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Bedienungsanleitung
Version 1.0
HSM-2 Handy-Strahlungs-Messgerät - 2
3 Aufzeichnen von Daten. Dauermessungen
3.2 Betrieb
mit externem Messgerät mit PC-Schnittstelle
1-
Die eingebaute
Antenne erlaubt die Erfassung der elektromagnetischen (EM-) Strahlung durch
Umsetzung der E-Feldkomponente in eine messbare Spannung. Die von der Antenne
gewonnene Spannung zusammen mit einem Adapter erlauben die Bildung einer
abgeleiteten Messspannung, die in einem weiten Frequenzbereich, von
0,4-2,5 GHz, proportional mit der Leistung der EM-Strahlung ist. Das Gerät zeigt maximalle Effektivwerte
der Strahlung an; d.h. Werte die unverändert bleiben, auch wenn der Sender
kurze Sendepausen (im Millisekunden Bereich) macht.
2-
Gehäuse aus
ABS-Kunststoff. Das Gehäuse beeinträchtigt nicht die Messungen mittels der eingebauten Antenne.
3-
Ein/Aus-Schalter
wird benutzt um das Gerät in Betrieb zu setzen; die Ladefunktion ist durch diesen Schalter nicht beeinflussbar.
4-
Die
Stellschraube erlaubt das Setzen eines beliebigen Referenzwertes (Offset) für
die Anzeigewerte. Werksseitig ist der Offset so gesetzt, dass die Anzeige -47 dBm anzeigt, wenn keine
elektromagnetische Strahlung an der Antenne des Gerätes vorliegt. Durch Drehen
der Stellschraube, kann man diesen Referenzwert verschieben. Dieser Wert kann
jederzeit ermittelt werden, wenn das Gerät in einem Faradayschen Käfig gesteckt
wird, z.B. in einem Metalltopf mit einer Metallsieb-Abdeckung.
5-
Die Leuchtdiode leuchtet wenn eine externe Stromversorgung
zwecks Akku-Laden angeschlossen ist. Bei falscher Pollung der externen
Stromversorgung, bleibt die Leuchdiode dunkel und der Akku wird nicht geladen.
Eine Beschädigung des Gerätes ist durch die falsche Pollung nicht zu
befürchten, solange keine Spannungen
größer als 30 VDC benutzt werden.
6-
Der Lade-Anschluss erlaubt das Laden des geräteeigenen Akkus
durch Anschluss einer externen Spannung von 10...30 VDC und ist geeignet für
die Benutzung eines Klinkensteckers mit dem Durchmesser von 3,5 mm. Bei
korrekter Pollung muss das positive Potential an der Spitze des Klinkensteckers
liegen. Der eingebaute Akku hat eine Kapazität vom 300 mAh bei einer
Nennspannung von 4,8 V. Die Ladezeit beträgt ca. 8 Stunden. Die Betriebsdauer
unter Benutzung des eingebauten Akkus beträgt ca. 10 Stunden. Ein Dauerbetrieb
ist gewährleistet, wenn das Ladegerät angeschlossen bleibt über die ganze
Meßzeit.
7-
Die 3-stellige LCD-Anzeige erlaubt die Anzeige der
gemessenen Werte. Die angezeigten Werte A verstehen sich in dBm; A = 10 x
log(Px / 1mW), wobei Px die elektromagnetische Leistung in mW im Messpunkt
darstellt. Der Bereich der Anzeige ist 73 dB und liegt zwischen -47 dBm und +26 dBm bei einer Frequenz von
1,2 GHz der Strahlung. Für genaue Messungen empfiehlt es sich den Messbereich
der HF-Frequenz anzupassen.
8-
Der Datenanschluss erlaubt die Ausgabe einer Gleichspannung
die in mV direkt proportional mit dem gemessenen Wert ist. D.h. die angebotene
Spannung beträgt –12 mV für einen Messwert von –12 dBm. Eine Anzeige ist
möglich mit jedem angeschlossenen Spannungsmessgerät mit einem hcochohmigen
eingang (> 1 Mohm) auf der 0-200 mV Skala. Ebenso möglich ist die Zuleitung
dieser Messspannung an ein PC; für diesen Zweck kann man ein Voltmeter mit
serieller Schnittstelle (RS232) benutzen.
Die
elektromagnetische Strahlung im Hochfrequenz Bereich (HF) ist unsichtbar und
mit den menschlichen Sinnen nicht direkt erfassbar; deshalb kann sie nur mit
speziell dafür entwickelten Messgeräten nachgewiesen oder gemessen werden oder
durch die Effekte auf den menschlichen Körper erahnt werden.
Die Effekte der
HF-Strahlung auf den Menschen sind:
-
Erwärmung des
bestrahlten Gewebes, was in direktem Zusammenhang mit der Intensität der
HF-Strahlung steht
-
Physiologischer
Effekt, insbesondere feststellbar durch Hervorrufen von Veränderungen im
Metabolismus oder induzierten Reaktionen des Gewebes.
Näheres kann man auch
im Internet unter www.impecon.com/schriften/ Artikel „Handy-Strahlung als
Gefahr für die Gesundheit“ erfahren.
Die Definition der
elektromagnetischen Strahlung zieht in Betracht ein materieungebundenes
energetisches Feld das in jedem Punkt in der Umgebung der Strahlungsquelle zwei
miteinander gekoppelte und oszillierende Komponenten aufweist: ein elektrisches
Feld E und ein magnetisches Feld H. Dieses elektromagnetische Feld wird durch sein
Energiegehalt charakterisiert (Leistungsdichte) als:
S[W/m2] = E[V/m] x H[A/m]
Da zwischen den
Feldkomponenten ein festes Verhältnis gibt (Feldwellenwiderstand), kann man S auch so
ausdrucken:
S[W/m2] = E2[V2/m2] / 377[Ohm] = H2[A2/m2]
x 377 [Ohm]
Der Energiegehalt der
elektromagnetischen Strahlung nimmt mit dem Quadrat der Entfernung zur Quelle
ab:
S[W/m2] = P[W] / (4 x p x r2[m2])
wobei P die Sendeleistung der Quelle ist. Um die Werte für die Beurteilung des Energiegehalts der elektromagnetischen Strahlung leichter zu erfassen, trotz Unterschiede im Bereich von Größenordnungen (x10, x100, x1000, ...), hat man die logarithmischen Maße eingeführt. So ist die gemessene Leistung A, ausgedruckt in dBm (deziBel milliWatt) in einem räumlichen Punkt um die Strahlungsquelle wie folgt:
R=50 Ohm
A[dBm] = 10 x log(Px / 1mW)
Dabei ist P gleich
der thermischen Leistung des Stromes verursacht durch eine Idealantenne
platziert im o.a. räumlichen Messpunkt geleitet durch einen 50 Ohm Widerstand R
zum Nullpotential (z.B. Erdung).
Aus der o.a.
Gleichung kann man die Formel für die Berechnung der elektromagnetischen
Leistung in einem Messpunkt ableiten:
P[mW] = 10 A[dBm]/10
Die Messung der
Stromhöhe im 50 Ohm Widerstand, erlaubt also die Ermittlung des Energiegehalts
der elektromagnetischen Strahlung.
Für Umrechnungen dBm
- V/m – A/m verwendet man folgende Formel
A[dBm] = 20 x log E[V/m]/6,8
E[V/m] = 6,8 x 10 A[dBm]/20
H[A/m] = (S[W/m2] / 377)1/2
Der Messbereich des
vorliegenden Messgerätes HSM-2 ist: -47 dBm ...+26 dBm.
Dabei werden automatisch alle größeren oder kleineren Werte als die Bereichsgrenzen, eben durch den entsprechenden Grenzwert angegeben. D.h. +30 dBm wird als + 26dBm , während –100 dBm durch –47 dBm angezeigt.
Die Messungen in unmittelbarer Nähe der Grenzwerte also z.B. zwischen +24 und +26 dBm sowie zwischen –45 und –47 dBm sind mit größeren Fehlern behaftet und haben nur eine orientative Bedeutung. Im Bereich –45 dBm und +24 dBm sind die Messungen sehr genau für die Frequenz 1,2 GHz. Durch die konstruktionsbedingten Kompromisse des Gerätes sind Messungen bei anderen Frequenzen mit geringfügigen Fehlern behaftet. Wenn man die genaue Frequenz der gemessenen elektromagnetischen Strahlung nicht kennt, sind die Messunsicherheiten durch Pauschalbeträge abzugelten; so liegt man auf der sicheren Seite, wenn man zum gemessenen Wert +3dB addiert.
Falls die ungefähre Frequenz der Strahlung bekannt ist, kann man die im nächsten Abschnitt beschriebenen Korrekturfaktoren anwenden um die abgelesene Werte zu korrigieren.
Der untere Wert des Messbereichs kann durch die werksmäßige Kalibrierung von dem o.a. Wert –47 dBm leicht differieren; der genaue, Messgerät bezogene Wert A0 ist im Lieferschein vermerkt.
Alle o.a. Werte im dBm gelten für Messungen ohne Fernanzeigerät; diese Werte liegen bei der Auslieferung des Gerätes vor. Wenn man die Fernanzeige benutzt, muss man den Messbereich um einige dB verschieben. Da in unserer technisierten Umgebung ein relativ hoher elektromagnetischer Strahlungspegel vorliegt (EM-Smog), ist es besser den unteren Messbereich Wert vor den Messungen zu kontrollieren; man stellt dafür das eingeschaltete Gerät in einem leeren Metall-Topf mit einer Siebabdeckung und liest die angezeigten Werte. Mit einem kleinen Schraubenzieher kann man durch Drehen der Stellschraube den Messbereich verschieben. Für genaue Messungen ist es empfehlenswert diese hier beschriebene Überprüfung des Messbereichs vorzunehmen.
Folgende
Tabelle wiedergibt die Korrekturwerte für einige Frequenzen im Bereich 0,1 ...
2,5 GHz.
F [GHz] Delta
[dB]
(0,1 10,0)
0,4
3,5
0,5
1,6
0,6 -0,1
0,7 -1,4
0,8 -1,8
0,9 -1,4
1,0 -1,1
1,2 0
1,3 -0,1
1,4 -0,3
1,5 -0,5
1,6 -0,9
1,7 -0,92
1,8 -0,95
1,9 -1
2,0 -1,12
2,1 -1,2
2,2 -1,3
2,3 -1,4
2,4 -1,45
2,5 -1,5
Der
untere Wert des Messbereichs A0 (normalerweise –47 dBm) muss addiert werden mit
dem Wert in der Spalte Delta. So z.B. für die Messung einer elektromagnetischen
Strahlung mit der Frequenz von 2,4 GHz muss der Wert A0 neu berechet werden als A0neu = A0 + Delta = -47
+ (-1,45) = -48,45 dBm.
Danach
kann man diesen Wert durch Drehen der Stellschraube auf –49,7 einstellen; ebenso gut kann man arbeiten, ohne
Durchführung dieser Anpassung, aber dann muss die Korrektur bei jeder Messung
angerechnet werden.
Der Wert der Spannung
angeboten in mV am Datenanschluss des Gerätes entspricht dem gemessenen Wert im
dBm. Wenn dieser Wert einem PC zugeführt wird, kann man die gemessenen Werte
aufzeichnen und speichern. Der Wert der angebotenen Messspannung ist jederzeit
aktuell und unterliegt nicht einer Auffrischungszeitspanne. In Unterscheid dazu
ist der Wert angezeigt im LCD-Display 3
Mal pro Sekunde aufgefrischt.
Wenn man den
Datenanschluss des Gerätes an einem Voltmeter mit RS232 Schnittstelle
Mittels Datenkabel
verbindet, ergibt sich eine einfache Möglichkeit die gemessenen Daten zu einem
PC zu transportieren und weiter zu verarbeiten. Das in unserem Prospekt
enthaltene Gerät als Fernanzeige mit RS232 Schnittstelle erfüllt diese
Forderung. Das Gerät HSM-2 wird normalerweise betrieben durch den eingebauten
Akku (300 mAh, 4,8 V). Es ist jedoch möglich das Gerät auch mit angeschlossenem
Ladegerät zu betreiben; dies schafft die Voraussetzungen für Dauermessungen.
Es ist nicht so
einfach HF-Messungen zu gestallten. Je mehr Vorbereitungen gemacht werden,
desto besser sind die Ergebnisse. Wenn man externe Leitungen wie Datenkabel
oder Ladekabel an das Gerät HSM-2 anschließt, verändert man wichtige
Radio-Parameter; die Messqualität leidet. Durch geeignete Versuche kann man
jedoch feststellen, dass diese Veränderungen ermittelt werden können und die
abgelesene Werte können dadurch korrigiert werden.
Folgende Tabelle
erlaubt die schnelle Umrechnung der vom HF-Detektor abgelesenen Wert in weitere
gängigen Maßeinheiten. Die Spalten A und E sind auch auf der Frontseite des
Gerätes zu sehen.
A [dBm] |
E [V/m] |
S [W/m2] |
H [A/m] |
+28 |
170,81 |
77,39 |
0,4531 |
+26 |
135,68 |
48,83 |
0,36 |
+24 |
107,8 |
30,81 |
0,286 |
+22 |
85,61 |
19,44 |
0,227 |
+20 |
68 |
12,27 |
0,1804 |
+18 |
54,01 |
7,74 |
0,143 |
+16 |
42,91 |
4,88 |
0,1138 |
+15 |
38,24 |
3,88 |
0,1014 |
+14 |
34,1 |
3,081 |
0,0904 |
+12 |
27,1 |
1,95 |
0,0718 |
+10 |
21,5 |
1,23 |
0,057 |
+8 |
17,1 |
0,774 |
0,0453 |
+6 |
13,57 |
0,488 |
0,036 |
+5 |
12,1 |
0,388 |
0,0321 |
+4 |
10,78 |
0,308 |
0,0286 |
+2 |
8,561 |
0,194 |
0,0227 |
0 |
6,8 |
0,123 |
0,018 |
-2 |
5,4 |
0,0774 |
0,0143 |
-4 |
4,29 |
0,049 |
0,01138 |
-5 |
3,824 |
0,0388 |
0,01014 |
-6 |
3,41 |
0,0308 |
0,00904 |
-8 |
2,71 |
0,01944 |
0,00718 |
-10 |
2,15 |
0,0123 |
0,0057 |
-12 |
1,71 |
0,00774 |
0,00453 |
-14 |
1,357 |
0,00488 |
0,0036 |
-15 |
1,21 |
0,00388 |
0,00321 |
-16 |
1,078 |
0,00308 |
0,00286 |
-18 |
0,856 |
0,00194 |
0,00227 |
-20 |
0,68 |
0,001.2 |
0,001.8 |
-22 |
0,54 |
0,000774 |
0,00143 |
-24 |
0,43 |
0,000.488 |
0,001.14 |
-25 |
0,383 |
0,000.39 |
0,001.016 |
-26 |
0,34 |
0,000.30 |
0,000.90 |
-28 |
0,271 |
0,000.194 |
0,000.718 |
-30 |
0,21 |
0,000.12 |
0,000.57 |
-32 |
0,171 |
0,000.0774 |
0,000.453 |
-34 |
0,13 |
0,000.048 |
0,000.36 |
-35 |
0,121 |
0,000.0388 |
0,000.316 |
-36 |
0,1078 |
0,000.0308 |
0,000.285 |
-38 |
0,085 |
0,000.019 |
0,000.23 |
-40 |
0,068 |
0,000.0123 |
0,000.179 |
-42 |
0,054 |
0,000.00774 |
0,000.1414 |
-44 |
0,043 |
0,000.004.8 |
0,000.11 |
-45 |
0,03824 |
0,000.00388 |
0,000.1015 |
-46 |
0,034 |
0,000.003 |
0,000.09 |
-48 |
0,0271 |
0,000.002 |
0,000.0707 |
-50 |
0,0215 |
0,000.00126 |
0,000.0547 |
-52 |
0,017 |
0,000.000.76 |
0,000.045 |
-54 |
0,013 |
0,000.000.48 |
0,000.036 |
-55 |
0,012 |
0,000.000.38 |
0,000.032 |
-56 |
0,011 |
0,000.000.3 |
0,000.028 |
-58 |
0,008.5 |
0,000.000.19 |
0,000.023 |
-60 |
0,006.8 |
0,000.000.12 |
0,000.018 |
[1] 26-e Verordnung zur Durchführung des
Bundes-Immissionsschutzgesetzes vom 16.12.1996
[2] Artikel „Handy-Strahlung als Gefahr für die
Gesundheit“ in www.impecon.com/schriften.htm
[3] Prospekt Gerät HSM-2 in www.impecon.com/hsm_prospekt2.htm
Es gibt noch keine
gesicherten Kenntnisse über die Grenze der Unschädlichkeit der
elektromagnetischen Strahlung. Die Grenzwerte gültig für die
Hochfrequenzanlagen in Deutschland entsprechen der 26-en Verordnung zur
Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes vom 19.12.1996 (26.BImSchV)und
sind abhängig von der Frequenz wie folgt:
f < 400 MHz -> 27,5 V/m
f = 400 ... 2000 MHz -> 1,375 x (f)1/2 (d.h. für 900 MHz: 41,2 V/m oder 4,5 W/m2
oder +15,7 dBm)
f > 2000 MHz -> 61 V/m
Der Gesetzgeber hat
sich bei der Festlegung der Grenzwerte um leicht nachweisbare Erwärmungseffekte
gehalten. Die physiologischen Effekte im lebenden Körper blieben jedoch
unberücksichtigt. Um sicher zu gehen dass keine schädliche Wirkung bei
Dauerbelastung auftritt, sollte man den Höchstwert -35dBm berücksichtigen. Für
kurze Zeitspannen kann man Belastungen mit bis zu -20 dBm gut vertragen. Dies
kann man dadurch erklären, dass die schädigende Wirkung der hochfrequenten
Strahlung das Produkt der Strahlungsintensität mit der Bestrahlungsdauer ist.
Andere Länder haben deutlich niedrigere Grenzwerte; BUND empfiehlt maximal
0,00045 W/m2 oder 0,412 V/m oder –24,4 dBm.