Per valutare l’impatto elettromagnetico di una stazione radio, il riferimento previsto dalla legislazione vigente è la norma tecnica CEI 211-7, che disciplina le modalità di effettuazione delle misure del campo elettromagnetico e intitolata: "Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici nell’intervallo di frequenza 10 KHz - 300 GHz, con riferimento all’esposizione umana”.

In questo articolo, che approfondisce il tema già trattato nella sua prima parte, faremo prevalente riferimento alla porzione di spettro superiore 100 kHz-300 GHz.

Attorno alla stazione radio base (SRB) è presente un campo elettromagnetico (e.m.) la cui intensità decade allontanandosi dall'antenna e dipende dal diagramma di radiazione della stessa (vedi isolinee in figura).

Il confronto con il limite dei 20 V/m (effetti acuti termici) va fatto misurando il campo elettrico nei punti significativi per un intervallo di 6 minuti all'altezza di 1,5 m rispetto al piano di calpestio, altezza tipica di esposizione delle parti più sensibili di una persona posta in piedi.

Il confronto con il limite dei 6 V/m (limite cautelativo nei riguardi di eventuali effetti a lungo termine) va fatto su un intervallo di 24 ore (media giornaliera misurata a quota 1,5 m).

Ricordiamo i valori limite di esposizione e i più restrittivi valori di attenzione (da rispettare per permanenze umane non inferiori alle 4 ore giornaliere) della normativa italiana

Valori di attenzione per l'esposizione a impianti che generano campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici previsti dalla normativa italiana.

 Abbiamo indicato i criteri per una oculata scelta dei punti di misura, scelta cruciale al fine della validità delle misure stesse agli scopi cautelativi per la salute umana. Oltre a scegliere oculatamente i punti di misura vanno osservate alcune precauzioni durante l’effettuazione delle misure.

La vicina presenza di linee elettriche ad alta tensione falsa le misure. Infatti, sebbene le sonde abbiano una frequenza di taglio minima >= 10kHz, l’attenuazione introdotta a 50 Hz potrebbe essere insufficiente a sopprimere gli effetti delle linee anzidette se esse generano un campo di diverse migliaia di V/m (ad es. un’attenuazione di 30 dB sul modulo del campo per E=10 kV/m, generato dai 50 Hz, equivarrebbe a un “disturbo” nella misura ad alta frequenza di 10 V/m).

Analogo effetto indesiderato si ha nel caso dell’operatore che agita lo strumento durante la campagna di misure, a causa del gradiente del campo elettrostatico.

Anche eventuali variazioni della temperatura possono influenzare la misura, soprattutto se si impiegano sensori a termocoppia connessi allo strumento. Per esempio, il riscaldamento introdotto dalla radiazione diretta solare verso la termocoppia è fonte di errori di misura.

Le isolinee visualizzate sopra si riferiscono al campo e.m. prodotto dal sistema radiante della sola stazione radiobase in esame E_srb.

Per la valutazione complessiva del campo elettrico nel punto P di indagine abbiamo fatto riferimento alla formula:

E _tot = (E_fondo² + E_{_srb}²)^^0,5

Ricordiamo ancora che, soprattutto per le emissioni generate dalle SRB di telefonia cellulare, le misure non elaborate indicano semplicemente l’intensità dei campi elettrico e magnetico relativamente al funzionamento delle sorgenti captabili in quel preciso istante o periodo di acquisizione delle misure.

Dal sistema antenna + sonda si hanno le misure istantanee, ma attraverso software di memorizzazione ed elaborazione dei campioni è possibile ottenere misure del picco (max hold) o della media (avg) nel periodo di acquisizione prefissato.

 L’indagine strumentale può essere condotta:

• in banda larga per ottenere una misura del campo e.m. totale (somma quadratica dei contributi di tutte le sorgenti operanti nell'intero intervallo delle frequenze 10 KHz-300 GHz)
• in banda stretta per isolare e misurare/stimare singoli contributi

Per le misure in banda stretta (ad es. per ciascun canale GSM largo 200 kHz oppure per un canale UMTS largo 5 MHz) è necessario collegare all'antenna un analizzatore di spettro (analisi spettrale) o un analizzatore vettoriale, utile per isolare i contributi dei segnali pilota delle stazioni radio base che trasmettono a divisione di tempo.

Questi strumenti demodulano il segnale pilota (trasmesso ciclicamente nel tempo e su una certa portante) per estrarre il contributo offerto dal canale sempre “on air”, ovvero trasmesso su tutte le trame e sempre alla massima potenza.

Grazie alle misure in banda stretta, in base alla conoscenza del contenuto armonico, sarà possibile:

• dedurre la presenza eventuale di una o più emittenti di diffusione circolare radiotelevisiva (broadcast)
• isolare contributi che superano, singolarmente, il 75% dei valori limite

Inoltre, visto che:

• per evidenziare un effettivo superamento dei limiti di esposizione ai campi e.m. è necessario effettuare la misura a banda larga con idoneo misuratore di campo (“radiation meter”) e sonda relativa.
• per evidenziare un potenziale superamento dei suddetti limiti si ricorre all'estrapolazione al valor massimo di potenza irradiabile effettuando misure a banda stretta, tramite opportuno analizzatore (di spettro/vettoriale). Queste misure si rendono necessarie qualora da quelle a banda larga si siano misurati valori prossimi (o superiori) al valor limite e si vogliano stimare i singoli contributi. In caso contrario, si sa già che ciascuna sorgente contribuisce con valori inferiori alla soglia.

Vediamo nel dettaglio le caratteristiche di un misuratore di campo a banda larga, prendendo a campione il modello “Radiation Meter NBM-520” della Narda equipaggiato con sonda "EF0391 probe”.

Il Radiation Meter NBM-520 si può abbinare a differenti sonde, grazie al Plug-and-Play Probe Interface e funzionalità di individuazione automatica del tipo di sonda. Nell’esempio, la sonda EF0391 consente di effettuare misure di campo elettrico nel range 100 kHz – 3 GHz, con antenna isotropa.

Il display dello strumento è di immediata lettura. Il valore della misura è rappresentato a caratteri più grandi e al centro dello schermo con accanto l’unità di misura visualizzata (in fig. sottostante 2.830 mW/cm2 ossia 28.3 W/m2) e il tipo di misura diretta (fatta dalla sonda: in fig. E-Field ossia campo elettrico).

Altre informazioni (livello batteria, identificazione del modello di sonda, modalità “spatial” di media dei campioni o “max hold” per la memorizzazione e visualizzazione del valore di picco delle misure) sono rappresentate ai bordi del display e a caratteri più piccoli. Lo strumento si può connettere al PC per la gestione delle misure acquisite. L’operatore, quindi, può telecontrollare (tramite link ottico) lo strumento dal proprio PC. Il vantaggio di telecontrollare è quello di non perturbare, con la propria presenza, le linee di campo e.m. ottenendo una misura affidabile.

Lo strumento è dotato delle seguenti funzionalità:

• Autozeroing, per il refresh delle campagne di misura ogni 6-15-30-60 minuti (oppure disabilitato, ossia con acquisizione continua dei campioni)
• AutoOff, limita i periodi di inattività (spegnendosi automaticamente) per prevenire lo scaricamento delle batterie. Si può disabilitare o impostare a 6-15-30-60 min.
• AVG Time, che si può settare (tramite PC connesso) con granularità di 2 sec, a partire da 4sec fino a 30 min, e definisce la media temporale dei risultati visualizzati (ad es. 6 minuti richiamati dalla suddetta norma CEI 211.7)
• SPATIAL/ Continuous mode, che consente di effettuare una acquisizione dei campioni di misura discreta (per campioni che l’operatore premendo il tasto Hold può indicare allo strumento di acquisire e mediare) o continua (lo strumento acquisisce tutti i campioni con continuità)
• Units, che consente di visualizzare la misura nelle unità V/m - A/m - W/m2 - mW/cm2

Inoltre l’alarm function serve per introdurre delle soglie minime e massime entro le quali lo strumento non segnala anomalie, ma sotto o sopra le quali scatta sia un avviso sonoro che il lampeggio di un Led.

Il sensore di questo strumento è a diodo con certe caratteristiche di linearità (fedeltà della risposta in frequenza) e di sensibilità (livello minimo misurabile) e di fondo scala (massima intensità a cui esporre lo strumento senza provocarne danni permanenti). La calibrazione va fatta ogni 24 mesi, pena non certificabilità delle misure.

Anche il probe EF0391, come tutti i dispositivi reali, introduce alcune distorsioni di cui l’operatore deve tener conto, essenzialmente la non perfetta linearità di risposta in frequenza.  Possiamo in generale affermare che nel range di frequenze di nostro interesse, le distorsioni dell’intero sistema (probe + field meter) sono ovviamente entro la tolleranza ammessa dalla normativa (operando nel range di temperature da -10°C a 50°C e con umidità relativa dal 5% al 95% e umidità assoluta ≤ 29 g/m³).

Da notare anche che, in funzione delle normative vigenti in ogni paese, è possibile utilizzare probes che hanno risposta non piatta in frequenza, ma adattata alla forma richiesta (ad es. alcuni paesi hanno normative che impongono limiti ”pesando” in modo differente i contributi spettrali, per rendere più vicino alla sensibilità del percettore umano il “peso” di ogni contributo stesso).

Tali sono le cosiddette “shaped probes” da collegare al radiation meter al posto delle sonde a risposta piatta. In tal caso, anche le impostazioni degli eventuali allarmi (sonori e visivi) saranno fatti sotto forma di % rispetto ai valori limite della specifica normativa e non come valori assoluti.

Per le misure a banda stretta e l’estrapolazione del valor massimo di campo a partire dal segnale pilota di ogni SRN. vediamo, invece, un altro strumento della Narda, SRM-3006.

Lo strumento permette di acquisire misure selettive dell’intensità di campo e.m. di ogni singolo canale radiomobile, grazie alla decodifica dei canali di controllo (o pilota) delle singole sorgenti UMTS e/o LTE.

Effettua una valutazione automatica del “worst case”, ossia l’estrapolazione (a partire dalla intensità di campo imputabile al solo canale pilota) del massimo possibile valore di campo offerto dalle sorgenti in ogni punto di misura.

Come spiegato nel precedente articolo introduttivo, infatti, la variabilità della potenza irradiata sui canali di traffico rende impossibile una misura diretta del valor massimo di campo: si deve ricorrere ad una estrapolazione basata sull'unico valore costante di potenza irradiata, quello appunto del canale pilota.

Lo strumento consente di misurare porzioni di banda (fino a larghezze di 32 MHz) a partire da 9 kHz fino 6 GHz, con un fondo scala di 200 V/m.

Le antenne collegabili possono essere sia monoassiali (direttive lungo l’asse principale) che triassiali (isotrope) e per misure sia di campo elettrico che di campo magnetico.

La parte più interessante dello strumento è relativa alle differenti modalità di impiego:

• Safety evaluation: isola i contributi dei singoli operatori e li relaziona automaticamente ai limiti delle normative (stabilendo quindi la % di “occupazione” di campo e.m.)
• Spectrum analysis: per una dettagliata analisi nel dominio della frequenza, generando un grafico degli andamenti spettrali del minimo, medio e massimo del valore di campo presente nell'intervallo temporale in cui la misura è stata fatta
  
  
  
• Level Recorder: per avere immediata visibilità dei livelli minimi e massimi su ciascuna sottobanda (nell’es. di figura nell’intorno largo 20 MHz della frequenza 2,807 GHz)
• Scope mode: modalità opzionale di tipo oscilloscopio, per seguire nel tempo l’intensità di campo di una sottobanda
• Demodulazione UMTS del C-PICH per demodulare il canale pilota e confrontarlo con la misura analogica dell’intero canale UMTS a 5 MHz
  
• Demodulazione LTE dei tre canali comuni: segnali di Sincronismo primario, Sincronismo secondario e Reference signal
  

Come sopra riportato in qualche esempio, le antenne utilizzate comunemente per le misure di impatto e.m. hanno frequenze di taglio superiore di 6-30 GHz.

Oltre, la sonda non è più capace di effettuare misure affidabili, non essendo più valida la legge di proporzionalità fra campo elettrico all’ingresso dell’antenna utilizzata e tensione ai morsetti di uscita, in quanto ogni disegno d’antenna presenta un funzionamento “accordato” solo a certi intervalli di frequenza.

Ciò non deve preoccupare se si è certi dell’assenza di sorgenti di campi e.m. oltre le suddette frequenze di lavoro delle antenne, altrimenti è indispensabile effettuare una verifica nell’intero spettro di frequenze fino a 300 GHz (limite estremo delle microonde) al fine di tener conto anche di tali contributi spettrali nel computo dell’intensità dei campi e.m. (ad es. radar e altre fonti di emisssione).