Desidererei approfondire le differenze essenziali tra la telefonia GSM e quella E-TACS. In una precedente risposta, in modo troppo generico a mio avviso, avete detto che la potenza di trasmissione in gioco nelle SRB è la stessa, ma viene trattata in mdo diverso, massima potenza in trasmissione per l’E-TACS, variazione dinamica a secondo della rischiesta per il GSM. Ma quanto è tale potenza in trasmissione(intorno ai 50W?)? Le antenne (dipoli) di ultima generazione, come sono fatte al loro interno? Sono ripiegati a 45° e in che modo? Inoltre, per distanze molto piccole, tipo qualche centimetro o addirittura millimetri (come nel caso dei terminali appoggiati alla testa) come si calcola il Campo Elettrico relativo? Se dovesse essere proporzionale all’inverso della distanza 1/d, sarebbe enorme! Complimneti e grazie. A presto.

E-TACS –GSM

 

In una precedente risposta scrissi che il valore medio
della potenza fornita al sistema radiante, delle stazioni radio basi (RBS)
per uso telefonia mobile, è dell’ordine di 30 Watt.Il valore in assoluto
di tale potenza, dipende da molte cause: dimensioni della cella, posizione
orografica, diagramma di radiazione dell’antenna (circolare a basso guadagno
o direttiva ad alto guadagno).

Nei sistemi radio e TV per aumentare il bacino d’utenza,
talvolta ci si spinge verso un aumento indiscriminato delle potenze. Nella
telefonia mobile è l’opposto, per aumentare il numero di conversazioni,
in una determinata area occorre ridurre la potenza, poiché necessita ridurre
le dimensioni delle celle per riusare le stesse frequenze (lo spettro
è limitato) aumentando il numero delle stazioni radio base sul territorio.
Vi sono situazioni impiantistiche dove la potenza non può superare una
decina di Watt, altrimenti si provocano   malfunzionamenti causati da
interferenze cocanali (stesso valore di frequenze) verso
celle limitrofe.

In
base alle considerazioni esposte, vi sono, in Italia, impianti E-Tacs
che utilizzano potenze minime di 9 Watt e GSM che utilizza potenze massime
di 60/80 watt e viceversa.

Maggiore
è la densità di RBS, minore è la potenza trasmessa ed è probabile che
la frequenza massima della distribuzione gaussiana, sul territorio nazionale,
verso i valori bassi di potenza sia a favore del GSM. (E-Tacs è in obsolescenza).Nel
prossimo sistema UMTS, di terza generazione, per riusare le frequenze,
e permettere di trasferire una notevole velocità di trasmissione (500Kbit/s),
le dimensioni delle celle sono dimezzate rispetto al GSM. La massima potenza
trasmessa è dell’ordine di 20W.

 Il
fatto che nei sistemi, GSM, la stazione base tenga conto di ridurre in
tempo reale, la potenza emessa fino al più piccolo valore in grado di
assicurare una soddisfacente qualità del collegamento, non cambia in sostanza
l’ordine di grandezza dei valori di potenza trasmessa.

Si tenga presente che per raddoppiare il valore del
campo elettrico ad una qualsiasi prefissata distanza da una sorgente radiante,
necessita quadruplicare la potenza trasmessa. Passare da 30 a 50 Watt
il campo elettrico s’incrementa di 1,29 volte. (vedi appendice)

 

Il beneficio della riduzione di potenza, nei sistemi
GSM, ai fini di un’esposizione ai campi elettrici, non è sul valore emesso
da una RBS, ma molto importante, dal valore di potenza emesso dal telefonino
appoggiato alla testa che varia da 600 a 125 mW. In condizioni di collegamento
favorevole, il campo elettrico si dimezza rispetto ai sistemi analogici
a potenza fissa.

 

Antenne radio basi

Scopo
di un’antenna di trasmissione è irradiare la potenza trasmessa nella direzione
voluta.Importante per un’antenna di trasmissione è il diagramma di radiazione
in base agli obiettivi che si vogliono raggiungere.

Nel
caso dei sistemi cellulari, per non disperdere la potenza irradiata verso
il cielo o verso il suolo, il diagramma di radiazione deve essere a forma
circolare sul piano orizzontale (360°), pressoché isotropico. Invece,
sul piano verticale l’antenna emette un fascio d’irradiazione con angolo
d’apertura che tipicamente varia da qualche grado ad una decina di grado.Ciò
vuol dire che se l’antenna è sufficientemente alta, rispetto al terreno,
attorno al traliccio si crea una zona d’ombra quasi estesa. La forma volumetrica,
dello spazio dove si vuole irradiare, alla stessa distanza, la medesima
densità di potenza è del tipo toroidale. ( pensa la forma di una gomma
di una ruota d’auto disposta orizzontalmente.)

Questo
tipo di diagramma di radiazione, non può essere ottenuto da una singola
antenna, ma da un sistema di dipoli (Array) aventi settori con 120 gradi
d’apertura
.

 In
un medesimo sito sono collocati tre antenne con struttura a triangolo
disposte a triplette sui lati. ( si ottiene una struttura a trifoglio,
che garantisce sul piano orizzontale una copertura di 360°.) Il guadagno
(vedi
5 in appendice) di questa soluzione d’antenne è circa 1,5/2.

Vi
sono situazioni impiantistiche dove non si vuole irradiare a 360°, ma
si vuole ottenere un fascio più stretto.In questo caso, il guadagno del
sistema d’antenna aumenta.In territorio italiano, a tutto oggi, il massimo
guadagno, usato è di 63.

Maggiori
dettagli sulle architettetture meccaniche e disposizioni su questi tipi
array sono facilmente rintracciabili in Internet.

 

Inoltre, ……. terminali appoggiati alla testa.. come
si calcola il Campo Elettrico relativo?

 

Lo stilo sui cellulari è un monopolo a polarizzazione
verticale, risonante ad ¼ di l’
l (in molti modelli, per motivi dimensionali, l’antenna
è accorciata aggiungendo un’induttanza).

Quest’antennino è sede d’onde stazionare (tensioni e
correnti).All’estremo, abbiamo un “nodo” di corrente (zero, nessuna carica
elettrica) ed un “ ventre “ di tensione (massimo) mentre sul connettore
d’attacco al corpo del telefonino, abbiamo corrente massima (ventre) e
tensione quasi nulla (nodo).

Sempre in una situazione ideale, in pratica tutta
la potenza massima fornita allo stilo è irradiata, perdite zero, il valore
massimo del ventre di tensione e corrente è dato da:

 

 

 

Nell’immediata vicinanza di un antennino cellulare,
fino a circa un decimo della lunghezza d’onda, (3,3 cm nel caso di 900Mhz
e 1,6 cm per 1800Mhz), il campo elettrico e magnetico è scorrelato e decadono
con il cubo della distanza.

In questa zona denominata dei “campi reattivi “i campi
si comportano quasi come nel caso statico.In linea di principio, per il
calcolo del campo elettrico, si potrebbe usare la legge di Coulomb, simulando
il sistema con due cariche poste in uno spazio definito od il teorema
di Gauss dove la densità di carica è distribuita in un determinato volume.Questo
percorso è molto insidioso e pieno di trabocchetti ai fini di un risultato
che assomigli alla realtà.Il problema è modellizzare la distribuzione
stazionaria variabile nello spazio, di un monopolo a 900 Mhz, in densità
di cariche elettriche in altre parole definire tutte le condizioni al
contorno.

La stessa misura non è attuabile con i classici misuratori
di campo, utilizzabili da distanze minime di una lunghezza d’onda, (campo
lontano).La misura del campo elettrico vicino su monopoli, attorno al
Ghz, richiede strumenti particolari e conoscenze tecniche non comuni per
gli operatori. I sensori debbono separare senza errori il campo elettrico
da quello magnetico. Inoltre il campo reattivo, quando avviciniamo lo
stilo alla testa, risente di fenomeni d’accoppiamento, cambia radicalmente,
in base al tipo di bipolo equivalente accoppiato.

 

La valutazione di pericolosità a distanze di millimetri,
si affronta con metodi di dosimetria, numerica e sperimentale: da un lato,
si calcola il SAR, (Specific Absortion Rate, potenza assorbita dai tessuti
per unità di massa) medio e di picco, nella testa di un utilizzatore,
mediante metodi numerici di simulazione automatica, quali FDTD (Finite
Differences Time Domain) e MoM (Method of moments) al variare delle condizioni
d’esposizione; dall’altro, mediante esperimenti di laboratorio, si effettuano
misure di SAR su fantocci dielettrici equivalenti, cioè fantocci che rappresentino,
dal punto vista delle costanti dielettriche, tessuti reali.Il campo elettrico
vede la nostra testa, come un insieme di resistori e condensatori.

 

 

I valori massimi d’intensità del campo elettrico,
dei sistemi radio, definiti nelle numerosissime normative, sono sempre
riferiti ad un’onda elettromagnetica.

Utilizzando l’espressione (6), otteniamo un valore
di campo elettrico, alla distanza l 
per 0,6 Watt trasmessi ed un guadagno di stilo di 1,3 (in realtà molti
antennini non hanno guadagno ma solo perdite) di 28.5 V/m per 1800MHz
e 14,7 V/m per 900 Mhz.

 

Gli elevatissimi valori di campo elettrico che si
ottengono, utilizzando erroneamente l’espressione 6,
dei “campi lontani” a distanza di millimetri, dove il campo elettromagnetico
non si è formato, non hanno nessun significato fisico.

 

Per tutto ciò che riguarda le problematiche dello
scenario “Elettrosmog” rimando, alle brillantissime risposte del superesperto
Daniele Andreuccetti che troverai sul nostro sito.



Appendice

 

Calcolo del campo elettrico causato da un’onda elettromagnetica
nello spazio libero
.

 

A
distanze inferiori, dalla sorgente, di un decimo di l’
l il campo è prevalentemente reattivo.

A
distanze superiori tutta la struttura (campo magnetico ed elettrico variabile
nel tempo) incomincia a formare l’affascinante processo di radiazione.La
distanza minima, dalla sorgente, per la quale il campo è sicuramente solo
ed esclusivamente elettromagnetico e si configura con tutte le sue
proprietà
, è di una lunghezza d’onda,

 

Nei
sistemi dove le dimensioni delle antenne, normalmente del tipo parabolico,
sono maggiori della lunghezza d’onda, la distanza minima del campo lontano
è uguale al quadrato del diametro effettivo (non geometrico) dell’antenna
diviso l’l (zona di Fraunhofer)

 

Da
questa distanza minima, denominata zona d’inizio dei campi lontani, l’onda
si propaga a distanza indefinita dall’antenna.Il valore del campo elettrico
(V/m) si dimezza al raddoppio della distanza.

 Nonostante,
tantissimi anni d’attività nel settore wireless, rimango ancora incantato
al pensiero che l’ampiezza di un segnale radio, trasmesso nello spazio,
ai confini del nostro sistema solare (4 ore luce) abbia solo metà ampiezza
del valore del segnale (V/m) presente su Giove (2 ore luce). La perdita
maggiore è totalmente nei primi metri, poi non si perde quasi nulla. Scusa
la parentesi e allego ,in forma sintetica,il percorso per ricavare la
relazione matematica che permette di determinare il valore del campo elettrico,nello
spazio vuoto, ad una distanza dalla sorgente

 

Il mezzo nel quale avviene la propagazione dell’onda
elettromagnetica nello spazio libero è caratterizzata da tre parametri:

  • Costante dielettrica, Faraday/metro
  • Permeabilità magnetica ,Henry/metro

 
Conduttività
elettrica , Siemems/metro

 

Un mezzo è omogeneo se ha gli stessi valori in ogni punto, è normale
se tale valore rimane costante nel tempo è isotropo se le sue proprietà
vettoriali sono le stesse in ogni punto.

Un mezzo omogeneo, normale e isotropo particolare è
lo spazio vuoto per il quale si ha
:

 



 L’impedenza caratteristica del
mezzo è espressa da:

                                               1

 



Un onda elettromagnetica trasporta energia, densità
di potenza, (potenza per unità di superficie del fronte d’onda) ed è proporzionale 
al prodotto dell’intensità di campo elettrico e magnetico.Nota l’impedenza
del mezzo, la densità di potenza può essere ricavata da:.

                                               2

 

 

Che nello spazio vuoto diventa:

 

                                   3

Essendo,q,j , gli angoli di radiazione dell’antenna sul piano orizzontale
e verticale.Nel caso d’antenna isotropica, che irradia uniformemente in
tutte le direzioni la potenza di trasmissione P ,la (2) diviene:

                                                          
4

 

 

 

Essendo S la superficie del fronte d’onda sferico a
distanza r dal punto d’ irradiazione.

Dal confronto tra (2) e (4) scaturisce il concetto di
guadagno, G, di un’antenna:

 

                        5

Introducendo la (3) nella (5) si ricava per lo spazio
vuoto privo di perdite, noto il guadagno G e la potenza fornita all’antenna,
P (W), l’espressione del campo elettrico, E (V/m) a distanza r nella direzione
q,j:

                                               6

 

La presenza dell’atmosfera con tutte le sue implicazioni
climatiche  a secondo del valore della frequenza trasmessa e dell’angolo
di radiazione dell’antenna fanno sì che lo spazio libero reale perda le
caratteristiche d’omogeneità, normalità e isotropia.

Nel caso particolare delle frequenze utilizzate  per
la telefonia  900 e 1800 Mhz, in assenza di riflessioni e ostacoli assorbenti 
cioè in completa visibilità ottica, possiamo considerare, senza  commettere
grossi errori, lo spazio reale come spazio vuoto.