość mocy w watach na metr kwadratowy [W/m2],



EIRP

– równoważna moc promieniowana izotropowo w watach [W],



–

impedancja falowa swobodnej przestrzeni,



– oznacza odległość punktu wyznaczania gęstości mocy pola

elektromagnetycznego od środka elektrycznego układu antenowego (w

tym przypadku środka elektrycznego anteny) w metrach [m],



θ)

– funkcja tłumienia gęstości mocy pola elektromagnetycznego przy

zmianie kąta odchylenia od kierunku maksymalnego promieniowania w

płaszczyźnie poziomej lub pionowej.

4 r

EIRP



 )

(





)

(





EIRP



Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w telekomunikacji

Metoda momentów (MOM)

Metoda ta polega na rozwiązaniu tzw. metodą momentów (ang. MOM -

Method of Moments) równań różniczkowo-całkowych stanowiących model

matematyczny badanego układu (anteny lub układu anten stacji bazowej albo

całego terminala ruchomego).

W metodzie momentów przyjmuje się następujące założenia:



sieć tworząca antenę (system antenowy) składa się z przewodników prostoliniowych,

doskonale przewodzących lub o znanej stratności. Jeżeli przewodnik nie jest

prostoliniowy, to zastępuje się go układem złożonym z kilku prostoliniowych

przewodników (wielokątem) o końcach wzajemnie z sobą połączonych;



długości przewodników są wielokrotnie mniejsze niż długość fali



. Jeżeli ten warunek

nie jest spełniony, to przewodniki dzieli się na taką ilość segmentów (o końcach

wzajemnie nakładających się na siebie), przy której warunek jest spełniony. To oznacza,

że rozpatrywana sieć przewodników jest traktowana jako N elementowy zbiór

segmentów (odcinków), o długościach wielokrotnie mniejszych od długości fali



;



stosunek długości każdego przewodnika

do jego średnicy

jest co najmniej kilka razy

większy od jedności,



Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w telekomunikacji

Metoda momentów (MOM)

ustalony jest (dowolny) układ odniesienia

Oxyz

. W tym układzie są określone

współrzędne początku i współrzędne końca każdego segmentu, wchodzącego w skład

sieci. To z kolei oznacza, że segmenty są traktowane jako elementy o charakterze

wektorowym;



zadany jest zbiór określający miejsca zasilania sieci i wielkości napięć w tych

miejscach;



zadany jest zbiór opisujący miejsca wtrąconych, skupionych obciążeń sieci (rezystancji

i reaktancji) i wartości zespolonych obciążeń w tych miejscach:

Dla tak skonfigurowanej sieci, na podstawie ścisłych równań elektrodynamiki,

odpowiednio przekształconych na układy równań algebraicznych, wyznacza się:



rozkład prądów w sieci,



wartości impedancji wejściowych, w miejscach zasilania sieci.

Należy zwrócić uwagę na to, że jeżeli zbiór opisujący konfigurację sieci został

zbudowany i dla niego został wyznaczony rozkład prądów, to w obliczeniach

związanych z rozkładem pola EM w otoczeniu sieci musi być stosowany ten układ

odniesienia

Oxyz

, który był przyjęty w toku obliczania rozkładu prądów.

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Metoda różnic skończonych dziedzinie czasu (FDTD)

Istota metody FDTD (ang. Finite Difference Time Domain), sprowadza się do

zbudowania dyskretnego modelu analizowanego obiektu (obiektów) i

rozwiązania metodą różnic skończonych równań Maxwella opisujących

model w dziedzinie czasu lub częstotliwości z użyciem modeli siatkowych.

Dyskretny model obiektu tworzą małe elementy objętościowe zwane

voxelami, przy czym jednorodnemu obszarowi każdego z nich przypisuje

się parametry elektryczne medium, które dany voxel reprezentuje.

Technika FDTD jest od kilku lat stosowana z dobrym skutkiem do

prognozowania i oceny narażeń elektromagnetycznych, np. w telefonii

komórkowej. W kraju wiele placówek badawczych posiada oprogramowanie

własne lub zakupione do modelowania rozkładu PEM tą metodą.

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Metoda superpozycji (wybrana metoda)

Założenia:

Zakłada się, że każdy punkt obserwacji:



znajduje się w obszarze dalekim względem każdego

analizowanego fragmentu anteny wchodzącego w skład całej

anteny,



może znajdować się w obszarze bliskim względem całej anteny.

Zakłada się, że ziemia w otoczeniu anteny jest płaska i

jednorodna elektrycznie, i że znane są jej parametry elektryczne:

względna przenikalność elektryczna i konduktywność .

Układ antenowy składa się z jednakowych fragmentów.

Każdy fragment wchodzący w skład anteny jest zastąpiony przez

fikcyjny dipol, którego:



środek pokrywa się ze środkiem symetrii fragmentu,



zysk energetyczny względem dipola półfalowego jest odrębnie

wyznaczany,



wektor równoległy do jego osi, jest równy wektorowi

przypisanemu fragmentowi.

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w

telekomunikacji

Model geometrii

Zawiera następujące

dane, w układzie

odniesienia Oxyz:



przestrzenne

rozmieszczenie środków

symetrii ekranów



jednostkowe wektory

prostopadłe do

płaszczyzn ekranów



jednostkowe wektory

równoległe do osi dipoli

w panelach

Debata SIT/SBT - 19.12.2006 r.

Ochrona Środowiska i Prawo Budowlane w telekomunikacji

Poradnik



1. Pole elektromagnetyczne



1.1. Wstęp



1.2. Podstawowe wiadomości o polu

elektromagnetycznym



1.2.1 Wielkości charakteryzujące pole

elektromagnetyczne



1.2.2. Morfologia pola

elektromagnetycznego



2. Systemy radiokomunikacyjne



2.1. Stacje długofalowe i średniofalowe



2.2. Stacje UKF



2.3. Stacje TV



2.4. Telefonia analogowa i cyfrowa

(NMT 450, GSM 900/1800/UMTS)



2.5. Inne systemy RRL (DECT, Tranking,

SRDA, radiotelefony, itp.)



3. Źródła pola elektromagnetycznego



3.1. Podstawowe wiadomości o typach

anten



3.2. Podstawowe parametry anten



3.3. Anteny w zastosowaniach

praktycznych



3.3.1. Anteny długofalowe



3.3.2. Anteny dla zakresu

krótkofalowego



3.3.3. Charakterystyka źródeł

promieniowania typowych dla zakresu

krótkofalowego oraz UKF-FM i TV



3.3.4. Charakterystyka anten systemów

radiokomunikacji ruchomej lądowej (RRL)



4. Oddziaływanie pól

elektromagnetycznych na człowieka



4.1. Stan wiedzy



4.2. Kryteria oceny pól EM w środowisku



4.3. Poziomy (SAR, poziomy odniesienia,

poziomy dopuszczalne)



4.4. Metody sprawdzania



4.4.1. Metody pomiarów



4.4.1. Metody obliczeń



5. Czynniki mające wpływ na wielkości

zasięgu obszarów, w których występują

pola o wartościach większych od

dopuszczalnych



6. Normalizacja



6.1. Organizacje europejskie i

międzynarodowe zajmujące się

normalizacją



6.2. Ustalanie wartości granicznych pól

EM w przepisach międzynarodowych i

europejskich



6.3. Uregulowania prawne w Unii

Europejskiej



6.4. Polska specyfika tworzenia

uregulowań prawnych w zakresie ochrony

środowiska i BHP



6.4.1 Wprowadzenie



6.4.2. Uregulowania prawne obowiązujące

w Polsce

Document Outline