Mediciones de antenas de telefonía móvil usando medidores

Mediciones de antenas de
telefonía móvil
usando medidores
Spectran HF
Dr. Martyn J. Key Ph.D.
Radiansa Consulting
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Índice
1. Radiación electromagnética y límites de exposición..............
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1.1 Ondas electromagnéticas......................................
1.2 Los componentes eléctricos y magnéticos................
1.3 El campo próximo y el campo lejano......................
1.4 Antenas de telefonía móvil.....................................
1.5 Reflexión y absorción de micro-ondas.....................
1.6 Normativa vigente y límites de exposición...............
1.7 Unidades de medición...........................................
3
4
4
5
7
7
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2. Medidores Spectran...........................................................
10
2.1 Modelos disponibles..............................................
2.2. Precauciones.......................................................
2.3 Pilas y Alimentación..............................................
2.4 Dentro del maletín.................................................
2.5 Montando el instrumento.......................................
2.6 Pantalla del Spectran.............................................
2.7 Teclado del Spectran.............................................
2.8 Modos de Operación............................................
2.9 Modo límites de exposición....................................
2.10 Modo Análisis de Espectros..................................
2.11 Modo Audio.......................................................
2.12 Opciones y funciones de la tecla “MENU”............
2.13 Software de análisis.............................................
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3. Protocolos de medición...................................................... 20
3.1 Unas definiciones..................................................
3.2 Puntos de medición...............................................
3.3 Procedimiento usando un medidor Spectran............
3.4 Obligación de los operadores................................
3.5 Mediciones en una vivienda de Madrid...................
3.6 Medición de una antena en Girona........................
3.7 Una nota sobre precisión.......................................
3.8 Sistemas de blindaje..............................................
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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
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 - 300 kHz
> 1 km
Frecuencias Medias
300 kHz - 3 MHz
> 100 m
Alta Frecuencia
3 MHz - 30 MHz
> 10 m
Frecuencias Muy Altas
30 MHz - 300 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 - 300 GHz
>1mm
Infa-rojos
300 GHz - 384 THz
>780 nm
Luz visible
384THz - 789 THz
780 nm - 380 nm
Cercano
789 THz - 1,5 PHz
380 nm - 200 nm
Extremo
1,5 - 30 PHz
200 nm - 10 nm
Rayos - X
> 30 PHz
< 10 nm
Rayos gamma
> 30 EHz
< 10 pm
Radio
Microonda
Ultravioleta
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
GSM900
GSM1800
UMTS (3ª)
Frecuencias
925 MHz - 960 MHz
1805 MHz - 1880 MHz
2110 MHz - 2170 MHz
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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
900 MHz (GSM900)
1800 MHz (GSM 1800)
2,1 GHz (UMTS)
33 cm
17 cm
14 cm
Limite de campo
próximo
1 metro
50 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.
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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
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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
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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
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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/m2. 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/m2, 9 W/m2 y 10 W/m2, 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
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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/m2
Unido entre otros) – limite ICNIRP
Canadá
3 W/m2
Nuevo Zelanda
2 W/m2
Italia
0,16 W/m2
Polonia
0,1 W/m2
Rusia
0,02W/m2
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/m2 (Salzburg2, al aire libre), y 1
µW/m2 (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/m2 (nW/m2, µW/m2, mW/m2 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 = E2 ÷ 377
Habitualmente, las mediciones medioambientales se hacen en términos de W/m2
(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.
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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 (> 10000 ). 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
HF2025E
HF4040
HF4060
HF6060
HF6080
Rango de frecuencia
700 MHz - 2,5 GHz
10 MHz - 4 GHz
10 MHz - 6 GHz
1 MHz - 6 GHz
1 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.
2.2. 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.
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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.
Posición de entrada de alimentación externa/cargador de batería
2.4 Dentro del maletín
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)
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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.
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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”)
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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/m2, etc)
Para obtener mediciones en términos de porcentaje del limite legal
3) Modo audio
transforma la señal electromagnética en sonido audible
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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/m2) 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/m2 (µW/m2), nanovatios/m2 (nW/m2), etc:
Conversión entre unidades de densidad de potencia
Cantidad
simbolo
equivalente a
nanovatios por metro cuadrado
microvatios por metro cuadrado
millvatios por metro cuadrado
nW/m2
µW/m2
mW/m2
0,000000001 W/m2
0,000001 W/m2
0,001 W/m2
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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Banda
0 - 1 GHz
1 - 2 GHz
2 - 3 GHz
3 - 4 GHz
4 - 5 GHz
5 - 6 GHz
GSM900
GSM1800
UMTS
DECT
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3) Entrar en “modo límites de exposición”
Presionar ENTRAR hasta que aparezca “EXPOS.-LIMITS”
Indicador de Modo
en el Cuadro
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/m2);
Spectran selecciona la escala automáticamente - los valores
se muestran en nW/m2, µW/m2, 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/m2.
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).
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2.10 Modo Análisis de Espectros
- Presionar ENTRAR
“SPECTRUM”
hasta que el Cuadro Indicador de Modo muestra
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).
2.11 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).
2.12 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
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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 1440 - 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 1000 - 9999)
- presione ENTRAR; presione MENU para empezar la grabación.
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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”.
2.13 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).
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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.
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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
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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/m2, 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
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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
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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 8053 + 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
Sala de estar
Dormitorio principal
Habitación niño
Intensidad de campo total
0,48 V/m
0,44 V/m
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
Sala de estar
Dormitorio principal
Habitación niño
GSM900
0,184 V/m
0,130 V/m
0,130 V/m
Intensidad de campo
GSM1800
UMTS
0,164 V/m
0,049 V/m
0,184 V/m
0,049 V/m
0,207 V/m
0,049 V/m
Suma
0,40 V/m
0,36 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?
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- 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).
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En la página web del Servicio Información Instalaciones Radioeléctricas y Niveles
Exposición del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio disponible a
http://www.mityc.es/nivelesexposicion, 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.
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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 HF4040 + 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
GSM900
GSM1800
UMTS
TOTAL
Valor medido (µW/cm2)
0,004
0,009
0,003
0,016
La suma de las contribuciones de las tres bandas de frecuencia es de 0,016 µW/cm2
(equivalente 160 µW/m2). 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.
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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.
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