Mediciones de antenas de telefonía móvil usando medidores Spectran HF

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1 Mediciones de antenas de telefonía móvil usando medidores Spectran HF Dr. Martyn J. Key Ph.D. Radiansa Consulting Radiansa Consulting

2 Índice 1. Radiación electromagnética y límites de exposición Ondas electromagnéticas Los componentes eléctricos y magnéticos El campo próximo y el campo lejano Antenas de telefonía móvil Reflexión y absorción de micro-ondas Normativa vigente y límites de exposición Unidades de medición Medidores Spectran Modelos disponibles Precauciones Pilas y Alimentación Dentro del maletín Montando el instrumento Pantalla del Spectran Teclado del Spectran Modos de Operación Modo límites de exposición Modo Análisis de Espectros Modo Audio Opciones y funciones de la tecla MENU Software de análisis Protocolos de medición Unas definiciones Puntos de medición Procedimiento usando un medidor Spectran Obligación de los operadores Mediciones en una vivienda de Madrid Medición de una antena en Girona Una nota sobre precisión Sistemas de blindaje info@radiansa.com 2

3 1. Radiación electromagnética y límites de exposición 1.1 Ondas electromagnéticas Las antenas de telefonía móvil emiten radiación en forma de ondas electromagnéticas. Una onda electromagnética representa la transferencia de energía a través del espacio. El conjunto de ondas electromagnéticas de todas las frecuencias posibles de llama el espectro electromagnético. El espectro electromagnético Región Sub-región Banda de frecuencias Longitud de onda Radio Microonda Frecuencia Extremadamente Baja 30Hz - 300Hz > 1000 km Frecuencia de Voz 300 Hz - 3 khz > 100 km Muy Baja Frecuencia 3 khz - 30 khz > 10 km Frecuencias Bajas 30 khz khz > 1 km Frecuencias Medias 300 khz - 3 MHz > 100 m Alta Frecuencia 3 MHz - 30 MHz > 10 m Frecuencias Muy Altas 30 MHz MHz > 100 cm Ultra Alta Frecuencia 300 MHz - 3 GHz >10 cm Frecuencia Superaltas 3 GHz - 30 GHz >1 cm Frecuencia Extra Altas 30 GHz GHz >1mm Infa-rojos 300 GHz THz >780 nm Luz visible 384THz THz 780 nm nm Ultravioleta Cercano 789 THz - 1,5 PHz 380 nm nm Extremo 1,5-30 PHz 200 nm - 10 nm Rayos - X > 30 PHz < 10 nm Rayos gamma > 30 EHz < 10 pm La radiación electromagnética emitida por las antenas de las redes de telefonía móvil ocupa la región de microondas del espectro electromagnético. En concreto, las estaciones base usan 3 bandas de frecuencia distintas dentro de la región de microondas para las emisiones de las estaciones base de telefonía móvil: Frecuencias de telefonía móvil usados por las estaciones base Sistema Frecuencias GSM MHz MHz GSM MHz MHz UMTS (3ª) 2110 MHz MHz info@radiansa.com 3

4 1.2 Los componentes eléctricos y magnéticos Una onda electromagnética se compone de dos componentes, el campo eléctrico y el campo magnético, polarizados en un sentido perpendicular a la dirección de propagación: Onda electromagnética 1.3 El campo próximo y el campo lejano El campo de radiación generado por una antena se divide en dos regiones geométricas, el campo próximo, y el campo lejano. El campo próximo se extiende desde la antena hasta una cierta distancia. Fuera del campo próximo, o sea, en el campo lejano, los componentes eléctricos y magnéticos de las ondas electromagnéticas están fuertemente acoplados, y solo necesitamos medir un solo componente para obtener mediciones fiables de la intensidad de radiación. De hecho, la mayoría de equipos de medición están diseñados para su uso en el campo lejano, y por tanto necesitamos saber a que distancia de la antena empieza el campo lejano. Se usan varias expresiones para pronosticar el umbral entre el campo próximo y el campo lejano. Una regla general sencilla y práctica es suponer que el campo lejano empieza a un distancia 3 veces el longitud de onda, es decir R = 3 λ (también se pueden ver valores como 10 x para el limite del campo próximo). Usando esta expresión, obtenemos las siguientes distancias para el campo lejano: Extensión del campo próximo frecuencia Longitud de onda Limite de campo próximo 900 MHz (GSM900) 33 cm 1 metro 1800 MHz (GSM 1800) 17 cm 50 cm 2,1 GHz (UMTS) 14 cm 40 cm Es decir, para medir la intensidad de radiación que proviene de una antena de GSM 900, tenemos que situarnos al menos 1 metro de la antena para asegurar que estamos en el campo lejano y podemos tomar una medición fiable. info@radiansa.com 4

5 1.4 Antenas de telefonía móvil Una antena típica de una estación base telefonía móvil se compone de un o más (habitualmente 3) antenas sectorial : cada antena sectorial concentra sus emisiones hacia el frente y en horizontal, en forma de un haz sensiblemente plano, y abarca un sector entre 60 y 120 grados. Las emisiones son casi inexistentes en el resto de direcciones (atrás, abajo y arriba). antena receptora antena emisora Estación base sectorial con 3 celdas Esquema de radiación de una sola antena emisora sectorial Dado que las varias antenas sectoriales de que se compone la estación base, emiten un haz muy asimétrico, se puede esperar una variación importante en el nivel de la señal según la posición relativa a la estación base, incluso aunque la distancia sea la misma. En el caso de que la antena tenga que servir a pocos usuarios (en zonas rurales por ejemplo), se suele instalar una antena omni-direccional, que se compone de una info@radiansa.com 5

6 antena varilla central (emisora), y dos antenas receptoras a cada lado. Este tipo de antena emite radiación de intensidad casi igual en todas direcciones horizontales. Antena omni-direccional El radio de acción de cada estación base es limitado, dependiendo del número de usuarios y de los obstáculos que las ondas encuentren en su camino. En campo abierto, el alcance del señal de estaciones base puede llegar a varios kilómetros de distancia. Sin embargo, en las ciudades la presencia de los edificios reduce el rango de las emisiones drásticamente. Para mantener la cobertura de la red, además de instalar más estaciones base se suelen instalar una gran cantidad de antenas más pequeñas denominadas antenas micro-celda, a menudo montadas en paredes en la calle y también dentro de edificios. Antena micro-celda ubicada en una fachada Una antena micro-celda ubicada en la sombra de un edificio para extender la cobertura de la red info@radiansa.com 6

7 1.5 Reflexión, absorción y difracción de micro-ondas En teoría, la radiación de alta frecuencia disminuiría según una ley inverso cuadrado, lo que significa que la intensidad de radiación varía inversamente al cuadrado de la distancia de la fuente, o sea que, si aumentamos la distancia de la fuente de radiación 2 veces, la intensidad de radiación se reduce por un factor de 4. Sin embargo, en la práctica, la radiación de alta frecuencia casi nunca disminuye como una sencilla función de la distancia, debido a reflexiones, difusiones y difracciones causadas por las interacciones con edificios, árboles, materiales de construcción etc. Estos efectos pueden dar lugar a gran variabilidad en la intensidad de la radiación encontrada de una parte a otra de la zona de medición. Reflexiones de radiación microonda en un entorno urbano a) b) Absorción (a) y difracción (b) de radiación microonda por edificios 1.6 Normativa vigente y límites de exposición La normativa Española sobre la exposición a la radiación de telefonía móvil (Real Decreto 1066/2001, de 28 de septiembre) por el que se aprueba el Reglamento que establece condiciones de protección del dominio público radioeléctrico, restricciones a las emisiones radioeléctricas y medidas de protección sanitaria frente a emisiones radioeléctricas, se basa en las recomendaciones de la Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (ICNIRP en sus siglas en inglés). Los límites de exposición del ICNIRP están incorporados en las recomendaciones de la Comisión Europea, a través de la Recomendación del Consejo 1999/519/CE, de 12 de julio de 1999, relativa a la exposición del público en general a campos electromagnéticos (0 Hz a 300 GHz). La ICNIRP evalúa los resultados de estudios científicos realizados en todo el mundo. Basándose en un análisis en profundidad de todas las publicaciones científicas, la ICNIRP elabora unas directrices en las que establece límites de exposición info@radiansa.com 7

8 recomendados. Estas directrices se revisan periódicamente y, en caso necesario, se actualizan. Los criterios aplicados por la ICNIRP en su estudio fueron fijados para evaluar la credibilidad de las diversas conclusiones alcanzadas; únicamente se utilizaron como base para las recomendaciones efectos comprobados, es decir, efectos térmicos que resultan en el calentamiento del cuerpo humano por las emisiones de antenas de telefonía móvil. La determinación de los límites de exposición especificados por la normativa se hace estableciendo parámetros mesurables en las instalaciones de telefonía móvil. Un parámetro importante es la "Tasa Específica de Absorción" (TAE, o SAR por sus siglas en inglés) que se relaciona con la energía absorbida por el cuerpo humano. Una TAE de 4 W/kg se considera dentro de los márgenes en los que el organismo humano dispone de mecanismos de autorregulación de la temperatura corporal. Entonces, la normativa establece la relación entre la TAE y una cantidad mesurable, el nivel de densidad de potencia del campo electromagnético, que se mide en W/m 2. Se establece una Tasa de Absorción Específica máxima de 0,08 W/Kg a las frecuencias utilizadas en telefonía móvil, corresponden a unos límites de densidad de potencia de 4,5 W/m 2, 9 W/m 2 y 10 W/m 2, para frecuencias de 900 MHz, 1800 MHz, y 2100 MHz respectivamente (estos límites corresponden a 41 V/m, 58 V/m y 61 V/m en términos de intensidad de campo eléctrico) Orden Ministerial CTE/23/2002, de 11 de enero, por la que se establecen condiciones para la presentación de determinados estudios y certificaciones por operadores de servicios de radiocomunicaciones, desarrolla el decreto 1066/2001. Niveles de referencia ICNIRP, mostrando la dependencia de la frecuencia de los limites de exposición info@radiansa.com 8

9 Sin embargo, varios países han adoptado niveles de referencia más restrictivos que los de las recomendaciones del ICNIRP: Limites de exposición a una frecuencia de 900 MHz (sistemas GSM 900) España (y Alemania, Francia, Reino 4,5 W/m 2 Unido entre otros) limite ICNIRP Canadá 3 W/m 2 Nuevo Zelanda 2 W/m 2 Italia 0,16 W/m 2 Polonia 0,1 W/m 2 Rusia 0,02W/m 2 Además, se pueden encontrar otros limites de exposición establecidos por varias organizaciones, por ejemplo los límites cautelares de Salzburg, que especifican límites de exposiciones (banda amplia) de 10 µw/m 2 (Salzburg2, al aire libre), y 1 µw/m 2 (Salzburg 3, interiores). Sin embargo, la base científica de estas recomendaciones está abierta a debate. 1.7 Unidades de medición Para caracterizar la intensidad de radiación electromagnética, podemos elegir entre varias unidades de medición: Densidad de potencia (S) unidades de W/m 2 (nw/m 2, µw/m 2, mw/m 2 etc) Intensidad de campo eléctrico (E) unidades de V/m Intensidad de campo magnético (H) unidades de A/m Intensidad como porcentaje de limite ICNIRP - equivalente al porcentaje del limite legal en España Las cantidades se relacionan por las siguientes expresiones matemáticas (solo validas en el campo lejano): E = 377 H S = E H S = E Habitualmente, las mediciones medioambientales se hacen en términos de W/m 2 (densidad de potencia) o V/m (intensidad de campo eléctrico). Como ya hemos visto, en el campo lejano no es necesario medir el componente magnético H y el componente eléctrico E por separados para caracterizar el campo de radiación; por convención, las mediciones de intensidad de campo se suelen presentar en unidades de V/m, en vez de A/m. info@radiansa.com 9

10 2. Medidores Spectran La gama de medidores Spectran (fabricante: Aaronia, Alemania), junto con instrumentos de otros fabricantes como Gigahertz Solutions (Alemania), y ROM Elektronic (Alemania) representan una nueva clase de medidor de radiación de alta frecuencia, de precios más accesibles (< 1000 ) que los medidores de fabricantes más establecidos en la industria de telecomunicaciones como PMM, Narda y Holaday (> ). Los instrumentos nuevos han permitido la posibilidad que particulares, ayuntamientos, asociaciones de vecinos, profesionales de prevención, etc, puedan realizar mediciones fiables sobre las exposiciones a la radiación microonda en cualquier sitio a cualquier momento, por un presupuesto económico y sin comprometer la calidad de la información obtenida. 2.1 Modelos disponibles Modelo Rango de frecuencia HF2025E 700 MHz - 2,5 GHz HF MHz - 4 GHz HF MHz - 6 GHz HF MHz - 6 GHz HF MHz - 7 GHz Los modelos a partir del HF4040 disponen de una función para el registro automático de datos, y proporcionan una medición verdadero RMS, que da un poco más precisión a las lecturas obtenidas Precauciones El Spectran HF2025E es un instrumento sensible y se debe manipular y funcionar con cuidado. Nunca exponer el Spectran al agua. Nunca utilizar el instrumento al aire libre mientras que está lloviendo. Evitar el calentamiento excesivo del instrumento. No dejar caer el Spectran o la antena. Utilizar siempre la maleta para el almacenaje y transporte. Unir la antena con cuidado y sin fuerza excesiva; utilizar la llave plástica para unir los conectores. Solamente limpiar el Spectran externamente con un paño húmedo; no utilizar ningún detergente. info@radiansa.com 10

11 2.3 Pilas y Alimentación Es necesario cargar la pila durante 24 horas antes de usar el equipo por primera vez, para ello deberá conectar el Spectran a la corriente utilizando el cargador del equipo como se muestra (con el Spectran apagado). La pila proveerá aproximadamente 4 horas de funcionamiento continuo. El Spectran también puede funcionar conectado a la corriente eléctrica con el cargador. 2.4 Dentro del maletín Posición de entrada de alimentación externa/cargador de batería antena varilla sonda direccional Hyperlog medidor Spectran mango / trípode cargador llave Medidor Spectran y accesorias dentro del maletín de transporte (el cable se ubica en el maletín por debajo de la sonda Hyperlog) info@radiansa.com 11

12 2.5 Montando el instrumento Una el mango a la sonda enroscando cuidadosamente el mango en la parte inferior de la antena. Note que el mango se puede utilizar también como trípode. Usando la llave plástica del equipo, una cuidadosamente el cable de 1m al Spectran; entonces una el otro extremo del cable a la sonda direccional. Use solo la llave plástica ya que protege las conexiones del uso de una fuerza excesiva. El Spectran y la sonda están ahora listos para realizar una medición. Nota que se puede usar la antena varilla para realizar mediciones rápidas de frecuencias, pero no se puede medir la intensidad de radiación con la antena varilla - debe usar la sonda direccional. info@radiansa.com 12

13 2.6 Pantalla del Spectran Gráfico de barras La escala crecerá o disminuirá de acuerdo con la intensidad de la señal; muestra el valor del señal en unidades de dbm (decibelio-millivatios) Cuadro Indicador de función Indica cuando la función HOLD esta activada. Campo de Información Muestra el rango de frecuencia programado (GSM900, GSM 1800, UMTS, etc) Cuadro Indicador de Modo Muestra el modo de operación actual: SPECTRUM - Modo análisis de espectros EXPOS.-LIMITS - Modo límites de exposición AM - Modo audio Campo Principal Muestra el nivel de la señal más fuerte en V/m, dbm, etc (en la foto se muestra el valor del señal en unidades de dbm) Campo de Frecuencias Muestra la frecuencia y nivel de las señales más fuertes (hasta 3 señales) Campo de Gráficos Muestra varias informaciones dependiendo del modo de uso, por ejemplo frecuencia de los espectros, límites de exposición, menú principal, etc. (En la foto a la izquierda se muestra en Modo análisis de espectros ) info@radiansa.com 13

14 2. 7 Teclado del Spectran 1 TECLAS NUMERICAS 5 PUNTO 2 INTERRUPTOR ON/OF 6 SHIFT (CAMBIO) 3 CLEAR (BORRAR) 7 ENTRAR 4 FLECHAS (izquierda/derecha/arriba/abajo) 8 MENU 2.8 Modos de Operación El botón ENTRAR se usa para alternar entre los siguientes modos de operación: 1) Modo análisis de espectros muestra un espectro de frecuencias, y el nivel del señal 2) Modo límites de exposición Para obtener mediciones de la intensidad de señal (V/m, etc) Para obtener mediciones de la densidad de potencia (W/m 2, etc) Para obtener mediciones en términos de porcentaje del limite legal 3) Modo audio transforma la señal electromagnética en sonido audible info@radiansa.com 14

15 2.9 Modo límites de exposición Este modo resulta muy útil porque nos facilita una lectura de la señal en unidades de V/m, y muestra el valor de potencia como un porcentaje del límite legal (o la densidad de potencia en W/m 2 ) simultáneamente. Una nota: para evitar una gran cantidad de ceros en la lectura de densidad de potencia, el Spectran automáticamente pone el valor en la unidad más oportuna microvatios/m 2 (µw/m 2 ), nanovatios/m 2 (nw/m 2 ), etc: Conversión entre unidades de densidad de potencia Cantidad simbolo equivalente a nanovatios por metro cuadrado nw/m 2 0, W/m 2 microvatios por metro cuadrado µw/m 2 0, W/m 2 millvatios por metro cuadrado mw/m 2 0,001 W/m 2 En el siguiente ejemplo mostramos las etapas básicas seguidas para medir la intensidad de radiación dentro de una banda de frecuencias específica (GSM900, GSM1800 o UMTS). 1) Encender el instrumento Presionando el INTERRUPTOR ON 2) Elegir una banda de frecuencias El Spectran ya tiene unas bandas de frecuencia pre-programadas en su memoria, incluyendo las bandas que correspondan a los sistemas de telefonía móvil GSM900, GSM1800 y UMTS. Se selecciona una banda de frecuencias presionando una tecla numérica; las teclas numéricas están programadas con las siguientes bandas: Tecla Banda GHz GHz GHz GHz GHz GHz 7 GSM900 8 GSM UMTS 0 DECT info@radiansa.com 15

16 3) Entrar en modo límites de exposición Presionar ENTRAR hasta que aparezca EXPOS.-LIMITS en el Cuadro Indicador de Modo El Spectran está ahora en Modo límites de exposición. La parte inferior de la pantalla ahora muestra la densidad de potencia de la señal más fuerte (en la foto 25,68 µw/m 2 ); Spectran selecciona la escala automáticamente - los valores se muestran en nw/m 2, µw/m 2, etc. El dígito principal de la pantalla muestra el nivel de la señal en V/m (0.098 V/m en la foto), pero se puede cambiar esta lectura a otra unidades por vía del botón MENU (ver sección 2.12) 4) Medir la radiación como porcentaje del límite legal Para que se muestre en la parte inferior de la pantalla la intensidad de radiación como porcentaje de los límites de exposición del ICNIRP, incorporados en la normativa española, presione la tecla FLECHAS (derecha) y seleccione "ICNIRP"; en la foto se indica un valor de 0,23% del límite. Con el botón flecha izquierda, la pantalla vuelve mostrar la densidad de la señal en W/m 2. 5) Mantener la lectura más alta en la pantalla - función Hold Notará como la pantalla constantemente cambia de acuerdo con la intensidad de la radiación. Habitualmente, según el protocolo de medición, lo interesante es encontrar el punto de intensidad más alta. Para ello, activaremos la función HOLD presionando la tecla PUNTO; las letras HOLD aparecerán en el Cuadro indicador de función. Ahora la pantalla mostrará únicamente el valor más alto, y solo se actualiza cuando la señal supera la lectura existente. Para salir de la función Hold, presione la tecla PUNTO. (La función HOLD esta disponible también en el Modo de Análisis de Espectros). info@radiansa.com 16

17 2.10 Modo Análisis de Espectros - Presionar ENTRAR hasta que el Cuadro Indicador de Modo muestra SPECTRUM En el Modo análisis de espectros, la parte inferior de la pantalla muestra un espectro de las frecuencias detectadas dentro del rango de medición especificado. En la foto se puede ver que estamos midiendo la banda de frecuencias GSM900 y se detectan tres señales (que habitualmente corresponderían a las tres redes Vodafone, Movistar y Orange) Modo Audio El Spectran puede transformar la señal electromagnética en sonido audible de forma que se puede usar esta función para localizar la fuente de la señal. Note que la pantalla se congela en este modo. Se pueden seleccionas varios filtros de frecuencias usando la tecla FLECHAS (arriba/abajo) Opciones y funciones disponibles por vía de la tecla MENU El botón MENU da acceso a muchas opciones; a continuación destacamos las funciones más importantes. Para más información sobre todas las opciones disponibles, ver el manual de usuario. Cambiar las unidades de medición Por defecto, la pantalla muestra en el Campo principal el nivel de la señal más fuerte en V/m (voltios por metro). Se pueden cambiar las unidades de medición a dbm (decibelio-microvatios), A/m (amperios por metro) o dbuv presionando la tecla MENU; y con las teclas arriba/abajo, navegar a "unit", presionar ENTRAR y seleccionar la unidad deseada con la tecla FLECHAS (arriba/abajo). Programar un rango de frecuencias Se puede especificar cualquier rango de frecuencias dentro del rango del instrumento para realizar las mediciones; tan solo hay que especificar una frecuencia mínima, y una frecuencia máxima. Por ejemplo, con los modelos HF4040 y superiores, se puede medir la radiación generada por antenas de televisión. En este caso, hay que especificar las frecuencias mínimas y máximas info@radiansa.com 17

18 como 460 MHz y 870 MHz respectivamente (la banda de frecuencias que corresponde a los canales de 21 a 69 de la banda UHF). Para programar un rango de frecuencias, presione MENU, y use la tecla FLECHAS (arriba/abajo) para navegar a flow y entonces presione ENTRAR. Ahora entre la frecuencia más baja del rango deseado (en MHz); presione ENTRAR. Seguidamente seleccione fhigh, presione ENTRAR y entre la frecuencia más alta del rango deseado, presione ENTRAR. Ahora aparecerá en la pantalla RBW (filtro de ancho de banda) este es por defecto 3MHz (adecuado para telefonía móvil). Presione ENTRAR para confirmar o navegue con la tecla FLECHAS (arriba/abajo) para seleccionar un filtro alternativo. Ahora se puede realizar mediciones con la nueva configuración (presione MENU para salir), o se puede guardar esta configuración en la memoria del equipo y usarla posteriormente por vía de una de las teclas numéricas: - sin presionar MENU para salir, navegue a "Setup" - presione ENTRAR; se subraya la opción "Store"; presione ENTRAR - con las teclas numéricas, entre 104 (por ejemplo - ver debajo) - presione ENTRAR - presione MENU para salir - la tecla numérica 4 ya esta programada para la configuración nueva. Puedes programar otras configuraciones usando el mismo procedimiento; dentro de la opción "Store", entre 10*, donde * es el numero de la tecla en donde quiere acceder la configuración (es aconsejable solo usar las teclas 1-6, dado que la teclas 7,8 y 9 ya están programadas para las antenas de telefonía móvil.) Gravar datos de medición Con los Spectran a partir de modelo HF4040, se pueden registrar los valores de las mediciones en la memoria del equipo para su análisis posterior con un PC (usando el software de análisis LS*). Por ejemplo, se puede especificar que el medidor grave una lectura cada minuto (o lo que se desee) al largo de 24 horas para evaluar la variedad diaria en el nivel de radiación. - Para iniciar una grabación, presione MENU - navegue hasta logger con la tecla FLECHAS (arriba/abajo) - en el parte superior de la pantalla aparece Counts - entre el numero de lecturas deseadas (en nuestro ejemplo, ponemos una lectura cada 5 minutos a largo de 24 horas) - presione ENTRAR. Ahora aparece Time en la pantalla; entra el tiempo entre cada lectura en segundos (en nuestro ejemplo, entramos 60 segundos) - presione ENTRAR. Ahora aparece FILEId en la pantalla; entre un numero identificativo para el fichero de datos (se debe entrar un numero entre ) - presione ENTRAR; presione MENU para empezar la grabación. info@radiansa.com 18

19 Para descargar los datos a un PC, hay que tener el software LCS instalado en el PC: Conectar el Spectran al PC con un cable USB y encender el Spectran. En la barra de herramientas del software, seleccione la opción Extras y navegue a Filemanager. El fichero de datos gravados se encuentra en el panel a la izquierda en la sección Persönlich Software de análisis Para análisis adicional, esta disponible un paquete de software que amplia las funciones. Para más información, ver el manual de usuario del software. Captura de pantalla del software de análisis LCS El software LCS proporciona una función muy útil, que permite medir la intensidad de radiación como un valor promedio obtenido al largo de un periodo de medición especificado por el usuario (6 minutos, por ejemplo). info@radiansa.com 19

20 3. Protocolos de medición Se pueden realizar mediciones sobre las emisiones de las antenas de telefonía móvil usando varios métodos distintos, y antes de empezar con las mediciones, tenemos que concretar un protocolo de medición. En primer lugar, hay que saber porque se necesitan realizar las mediciones, por ejemplo: - para comprobar el cumplimento de la antena con la normativa - para aplicar el principio cautelar y minimizar las exposiciones al público - para responder a la ansiedad pública - para medir la radiación que proviene de una antena especifica - etc 3.1 Unas definiciones Mediciones de banda amplia Los medidores de banda amplia miden la intensidad de radiación en todas las frecuencias dentro del rango de medición del medidor simultáneamente Mediciones espectroscópicas Los medidores espectroscópicos analizan la distribución de frecuencias de la radiación detectada, lo que permite tomar lecturas dentro de un rango de frecuencias especificada por el usuario, y realizar operaciones matemáticas usando funciones con dependencia de frecuencia, como comparar las lecturas con los límites de exposición, por ejemplo. Mediciones isotrópica Los medidores isotrópicos (o más bien, sondas isotrópicas) detectan y miden la radiación que proviene de todas la direcciones en el espacio simultáneamente Mediciones direccionales Los medidores direccionales(o más bien, sondas direccionales) detectan y miden la radiación que proviene de sólo una dirección, normalmente especificada por la orientación de la sonda. 3.2 Puntos de medición Antes de tomar mediciones, hay que identificar los puntos de mediciones más interesantes, sobretodo en una zona extensa; de esta forma podemos reducir el tiempo necesario para el estudio, y tomamos mediciones más representativas a las exposiciones experimentadas en la zona de medición. info@radiansa.com 20

21 Zonas públicas próximas a una antena Hay que identificar las zonas en las que puedan permanecer habitualmente personas, próximas a la estación base, particularmente en la dirección de máxima radiación de las antenas emisoras. Hay que tener en cuenta la presencia de edificios u otros obstáculos, estimando de que manera su presencia puede afectar a la medida (fundamentalmente en reflexiones) Otros factores relevantes como la presencia de espacios considerados sensibles (guarderías, centros de educación infantil, primaria, centros de enseñanza obligatoria, centros de salud, hospitales, parques públicos y residencias o centros geriátricos) en lugares próximos a las estaciones radioeléctricas. Viviendas particulares y lugares de trabajo En las viviendas, lo que nos interesa más son los niveles en los espacios donde las personas pasan la mayor parte de su tiempo (los espacios vitales), por ejemplo en el salón, los dormitorios, etc, porque los niveles de referencia están establecidos para exposiciones permanentes y no para exposiciones de corta duración. De esta forma, conseguimos una idea mejorada de las exposiciones experimentadas en la vivienda en cuestión. De la misma manera, lo que nos interesa más en lugares de trabajo son los niveles encontradas en los puestos de trabajo, etc. Fluctuaciones diarias Además de variar en el espacio, la intensidad de la radiación emitida por las estaciones base de telefonía móvil también aumenta y reduce de forma importante al largo del día, según la cantidad de usuarios del sistema. Equipos con la posibilidad de almacenar datos durante un periodo de medición sirven para caracterizar las fluctuaciones diarias en intensidad de radiación. También se pueden tomar mediciones a varios horas por el día para observar como nivel de radiación varia al largo el día. 3.3 Procedimiento recomendado usando un medidor Spectran Debido a la gran variabilidad en la intensidad de radiación en muchas zonas de medición, lo que nos interesa es identificar los puntos de máxima intensidad (los denominados puntos calientes ) para tomar las mediciones de intensidad de campo. Habitualmente las emisiones GSM900 y GSM1800 provienen de las mismas instalaciones, y las antenas UMTS (3ª generación) a menudo también se sitúan en el mismo sitio de las GSM, pero dado que el rango de las antenas UMTS es menor, las redes de 3ª generación necesitan más antenas para asegurar cobertura. Así info@radiansa.com 21

22 pues, mientras que se suelen encontrar los niveles más altos para las frecuencias GSM900 y 1800 en el mismo punto de medición, se puede encontrar la señal más alta para UMTS en un punto distinto. Por esta razón, hay que repetir las etapas describitas a continuación para cada uno de las tres bandas de frecuencias. Encender el equipo, elegir una banda de frecuencias, y activar el modo de exposición. Un paso rápido por la zona de interés sirve para identificar la localización aproximada de los puntos calientes. Con relación a mediciones dentro de los edificios, a menudo se encuentra niveles más elevadas en las esquinas de las habitaciones; además hay que tener en cuenta que las ventanas transmiten más radiación que las paredes Mantener la sonda con el brazo extendido, para minimizar la interacción del cuerpo con el campo de radiación Despacio girar la sonda en cada punto para buscar la orientación de la señal más alta En caso que se pueda ver una antena en línea de visión, es muy probable que la señal más alta la encuentre apuntando a la misma con la sonda Buscar los puntos calientes a alturas de 1,00 y 1,70 del suelo Una vez que se han identificado los puntos calientes dentro de la zona de interés, activar la función HOLD (presionando la tecla PUNTO) Un minuto es suficiente para registrar una lectura representativa del nivel de radiación máxima existente en la hora de medición - pero como ya hemos comentado, el nivel pueden bajar o subir al largo del día Registrar la lectura de interés (W/m 2, V/m); cuando el valor más alto se mantiene en la pantalla, se puede convertir la lectura de densidad de potencia a un porcentaje de los límites de exposición vigente en España (ICNIRP) Podría ser de utilidad, depende de la aplicación de las medidas una vez tomada y en caso posible, registrar otros datos de interés, como: - hora de medición - distancia de la antena - acimut de la antena - elevación de la antena info@radiansa.com 22

23 3.4 Obligación de los operadores: certificación anual de las antenas Según la Orden Ministerial CTE/23/2002 del 11 de septiembre es obligatorio certificar anualmente las fuentes de emisiones radioeléctricas (emisores de radio AM/FM, repetidores de TV, estaciones base de telefonía móvil, etc.) Las mediciones se han de realizar por un técnico competente con visado del Colegio de Ingenieros de Telecomunicación, según el protocolo establecido por la misma Orden Ministerial. La Orden CTE /23/2002 (Anexo IV Procedimiento para la realización de medidas de niveles de emisión) especifica tres fases de medición: Fase 1 de medida (vista rápida del ambiente radioeléctrico) se utilizarán equipos de medida de banda ancha con sondas isotrópicas que permiten caracterizar ambientes radioeléctricos de forma rápida, aunque no ofrecen información acerca de cada componente espectral. Recorrer con la sonda el entorno de la estación accesible al público, tomando medidas instantáneas con el fin de identificar los puntos de máxima de exposición. Una vez identificados los puntos de máxima exposición, se realizará la medida. Los resultados obtenidos en el proceso de medida deberán compararse con los denominados «niveles de decisión», que 50% de los niveles de referencia señalados en el Real Decreto 1066/2001 (intensidad de campo). En el caso de que los niveles obtenidos no superen los niveles de decisión para cualquier banda de frecuencia, no es necesario realizar mediciones adicionales en fases posteriores. Fase 2 de medida En esta fase se deben utilizar analizadores de espectro o receptores de banda ancha selectivos en frecuencia. La fase 2 de medidas se circunscribirá a la realización de medidas en la banda de frecuencias comprendida entre 9 khz y 3 GHz. Las medidas, siempre que sea posible, se realizarán en el campo lejano. El técnico observará en tiempo real la variación de cada componente espectral en función de la orientación de la antena. Una vez obtenido el nivel de cada componente espectral, se deberá calcular la magnitud adecuada para su comparación con los límites de exposición del anexo II Reglamento aprobado por el Real Decreto 1066/2001, de 28 de septiembre. Fase 3 de medida En el caso que no sea posible la realización de las medidas en el campo lejano, se procederá a la realización de estas medidas, con un análisis más exhaustivo de las emisiones, con la utilización del equipamiento de medida apropiado para cada caso y se realizarán mediciones de las magnitudes necesarias a fin de que pueda documentarse técnicamente cada una de las fuentes emisoras. En un sentido práctico, en casi todos los casos, el protocolo implica que solo se realiza el fase 1; las mediciones enseñan niveles de radiación muy por debajo del límite legal para cualquier banda de frecuencias. Por lo tanto, para que los operadores puedan cumplir sus obligaciones, tan solo se necesita realizar una medición con un equipo de banda amplia para demostrar que el nivel de radiación electromagnética en el lugar de medición está por debajo de los límites legales (o info@radiansa.com 23

24 más bien, el nivel de decisión, siendo 50% de la intensidad de campo máxima permisible) sin especificar ninguna frecuencia en concreta. Así pues, el uso de medidores de banda amplia y isotrópico proporciona una manera muy eficaz y rápida para comprobar el cumplimento de las limites legales. Sin embargo, la información adicional que nos proporcionan las mediciones direccionales y espectroscópicas es útil. Por ejemplo, las mediciones espectroscópicas nos facilitan una comparación directa entre las lecturas y los límites legales especificados para cada banda de frecuencias; recuerde que los límites de exposición (y por supuesto los posibles efectos en la saludo humana) depende de la frecuencia de la radiación. Así pues, tomando una lectura sencilla de intensidad de banda amplia, mientras que es una forma rápida para comprobar el cumplimento de la ley vigente, perderíamos información importante desde la punta de vista de protección radiológica. Además, las mediciones direccionales nos permiten tomar mediciones de antenas especificas - podemos orientar la sonda a la antena. 3.5 Mediciones en una vivienda de Madrid Siguiendo el protocolo del Orden CTE /23/2002, se hizo una medición en cada habitación de la vivienda usando un equipo de banda amplia e isotrópico (medidor PMM sonda PMM EP330). Las mediciones obtenidas por un ingeniero de telecomunicaciones fueron las siguientes: Intensidad de campo isotrópica de banda amplia (PMM8053) Lugar de medición Intensidad de campo total Sala de estar 0,48 V/m Dormitorio principal 0,44 V/m Habitación niño 0,50 V/m Usando un el Spectran HF2025E + sonda 7025 y siguiendo el protocolo sugerido anteriormente, las mediciones obtenidas por un particular en las mismas habitaciones fueron las siguientes: Intensidad de campo por banda de frecuencia (Spectran HF2025E) Lugar de medición Intensidad de campo GSM900 GSM1800 UMTS Suma Sala de estar 0,184 V/m 0,164 V/m 0,049 V/m 0,40 V/m Dormitorio principal 0,130 V/m 0,184 V/m 0,049 V/m 0,36 V/m Habitación niño 0,130 V/m 0,207 V/m 0,049 V/m 0,39 V/m Porque la suma de las mediciones obtenidas con el Spectran son de aproximadamente a 80% de los valores obtenidos por el equipo PMM? info@radiansa.com 24

25 - usando el medidor PMM 8053, se mide el valor de campo a todas las frecuencias en su rango de medición (de 100 khz a 3 GHz) simultáneamente, es decir que los valores incluyen contribuciones de las antenas de TV, antenas de radio, y otros sistemas de telecomunicación, además de todos los sistemas de telefonía móvil (GSM900, GSM1800, UMTS) de todos los operadores. - usando la sonda isotrópica PMM EP330, se mide la radiación que proviene de todas las direcciones simultáneamente. - las fluctuaciones diarias significan que tendríamos que tomar las 2 series de mediciones a la misma hora del día para realizar una comparación directa. 3.6 Medición de una antena en Girona Las mediciones detalladas a continuación se relacionan a una antena ubicada en el techo de las oficinas de Telefónica en Girona. Antena Sonda (Spectran) Ubicación de la antena con respecto a la vivienda Podemos ver que la antena es un tipo sectorial, es decir que las emisiones pueden variar de forma importante según el acimut de la posición de medición (el acimut especifica la posición de la medición; un acimut de 90º significa una posición directamente al este de la antena, 180º directamente al sur, etc). info@radiansa.com 25

26 En la página web del Servicio Información Instalaciones Radioeléctricas y Niveles Exposición del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio disponible a se pueden encontrar los datos de las mediciones realizados por las certificaciones anuales requeridas para el cumplimiento del Decreto 1066/2001, incluyendo niveles de exposición en el entorno de la antena, datos sobre el operador y la frecuencia de la radiación emitida, para todas las antenas con potencias de transmisión por encima de 10 W. Los datos presentados por el operador para la antena en cuestión se detallan a continuación: La características técnicas proporcionadas nos informan que la estación base emite en las tres bandas GSM900, GSM1800 y UMTS. Aunque no se presentan datos sobre el equipo utilizado para el estudio, podemos suponer que se trata de un equipo de banda amplia e isotrópica. info@radiansa.com 26

27 Nota que los datos no incluyen ninguna información sobre el ángulo de elevación de la antena desde la posición de medición, pero en la mayoría de casos, las mediciones se hacen al nivel del suelo. Sin embargo, como ya hemos visto, el nivel de radiación varia como función del ángulo de elevación entre la antena y el punto de medición, y una medición al nivel del suelo no necesariamente permite una estimación del nivel de exposición en un piso. Además, el informe no nos proporciona información sobre la hora de las mediciones. Las mediciones que se detallan a continuación fueron tomadas usando un equipo Spectran HF sonda direccional en una vivienda cercana (200 m) a la antena, a la misma altura de la antena: Densidad de potencia por frecuencia (Spectran HF4040) Acimut: 85º Distancia: 200 m Angulo de elevación: 0º (medición al nivel de la antena) Hora de medición: 13:30-13:45 Banda Valor medido (µw/cm 2 ) GSM900 0,004 GSM1800 0,009 UMTS 0,003 TOTAL 0,016 La suma de las contribuciones de las tres bandas de frecuencia es de 0,016 µw/cm 2 (equivalente 160 µw/m 2 ). Debido a las reflexiones y otros efectos ya mencionados, no podríamos calcular este valor usando los datos proporcionados por el operador en su estudio. 3.7 Una nota sobre precisión La precisión de un instrumento nos indica el nivel de certidumbre que podemos dar a una lectura. Por ejemplo, si un equipo de medición (de cualquier cantidad) tiene una precisión de ±10%, y tenemos una lectura de 20 unidades, sabemos que el valor de la cantidad medida estará dentro de la región 1,8-2,2 unidades, etc. Sin embargo, por convención, con instrumentos usados para medir campos de potencia (como luz, sonido, ondas electromagnéticas de alta frecuencia, etc) la precisión se suele especificar en términos de decibelios (db). De esta forma, es más fácil sumar las diferentes fuentes de incertidumbre (linealidad, respuesta de frecuencia, desviación isotrópica etc) que pueden influir en la precisión del instrumento. Además, los valores de precisión en decibelios son más manejables dado el gran rango de medición que estos instrumentos deben tener por necesidad (porque los campos medidos varían por muchas décadas de multiplicación) y por eso, el relativamente alto porcentaje de error. info@radiansa.com 27

28 El Spectran HF2025E tiene una precisión nómina de ±4 db (±60%), mientras que los modelos superiores (HF4040+) tienen una precisión nómina de ±3 db (±50%). Para hacer una comparación con otros equipos, el medidor PMM 8530A + sonda EP330 tiene una precisión nómina de ±1,6 db (± 30%), y el Narda EMR-20 tiene una precisión nomina de ± 3dB (±50%) para campos por debajo de 1,25 V/m. Cuanta precisión necesitamos para evaluar la exposición del público? Con respeto a la radiación emitida por las antenas de telefonía, es posible de que el nivel de radiación se pueda oscilar 10, 100 veces o más en una sola habitación, dependiendo de la posición de medición (por eso buscamos los puntos calientes en una zona de medición). Además, el nivel de radiación puede variar hasta 3 veces o más en un periodo de 24 horas. Bajo estas condiciones, en términos de protección radiológica, y además debido a la controversia sobre los posibles efectos no-térmicos relacionados con las exposiciones de baja intensidad, lecturas con una precisión de un orden de magnitud nos servirían bastante bien para caracterizar las exposiciones recibidas por el público. 3.8 Sistemas de blindaje Se puede reducir las exposiciones a las antenas de telefonía móvil en caso necesario. Es bastante fácil instalar un sistema de blindaje en pisos, edificios, etc se usan pinturas conductivas (que contienen partículas de carbono) aplicadas en las paredes, y se instalan visillos de tela conductiva en las ventanas. Pero es más complicado reducir el nivel de radiación en los espacios abiertos. info@radiansa.com 28