BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 1 av 17 Copyright Clas Tegenfeldt BEMI DOC

Transkript

1 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 1 av 17 Törnevalla BEMI# KARTLÄGGANDE MÄTNING AV RADIOFREKVENT STRÅLNING INOM SÖDERTÄLJE KOMMUN - UPPFÖLJNING TILL TIDIGARE MÄTNINGAR ÅR Kartläggningens resultat utgörs av färglagda kartor samt textbaserade datafiler som kan importeras till GIS, kalkylprogram eller dylikt. Sändare såsom FM, NMT450, etc. har i stora drag inte förändrats annat än marginellt. Exponering från TV har ändrats något eftersom digitaltevesändare tagits i bruk. Mobiltelefonin i form av GSM900 och GSM1800 har inte ändrats än marginellt, vissa sändare har justerats, några sändare har tillkommit i samband med att 3G operatörer byggt nya master som givetvis även kan bära GSM antenner. Skillnaderna i stort för kommunen mellan år 2003 och 2006 är främst lokala ökningar i närhet av nya 3G basstationer. Redan år 2003 hade kommunen ett antal 3G sändare igång och mobilnätet mognar nu med något tätare basstationsplaceringar. Toppvärdet på exponering ökar inte nämnvärt men däremot ökar antalet platser som har hög exponering. Orörda områden har nu i hög grad reducerats eftersom nya master exponerar de flesta av de luckor som förut fanns. Det bör observeras att 3G nätet ännu idag är i stort sett outnyttjat, det går på tomgång och exponeringen domineras av den s.k. pilottonen. Om 3G nätet skulle utnyttjas till bristningsgränsen ökar såväl telefoner som basstationer sin uteffekt för att överrösta övriga ( de skriker i munnen på varandra ), detta kan ge en flerfaldigt högre exponering än dagens. Även om DECT (digitala trådlösa telefoner) inte kan fångas upp effektivt annat än på relativt korta avstånd (hundratalet meter eller kortare) så är det helt klart ur mätningarna att användningen av DECT telefoner har ökat markant mellan 2003 och Även antalet trådlösa datornätverk (WLAN) verkar ha ökat, men det går inte att utlösa hur mycket. Såväl DECT som WLAN är lokala exponeringar som i stort berör ett fåtal personer runt varje DECT/WLAN, därmed är det totala antalet DECT//WLAN av största betydelse för hur stor betydelse denna exponering har i samhället jämfört med mer generellt täckande exponering från mobiltelefoni. I stort kan sägas att mobiltelefoni dominerar exponeringen av befolkningen, först därefter kommer strålning från radio, teve och övriga sändare. Författat av: Clas Tegenfeldt, tegen@bemi.se BEMI BÄTTRE ELMILJÖ

2 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 2 av 17 INLEDNING Det finns många frågor och mycken oro vad gäller exponering för fält/strålning. De senaste åren har debatten koncentrerat sig på GSM och 3G basstationer (master, sändare), inte för att problem med kraftledningar eller bildskärmar försvunnit utan eftersom mobiltelefonutbyggnaden är så intensiv och berör så många personer (hela befolkningen). Fokus i debatten från elöverkänsliga ligger snarare på basstationer än själva telefonerna av det enkla skälet att använda mobiltelefonen är ett personligt val medan exponering från en mast placerad intill bostaden är ofrivilligt och svårt eller omöjligt att undvika. För att få ett bättre underlag för beslut och diskussioner så är mätningar av den verkliga miljön kompletterad med beräkningar/simuleringar av olika framtidsscenarion extremt värdefulla. För att erhålla nödvändig information är spektralanalys nödvändigt. För att få information över stora områden i kartläggande syfte krävs automatisk mätning över vägnätet. För att få lättillgängliga mätresultat måste mätdata presenteras på kartor eftersom datamängderna blir oöverskådligt omfattande. Mätinstrumenten måste vara tillräckligt känsliga för att fånga upp en FM/TV sändare på 10 mils avstånd eller en GSM basstation på 2-3 mils avstånd. Så kallade bredbandiga isotropiska fältstyrkemätare och dylika mätinstrument är undermåliga för ändamålet och kan ej användas för att erhålla nödvändig information. Med kartläggande vägmätning medelst spektrumanalysator och geografiska informationssystem kan man få svar på de frågor som kan tänkas dyka upp i debatten eller kommunens planeringsarbete. Frågor om lågstrålande zoner, om förändringar av radiofrekvent exponering genom åren eller framtida förändringar av en mast i ett bygglovsärende går att utvärdera. Kombination av mätdata och simulerade vågutbredningsfall kan ge svar på konsekvenser av olika placeringar av master/sändare. Mätdata kan ligga som epidemiologiskt underlag för forskning på folkhälsoområdet. Mätdata kan jämföras med uppgifter från operatörer av olika verksamheter i kontrollsyfte för att tillse att avtal följs. OM BEMI BEMI Bättre Elmiljö utvecklar mätinstrument, mätteknik och metoder inom området och har en unik kombination av kompetens inom såväl elektronikkonstruktion, programmering, forskningsmetodik, EMC, radioteknikkunnande såväl som praktisk erfarenhet av såväl FM sändare, mastbyggnation, radiolänkar, olika militära radiosändare men framförallt från kontakt med tusentals elöverkänsliga personer. BEMI har arbetat uteslutande med fält/strålning, närmiljön runt personer och dess hälsoeffekter sedan BEMI har deltagit och hjälpt till att utföra ett flertal olika forskningsprojekt inom området. Clas Tegenfeldt är civilingenjör i Teknisk Fysik och Elektroteknik (Y), har utvecklat och felsökt elektronik alltsedan 1970-talet, har byggt master, installerat, testat och felsökt diverse radiosändare från 70 MHz upp till 4,5 GHz med sändareffekter från någon watt ända upp till watt. Radiosändarna omfattar såväl rundradio, dataöverföring, telefoni såväl som radiolänkar av olika slag. Tegenfeldt har utvecklat diverse mätinstrument för elektriska och magnetiska fält från statiska fält ända upp i mikrovågor. Tegenfeldt har arbetat som doktorand på Linköpings Tekniska Högskola åren med medicinsk bildbehandling och visualisering av cancertumörer. Tegenfeldt har varit involverad som konsult i olika forskningsprojekt om elöverkänslighet, bland annat på Yrkesmedicin i Linköping. BESKRIVNING AV MÄTMETOD FÖR KARTLÄGGNING AV RADIOFREKVENT STRÅLNING Mätmetoden som beskrivs i detta dokument har utvecklats främst under åren 1999 till 2006 av Clas Tegenfeldt, BEMI Bättre Elmiljö. Mätmetoden används för att simultant mäta radiofrekvent strålning på multipla frekvenser fördelat över stora geografiska områden. Dessa mätningar är av kartläggande natur och kan med fördel presenteras överlagrat på kartor. BEMI har utvecklat egna programvaror såväl för mätvärdesinsamling såsom presentation av resultat på kartor. BEMI:s programsystem kan även exportera mätdata för import i de befintliga GIS-system som är vanliga på bl.a. kommuner idag. Dokumentet beskriver fysiken, mätstorheter och enheter, omvandlingen av fält i luft via antenn till signal till mätinstrument, kalibrering och konvertering mellan olika enheter. Mätsystemet beskrivs och möjliga analyser skissas. Varje större kartläggning är dock i någon mening unik och såväl mätmetod och efteranalys kan alltid anpassas för det specifika fallet.

3 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 3 av 17 OLIKA SÄTT ATT MÄTA Det finns många olika sätt att mäta en signal, man kan mäta dess absoluta eller relativa styrka, dess dominerande frekvens eller hela frekvensspektrat, utbredning, riktning, och mycket annat. I princip går det aldrig att mäta allting, utan man måste välja vad som ska mätas. Val av mätmetod och framförallt mätinstrument speglar direkt vad som kan läsas ut ur mätresultatet. Många mätinstrument och metoder är enbart lämpade i vissa situationer, oftast i laboratoriemiljö i samband med utveckling. Ett olämpligt mätinstrument behöver inte vara dåligt bara för att det inte är lämpligt för en viss mätning, likaså behöver inte en mätning ha hög kvalitet bara därför att mätinstrumentet är dyrt I det militära brukar man skämtsamt prata om skit bakom vapnet, en devis som även gäller vid hanteringen av mätinstrument. 1. Bredbandig mätning (isotropisk elektrisk fältstyrka summerad till en siffra). Kan besvara frågan: Är fältet tillräckligt starkt för att ge uppvärmning (överstiga gränsvärdet)? Inga övriga frågor kan besvaras. Instrumentet används normalt för att kontrollera (yrkeshygieniskt) gränsvärde vid mastarbete, takarbete och andra situationer i direkt närhet (några meter) från sändarantenner. Man vet i efterhand ingenting överhuvudtaget vilken eller vilka sändare som gav upphov till ett ev. utslag, ingen information om frekvens finns. 2. Spektral mätning (elektrisk fältstyrka fördelad över olika frekvenser som ett diagram). Kan besvara frågor som t.ex.: är TV starkare än allting annat? Är GSM dominerande? Hur stor del av radiostrålningen utgörs av 3G? Är 3G svagare än GSM? Viktigt att notera är att det går att summera ett spektrum till en bredbandig fältstyrka lika den som instrument (1) ger! Spektrumanalysator är mer generellt, extremt mycket känsligare och ger mycket mer information. Spektrumanalysatorer är standardinstrumentet då BEMI utför mätningar. Bredbandig mätning - isotropisk fältstyrkemätare (1) Det finns flera problem med instrument (1), de ger ett summerat effektivmedelvärde över frekvens och över tid, de är inte tillräckligt känsliga annat än i direkt närhet till radiosändare, och de ger ingen som helst information om vad som gav upphov till en siffra. Instrument (1) är endast användbara för att säkerställa termiskt baserat gränsvärde för personer i direkt närhet till antenner/sändare. Instrument (1) kan INTE ge information av något som helst slag på längre avstånd från sändare (för GSM och 3G betyder det inte ens hundra meter!). Vi kan likna det med ljudmätning, (1) ger en siffra på totalt ljudtryck medan (2) ger en komplett bild över ljudtryck fördelat på alla ingående frekvenser (toner) i ljudet. Medan (1) baseras på medelvärde är (2) en simultan bild av toppvärde. Medelvärde och toppvärde kan för vissa signaler vara lika (t.ex. en FM sändare) men vara mycket olika för andra signaler, t.ex. GSM sändare där minst en faktor 8 brukar skilja för toppvärde resp. medelvärde från en mobiltelefon. Står man med en fot i en hink med iskallt vatten och en i en hink med kokhett vatten så är det i genomsnitt ganska skönt I ren fysikalisk mening existerar toppvärden eftersom det är värdet på signalen vid någon tidpunkt medan medelvärdet inte är fysikaliskt utan endast existerar som en matematisk beskrivning av signalen. Medelvärden är oftast bara användbara i situationer där en signal inte varierar speciellt mycket, annars förlorar man mycket information. Instrument (1) ger inte bara ett summerat effektivmedelvärde över hela

4 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 4 av 17 frekvensbandet (t.ex. 0, MHz), utan även ett medelvärde som viktas över tid (oftast 6 minuter), samt även över plats eftersom man brukar flytta mätproben mellan flera mätpunkter några meter isär. Mätning med (1) ger alltså ett medelvärde som motsvarar den termiska (effektivmedelvärde) uppvärmning som det radiofrekventa fältet ger upphov till under sex minuters tid. Faktum är att många av instrumenten (1) faktiskt har en sensor som primärt mäter uppvärmningen och sedan rapporterar detta som V/m eller W/m 2. Modernare instrument (1) fungerar lite annorlunda men principen är densamma, instrumentet reagerar på totalt mottagen effekt från antennen och omvandlar detta till elektrisk fältstyrka i volt per meter (V/m) eller effekttäthet i watt per kvadratmeter (W/m 2 ). Notera att mätproben (antennen) INTE mäter effekttäthet i W/m 2 utan faktiskt det elektriska fältet som sedan räknas om i instrumentet till W/m 2 förutsättande en given teoretisk fri rymd. Ett typiskt instrument för mätning av (1) har en känslighet av ca 0,6 V/m och kan alltså bara mäta signaler som är relativt kraftiga, det krävs alltså att man i praktiken måste vara mycket nära en radiosändare för att ett instrument av typ (1) över huvudtaget skall kunna reagera. Det kan liknas med att ha en så dålig känslighet på ljudstyrkemätaren att det är först över 100 dba som instrumentet reagerar, först då man är i närhet av gränsvärden och kan riskera skador som instrument av typ (1) är användbara. Men om en granne klagar på störande ljud på natten så är det ju meningslöst att mäta med ett instrument som inte ens reagerar förrän man är i närheten av att få hörselskador? Det är alltså meningslöst att mäta med (1) i sådana fall man är på hundratals eller tusentals meter bort från en basstation, i dessa fall kommer instrument (1) aldrig ens kunna ge ett mätvärde. Industrirepresentanter har under möten där BEMI deltagit ivrigt förespråkat bredbandig mätning enligt (1), och det var också denna mätmetod Ångpanneföreningen (ÅF) använde i Södertälje. Resultatet av ÅFs mätning i Södertälje är flera pärmar med siffror som ALLA förutom en handfull är UNDER instrumentets (1) brusnivå, dvs. alla siffrorna i pärmarna som utgjorde redovisningen till kommunen bestod av slumpmässiga siffror som lika gärna hade kunnat mätas i kontoret hemma med urkopplad antenn eller genom att kasta tärning Resultatet av ÅFs projekt var alltså obefintligt. Projektet är offentlig handling om någon vill kontrollera uppgifterna. Det enda man kan konstatera ur ett sådant material är att mätpunkterna inte överstiger gällande gränsvärden. Problemet är ju att man redan VET detta i förväg! Gällande gränsvärde för GSM900 är 4,5 W/m 2 enligt SSI (ICNIRP), om en GSM900 basstation sänder på 45 Watt så är man under gränsvärdet då ytan framför antennen är 10 kvadratmeter. Det är självklart att man på hundratals eller tusentals meters avstånd har spridit ut radiovågorna över mycket stora ytor och därmed ligger långt under gällande gränsvärde! Det är alltså en fullständigt självklar och otvetydig sak att man ALLTID är långt under gällande gränsvärden så fort man är mer än tiotalet meter från närmaste antenn (rakt framför). Spektral mätning spektrumanalysator Med en spektrumanalysator kan man mäta vad man kallar spektrum, alltså varje frekvenskomponent var för sig. Detta innebär att man ser fältets styrka för t.ex. FM radio och TV var för sig och inte summerat som en siffra. Man ser alltså varje enskild sändares bidrag till elmiljön på platsen. Man kan utifrån spektrumanalysatorns diagram efteråt göra analyser för att svara på många olika frågor. Det går att göra jämförelser mellan fältstyrkor från olika sändare, t.ex. basstation i punkt X bidrar på denna plats med dubbelt så mycket som basstation Y, eller att 3G är 30% starkare än den starkaste av TV sändarna på denna plats. Det går att summera alla TV kanaler till en siffra för TV, alla radiokanaler till en siffra för radio och till en siffra för GSM900, GSM1800 resp. 3G. Dessa siffror är då en reduktion av mängden data som spektrum innehåller. Reduceras hela frekvensområdet till en enda siffra, ja då har man erhållit samma siffra som instrument (1) ger. En spektrumanalysator kan lätt mäta ned till 40 dbµv/m (0,0001 V/m) medan instrument (1) typiskt kan mäta fält ned till 115 dbµv/m (0,6 V/m), dvs. en spektrumanalysator (2) är så mycket känsligare att när man måste dämpa signalen för att inte spektrumanalysatorns ingångssteg ska brinna upp, det är först då en bredbandig fältstyrkemätare (1) börjar bli användbar! Fältstyrka respektive effekttäthet Normalt anges allt i elektrisk fältstyrka eftersom det faktiskt är det som mäts. Detta innebär enheten volt per meter (V/m). Man kan använda linjär skala vilket är opraktiskt, särskilt i diagramform som blir svårlästa eller logaritmisk skala i decibel mikrovolt per meter (dbµv/m). Logaritmisk skala är stort sett det enda som används av tekniker inom radioområdet. Den vanligaste logaritmiska skalan för fältstyrka är dbµv/m, den vanligaste för signalstyrka (i mätinstrumentet, alltså INTE i luft) är dbm och den näst vanligaste dbµv. Effekttäthet som mäts i watt per kvadratmeter (W/m 2 ) är endast en sekundär enhet eftersom det INTE är den som mäts! Man kan dock, under vissa förutsättningar, räkna om fältstyrka till effekttäthet. Detta är alltså en HÄRLEDD storhet och inte en fysikaliskt mätt enhet. Den är förutom att vara härledd också klart opraktisk

5 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 5 av 17 eftersom den har dubbelt så många nollor som fältstyrka (omräkningen innehåller en kvadrering). Till sist är det också så att effekttäthet inte har någon relevans för tekniker och radiosystem, det är alltid fältstyrka och signalnivå samt brus som är av intresse. Därmed kvarstår endast SSI som intresserade av enheten W/m 2 eftersom det då är lätt att relatera till kroppslig uppvärming och därmed de fundamentala restriktioner man satt upp för termiskt inducerad effekt i människokroppen (yrkeshygieniska riktvärden och därefter offentlighetens). För strålskyddssynvinkel med avseende på termisk uppvärmning är effekttäthet i W/m 2 en bekväm enhet, för alla andra parter och situationer är det en ovidkommande och svårhanterlig enhet. Vissa mätinstrument, oftast bredbandiga isotropiska fältstyrkemätare (1), kan ställas om att visa effekttäthet i W/m 2. Detta är dock faktiskt så att instrumentet faktiskt mäter den elektriska fältstyrkan och sedan räknas det om till effekttäthet. Detta är dock endast korrekt under förutsättning att man befinner sig i fri rymd så att det magnetiska fältets storlek (som proben/antennen alltså inte fångar upp) kan räknas ut, produkten av det magnetiska fältet och det elektriska fältet ger sedan effekttätheten. I fri rymd kan man förenkla det hela till en kvadrering och division med impedansen för fri rymd. Effekttätheten som instrumentet visar är alltså inte alls nödvändigtvis korrekt, särskilt nära sändarantenner kan det bli väsentligt fel. Eftersom det är det elektriska fältet som fångas upp och mäts så anser BEMI det felaktigt och vilseledande att använda effekttäthet annat än i teoretiska beräkningar. Alla mätvärden i samhällen, landsvägar etc. ligger givetvis under gällande gränsvärden (det SKALL de göra), men önskas ändock jämförelser med av SSI fastställda nivåer så görs detta i form av begränsningslinje i diagram eftersom riktvärdena är frekvensberoende. Det blir intetsägande och vilseledande att använda procentsiffror eftersom man då tappar frekvensberoendet och antalet nollor gör procentangivelser problematiska.

6 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 6 av 17 PUNKTMÄTNING RESPEKTIVE VÄGMÄTNING En mätning kan göras tidsdiskret, dvs. vid ett visst tillfälle i tid, eller kontinuerligt. Mäter man vid en enda tidpunkt uppstår alltid en fråga om tillfället var rätt valt, är mätningen vid denna tidpunkt representativ för situationen även vid andra tidpunkter? Ett sätt att förbättra den information man får är att mäta flera gånger, man kan då redovisa minsta och högsta samt medelvärde för mätningarna, hur många gånger man mätte och hur stabila (t.ex. standardavvikelse) mätvärdena är. Samlar man in många mätvärden så är det uppenbart att statistiken blir mer detaljerad och mer tillförlitlig. Att kontinuerligt samla in mätvärden är alltså en klart kraftfullare mätmetod än att göra en eller ett par mätningar. På samma sätt är val av en mätpunkt alltid samtidigt förknippad med frågan om denna mätpunkt är relevant och representativ för helheten. I vissa fall är det just en viss punkt som är av intresse, men det kan knappast kallas kartläggande mätning utan handlar om verifikationsmätningar av något slag. För att få en objektiv överblick hur strålning ser ut i samhället räcker det aldrig med enstaka punktmätningar, det krävs ett stort antal mätpunkter väl utspridda över stora geografiska områden. För en kommun krävs det flera hundra mätpunkter för att kunna ge en kartbild med rimlig upplösning med avseende på stora radiosändare av typ FM, teve eller liknande. För mobilsystem, t.ex. GSM eller 3G, som kan ha ett större antal sändare inom en kommun, varav många i tätorter med kort räckvidd, så krävs ett mycket stort antal mätpunkter för att få en statistiskt sett bra bild över verkligheten. Det enda praktiskt genomförbara sättet att mäta på ett stort antal platser är medelst ett fordon där mätutrustningen placerats. Ett fordon kräver normalt en väg, och därför kallas denna typ för vägmätning även om det inte är just själva vägen som mäts utan strålningen längs densamma. Rent praktiskt är punktmätningar klart ineffektiva, utrustning ska plockas fram efter transport, alla kablar ska kopplas, datorer och instrument ska startas, allt ska kontrolleras och först därefter kan mätningen inledas. Ska utrustningen flyttas, om ens bara några meter får mycket göras om på nytt. För vägmätning sker detta endast en gång i början på dagens mätningar. Man har alltså två mätmetoder kompletterat med ett tredje alternativ: 1. Punktmätning 2. Vägmätning 3. Simulering Simulering är inte att betrakta som en mätmetod eller som en ersättning av mätningar, däremot kan simuleringar på ett bra sätt komplettera mätningar. Man kan utifrån simuleringar planera ett mätprojekt. Man kan utföra simuleringar för att kontrollera mätresultats rimlighet, en ren kvalitetskontroll alltså. Man kan också utifrån mätresultat kalibrera en simulering så att man kvalitetssäkrar själva simuleringen och medelst denna kan extrapolera mätdata för att t.ex. visa strålmiljön i ett större skogsparti mellan uppmätta vägar. Man kan alltså räkna fram de troliga nivåerna för geografiska positioner som man rent praktiskt kanske inte kommer åt att mäta. Simuleringar kan ta hänsyn till antennhöjd på master, antennriktning, typ av antenn, sändareffekt, marktyp, vegetation, bebyggelse, topografi etc. Verkligheten är dock alltid mycket mer komplex än vad någon simulering någonsin klarar av, därför är simuleringar alltid av begränsat värde. BEMI har egna verktyg för att utföra simuleringar av radiofrekvent utbredning, dessa tar hänsyn till topografi men inte enskilda hus. Rent krasst är kostnaden för att erhålla geometriska data för en stad mycket höga, en mobiloperatör kan motivera sådana kostnader men övriga parter har helt enkelt inte råd. Däremot finns bra statistiska modeller för vågutbredning i samhällen av olika slag som väl stämmer med verkliga miljöer. En mätning kan också göras bättre genom att ha god kunskap om exakt vad som skapar en signal. Till exempel så är kunskapen att en FM-sändare använder frekvensmodulation en viktig detalj för att säkerställa att mätningar av signaler inom MHz bandet ska mätas och tolkas/analyseras korrekt. Om man vet att FM-modulation har en konstant sändareffekt så vet man också att det är meningslöst att mäta kontinuerligt under flera dygn för att fånga upp tidsmässiga variationer som helt enkelt inte ska finnas. Vet man att en GSM basstation typiskt har en eller högst två frekvenskanaler att tillgå och att första baskanalen är fylld med s.k. dummy data så vet man att basstationen i värsta fall kan ge + 3 db högre signal än som mäts just nu (om det just nu råkar vara lågtrafik på GSM nätet). En 3G basstation har en pilotton som sänds med 2 W oavsett trafikbelastning, från tomgång till maximal effekt kan det då skilja från 2 W till 20 W, det motsvarar +10 db i effekthöjning. Genom gedigen kunskap om de bakomliggande tekniska systemen som skapar signalerna som samlas in kan också såväl mätsystemet såsom analysmetoderna förbättras. BEMI har denna teoretiska och praktiska kunskap om radiofrekventa system.

7 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 7 av 17 BEMI RFGIS Det av BEMI utvecklade mätsystemet går under namnet BEMI RFGIS och består dels av hårdvara för insamling av mätdata från ett eller flera mätinstrument, lagring, analys och till sist presentation av resultat. Målet under utvecklingen av mätmetoden och därefter systemet BEMI RFGIS har varit att möjliggöra kartläggande mätningar över stora områden, t.ex. hela kommuner, på ett snabbt och effektivt sätt. Behovet uppstod efter omfattande erfarenhet av bristerna och problemen med s.k. punktmätningar. Mätsystemet En speciellt utvald personbil med låga egna emissioner av radiofrekvent störning används av BEMI för vägmätningar. Förutom att agera som antennbärare så får bilen i sig inte tillföra egna emissioner av väsentlig storlek. För mikrovågssidan så är detta mycket enkelt, men vid låga frekvenser har många bilar helt enkelt för mycket störningar. BEMI åtgärdar de störningar som ev. finns innan ett fordon accepteras som mätfordon. Fordonet betraktas inte som en del av mätsystemet utan endast som antennbärare. BEMI RFGIS består egentligen av många olika delar. 1. Mätantenn(er), en eller flera beroende på frekvensomfång och uppdragets krav. 2. GPS med antenner, en eller flera separata GPS system används, typiskt används minst två helt separata GPS system (antenner, mottagare, loggning). Ofta används tre GPS system samtidigt. 3. Mätinsamlingsenhet, en eller flera datorer med hårddisk(ar) samlar in och lagar mätdata. För vissa projekt används bara en dator, i många används minst två datorer. 4. Strömförsörjning av alla ingående delar via batteri(er). Detta är även det utvecklat av BEMI för att möjliggöra strömförsörjning av bland annat datorerna utan att generera radiofrekvent störning som skulle kunna påverka mätresultaten. 5. Programsystem som i realtid samlar in mätdata från de olika delarna, lagrar dessa tillsammans med GPS position, utför vissa analyser kontinuerligt och korrelerar detta geografiskt i GIS system i mätfordonet. Antennfaktor, rotationssymmetri, polarisation En antenn är ett stycke metall vars uppgift är att fånga in ett radiofrekvent fält i luften och omvandla detta till en mätbar elektrisk signal. Antennteori är ett komplext område, här räcker det att veta att det uteslutande är den elektriska fältkomponenten (mäts i V/m och anges normalt i dbµv/m) som de facto fångas upp, INTE magnetfältet (A/m eller Tesla) och inte heller effekttäthet (W/m 2 ). Det elektriska fältet ger upphov till en spänning som via antennkabeln förs över till mätinstrumentet. Denna spänning kan mätas och anges i dbµv eller omvandlas till en effekt i ett motstånd och anges i dbm (decibel milliwatt), underförstått anses mätinstrumentets ingång ha en resistans av 50 Ohm. Skulle instrumentet ha annan ingångsresistans kan man INTE jämföra resultaten direkt utan måste kompenseras för denna skillnad. För att veta vilken fältstyrka i luft som ger en viss signal till mätinstrumentet krävs en kalibrering, dvs. ett test ute i det fria med känd elektrisk fältstyrka, den signal man då mäter motsvarar den fältstyrkan som man på annat sätt har kännedom om. Kalibreringen sker vid enskilda frekvenser och upprepas tills man har tillräcklig kännedom om antennens faktiska egenskaper. Kalibreringen sammanfattas i en tabell eller diagram och kallas ofta för antennfaktor. Det viktiga med en antenn är dess känslighet, dvs. förmågan att ta ett fält i luften och effektivt omvandla den till en signal. En okänslig antenn gör att hela mätsystemet tappar i känslighet. Det är också viktigt att en antenn har någorlunda samma känslighet för olika frekvenser inom området man vill mäta. Skiljer sig antennfaktorn för mycket mellan olika frekvenser så blir resultaten svårtolkade och dynamiken (skillnaden mellan en svag detekterbar signal och en stark) blir reducerad. Man brukar tala om rak eller rimligt rakt frekvensgång. Detta är mycket svårt att åstadkomma för bredbandiga antenner. En antenn 1 MHz till 3 GHz är att betrakta som en mycket extremt bredbandig antenn och få sådana antenner existerar. Det är även viktigt att en antenn fångar in signal från alla håll i de fall antennen används för att mäta signaler som kan komma från alla håll, dels då flera sändare finns, dels då man flyttar antennen och dels då man helt enkelt i förväg inte vet varifrån signalen kommer. Antennen bör alltså vara rotationssymmetrisk, detta utesluter

8 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 8 av 17 log-periodiska antenner samt alla andra typer av riktantenner. Kvarstår gör vertikala dipoler eller monopoler oavsett om de är passiva eller aktiva antenner. Ytterligare faktorer är polarisation, dvs. i vilket plan det elektriska fältet svänger, normalt talar man om vertikal eller horisontell polarisation. Förutom vissa tevesändare så är det mesta vertikalt polariserat. En antenn som tar emot vertikal polariserad strålning missar horisontalt polariserad strålning och vice versa. I verkligheten är strålning inte speciellt utpräglat polariserad eftersom den studsar runt i såväl atmosfär som terräng. Det har dock en klar betydelse för mätningar och hänsyn måste tas beroende på sändartyp. Vissa forskargrupper har använt en antenn som placeras längs tre mot varandra ortogonala axlar, låt oss kalla dom X, Y och Z, och sedan upprepat mätningen tre gånger och matematiskt summerat dessa tre mätvärden för att undvika polarisationsproblemet. Dessvärre skapas då en ohållbar situation vad gäller mätosäkerhet och uppskattning av systemets noggrannhet. Bekymret är att man faktiskt INTE kan veta om signalen ändrats under tiden då man först utfört mätningen i X- led, en stund senare i Y-led och till sist i Z-led. Typiskt kan det gå flera minuter mellan mätningarna. Till viss del kan man kompensera för det uppkomna felet genom att mäta en längre tid och ta medelvärde eftersom medelvärden smetar ut felen, detta reducerar dock samtidigt informationsvärdet av mätningen! Ett bättre sätt att hantera polarisationsproblemet är att helt enkelt vrida antennen till dess att maximal signal uppnås, då har man också en antennen inriktad längs den elektriska fältvektorn och man fångar då upp signalens faktiska sanna värde. För en punktmätning löser BEMI detta genom att rotera antennen i alla riktningar och logga maxvärdet, det ger då ett sant värde även för en tidsvarierande signal till skillnad mot X-Y-Z mätningar. För vägmätningar så har BEMI löst polarisationsproblemet genom att vinkla antennen 45 grader mot horisontalplanet, detta underskattar såväl vertikal- såsom horisontalpolariserade signaler lika mycket. Antennen ser 70,7% av fältstyrkan, dvs. -1,5 db lägre effekt eller 3 db spänning. Man kan därför kompensera mätvärden i BEMI-RFGIS med +3 db generellt för spektrummätningar, detta görs normalt inte av den anledningen att strålning i verklig natur mätt från en bil som åker uppför och nedför i topografin med multipla reflektioner från omgivningen tenderar att släta ut polarisationsfelet. Dessutom anses det bättre att undervärdera signalen något än att övervärdera den. Att kompensera med små faktorer typ 1 db är inte meningsfullt eftersom mätnoggrannheten i det stora hela inte påverkas. Fädning, stående vågor, lokala medelvärden En elektromagnetisk våg har toppar och dalar, om en antenn placeras så att den mäter i en vågdal fås givetvis ett lågt värde jämfört med uppe på vågtoppen. Om vågorna passerar antennen så att vågar och dalar flyter snabbt fram så kommer antennen att se toppvärdet av vågen, dvs. den sanna amplituden. Om vågen reflekteras i omgivningen uppstår något man kallar stående vågor, vågor läggs på varandra och man kan ha långsamt vandrande eller helt stillastående noder och bukar i fältet i luften på samma sätt som noder och bukar på en gitarrsträng. Om man utför en punktmätning och statiskt placerar en antenn på ett stativ så vet man i slutändan ingenting om antennen råkar stå i en nod eller buk eller däremellan. En enda punktmätning tenderar därför att bli ganska så slumpmässig. Det är också i praktiken närmast omöjligt att placera antennen i samma punkt igen vid ett senare tillfälle, det handlar om placering på millimetern när i X, Y, Z-led samt även i riktning! Dessutom påverkas antennen av föremål i närheten, en person som flyttar på sig kan förändra mätvärdet något. Det finns i huvudsak endast två sätt att undvika att förlita sig på ett enda mätvärde, endera genom att mäta många punkter eller genom att röra antennen så att man inte mäter en punkt utan en volym. En volym mäts genom att röra antennen (som då måste vara liten i förhållande till volymen) inom en volym så att punkterna i volymen täcks upp. Man kan lagra alla mätvärden automatiskt (loggning) under tiden antennen rörs inom volymen eller enbart lagra maximala toppvärdet vilket motsvarar amplituden på den polariserade vågens buk. Det man kallar för fädning är förenklat diverse snabba förändringar av strålningens (vågens) amplitud då man rör sig (antennen) en liten bit. Med lokalt medelvärde menas medelvärdet över en kort sträcka, typiskt något tiotal våglängder. En definition av Lee [se Mobile Communication Design Fundamentals, William C.Y. Lee] är att ta 50 mätvärden på en sträcka av 40 våglängder, men i praktiken anses 20 våglängder vara fullt tillräckligt. För 3G som har en våglängd av 14 cm så skapar man ett tillförlitligt lokalt medelvärde på en sträcka av 2,8 meter. Om man alltså utför en vägmätning så rör sig antennen över en sträcka under tiden instrumenten samlar in mätdata, detta skapar ett lokalt medelvärde genom att den snabba fädningens variationer slätas ut rent statistiskt i samplingarna. Beräkningar av medelvärden (i efteranalys) sker alltid i linjära termer (inte decibel!). Om det lokala medelvärdet, dvs. insamling under mätsträckan, sträcks ut mer än 40 våglängder medför detta att extremvärden blir mindre sannolika. Man kan säga att statistiskt förskjuts värdena mot mitten. Detta innebär att

9 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 9 av 17 det inte är en nackdel med högre fart och längre sträcka för varje mätlagring. Man kan hävda att mätvärdena är representativa för sträckan, men att den geometriska upplösningen blir sämre. Ett mätvärde var 30 meter är dock i praktiken klart tillräckligt även på en detaljerad kartbild. BEMI RFGIS utför cirka en mätning per sekund parallellt på vardera GSM nät via så kallade mättelefoner. Dessa mäter i sin tur i det närmaste kontinuerligt eftersom ingångssteg och RSSI kretsar är analoga och klarar mycket snabba förändringar. Mätvärden ur GSM mätsystemet lagras dock endast en gång per sekund. BEMI RFGIS spektralmätningar lagras en gång per sekund, dvs. ett färdigt spektra med såväl min och max värden lagras med ca 0,9 sekunders intervall. Själva spektrumanalysatorn mäter tio gånger per sekund (10 svep), dvs. varje enskild frekvens mäts tio gånger innan min och max värdet lagras. Varje frekvens mäts under en kort tid, dock så länge att värdet samlas under någon centimeters färd. Vägen mäts alltså mycket finkornigt och komplett spektra lagras med några meters mellanrum. I hög fart kommer mätvärdena att samlas in under en längre färdsträcka än vid låg fart, detta innebär dock inte krypfart är bättre eftersom det lokala medelvärdet då baseras på en för kort sträcka, lämpligt är 15 km/t eller högre. Systemets parametrar är avvägda för normal trafikrytm i samhällen och landsväg. På motorväg blir det lagrade spektrat utdragna till över 30 meters längd men varje enskilt sampel är fortfarande endast dryga centimetern, ett enskilt (mätt men inte lagrat) spektra är endast 3 meter långt. BEMI RFGIS klarar alltså med god marginal av att mäta såväl stadsmiljö som motorvägssträckor samtidigt som lokala medelvärdesbildningar, samplingstäthet samt finkornighet i lagrade data bevaras. Inverkan av mätfel hos mätinstrumentet Alla mätinstrument har någon grad av mätfel. Kalibrering reducerar dessa, framförallt får man kunskap om de systematiska mätfel som existerar. Det fel som återstår kan betraktas som slumpmässigt, icke-systematiskt. Vid vägmätning bygger varje lagrat spektra på tio uppmätta spektra, detta innebär att mätfelet kan anses ha försumbar betydelse eftersom instrumentets mätfel är väsentligt mindre än den snabba fädningens variation (typiskt 8 db i standardavvikelse). GPS Flera moderna GPS antenner och mottagare används. Det är 12 kanaliga parallella mottagare med hög känslighet och noggrannhet. GPS är egentligen ett Amerikanskt militärt system som efterhand fått i huvudsak civila internationella användare. Efter att Clintons administration beslutade att häva USA:s avsiktliga störning av GPS systemet har positioneringsnoggrannheten ökat till att ha ett fel mindre än 10 meter. Under färd ligger felet normalt klart lägre. Felet är oftast mindre än bredden på den väg som körs. Det är möjligt att förbättra positionering medelst differentiella GPS mottagare som får korrektionsdata via bl.a. radiosändare. Detta är dock inte aktuellt vid vägmätningar men kan komma ifråga om enstaka punktmätningar ska positioneras med hög precision. Flera GPS system används simultant i BEMI RFGIS, en mottagare med extern takantenn används för GSM mätdatainsamling (då specifik GSM kartläggning önskas), en mottagare med extern takantenn används för den spektrala mätdatainsamlingen, och minst en GPS används för olika kartapplikationer i fordonet (det sistnämnda ej kritiskt system). GPS data lagras i textform tillsammans med mätdata för varje mätpunkt. Eftersom GPS är asynkront system gentemot mätdatainsamlingen så lagras den senaste GPS positionen med mätdata, detta introducerar ett jitter i exakta positionen i färdvägens riktning eftersom den exakta bråkdelen av sekund för mätvärde och för GPS position kan skilja sig. Felet är dock av karaktären att medelvärdet av fel centrerar sig runt verklig position. Felet är oundvikligt men dock av smärre storlek och betydelse. Alla mätdata lagras dock med såväl datortid som GPS tid, detta innebär att man kan i efterhand göra kontroller på detta. Man måste dock veta att GPS tid inte är detsamma som GMT eller UMT tid, GPS tiden korrigeras inte för s.k. skottsekunder och GPS tid förskjuts därför alltmer från t.ex. GMT. Exakt förskjutning måste kontrolleras, hänsyn till tidszoner och sommartid måste tas eftersom GPS tid inte gör det. Datorns klocka behöver givetvis inte vara korrekt eller exakt inställd men utgör en kontroll, en slags checksumma i datafilerna. GPS arbetar enligt koordinatsystem och referensramar kallat WGS84. Alla positioner lagras i denna form. Strömförsörjning All strömförsörjning av mätinstrument, datorer och GPS enheter sker via bilbatteri, detta garanterar kontinuitet i mätningar utan störningar. All strömförsörjning är åtgärdad med avseende på radiostörningar för att inte bidra till mätresultat.

10 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 10 av 17 Programsystem BEMI RFGIS Av naturliga skäl, utvecklingskostnader, är alla detaljer kring programvarorna konfidentiella. Systemet kan inte köpas, hyras eller lånas. Programmen är utvecklade av Clas Tegenfeldt specifikt för BEMI:s vägmätningar. Alla mätdata är dock enkla textfiler och kan lätt importeras och efterbearbetas i kalkylprogram, statistikprogram eller GIS system. Alla mätresultat är därför helt öppna och tillgängliga, detta är en skarp kontrast mot de flesta mätsystem och mätkonsulter där mätdata lagras i skyddade databaser. Många mätkonsulter släpper inte rådata utan enbart bearbetade analyser. BEMI anser att alla mätdata skall vara offentliga. BEMI kan lämna mätresultat överlagrat på kartor (Lantmäteriets olika kartserier eller kartunderlag som kunder tillhandahåller) i form av färgläggning utefter uppmätt fältstyrka. Kartor med SWEDREF RT90 eller WGS84 eller någon annan vanligt förekommande koordinatsystem/referens (s.k. datum) kan hanteras. BEMI RFGIS utför korrektioner och beräkningar på insamlade mätdata, dels antennfaktor och liknande som är nödvändigt för att gå från signalstyrka till verklig fältstyrka. Dels sker omvandling från decibel till linjär skala (V/m) och även till motsvarande effekttäthet (W/m 2 ) under förutsättning att fältet kan betraktas vara i fri rymd. Systemet summerar även olika frekvensband och lagrar statistik i textfiler för enkel import till GIS system.

11 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 11 av 17 Sammanfattning av mätmetoden En bredbandig fältstyrkemätare är endast användbar för att kontrollera fält som är mycket starka i direkt närhet till sändare, de är därför användbara för att kontrollera att gränsvärden inte överstigs vid t.ex. arbete med sändare. De är inte användbara för kontroll av miljöer på längre avstånd från sändare (mer än tiotals meter från antennen), och de är inte känsliga nog för att differentiera (skilja) olika normala miljöer i städer eller på landsbygd från varandra. De ger ingen information överhuvudtaget om orsaken till mätvärdet (totala exponeringen). En spektrumanalysator är användbar för att mäta mycket svaga signaler ända upp till starka signaler, det är dock inte rätt instrument att använda för att verifiera gränsvärden i direkt anslutning till sändare/antenner eftersom gränsvärdena är formulerade på ett sådant sätt att bredbandiga isotropiska fältstyrkemätare passar. En spektrumanalys ger en uppsjö av information om alla radiosändare som bidrar till exponeringen på platsen, oavsett om källorna är svaga eller starka. Det går att i efterhand ställa olika frågor och extrahera svar ur mätdata på ett sätt som är helt omöjligt med en bredbandig fältstyrkemätare. Punktmätningar innebär oproportionerligt mycket arbete, val av punkter kan avgöra slutsatserna av en mätning, en punkt kan i princip aldrig hittas exakt för att kontrollmätas senare. Vägmätningar är värdeneutrala eftersom det stora antalet mätpunkter visar inte bara fördelningen över yta utan även de variationer i fältstyrka som förekommer. Vägmätningar är statistiskt sett starka och utgör medelvärdesbildningar okänsliga för snabba fädningar (lokala variationer i fältstyrka). BEMI RFGIS är ett mätsystem utvecklat av BEMI som tar hänsyn till alla de faktorer som diskuterats i detta dokument. Ingående delar är kalibrerade hos Statens Provningsanstalt SP i kombination med egen fortlöpande kalibrering och kontroll vid varje mätprojekt. Resultaten är lätta att tolka i form av kartor. Rådata levereras i enkla självdokumenterande textfiler som lätt kan importeras till GIS-system, statistikprogramvara eller kalkylprogram.

12 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 12 av 17 APPENDIX Omvandling mellan mätstorheter Inom litteraturen förekommer en lång rad olika enheter och sätt att ange elektriska och magnetiska fält, något som kan vara mycket förvirrande eller omöjliggöra jämförelser mellan olika experiment. Låt oss försöka reda ut begreppen och även poängtera vilka förutsättningar som måste till för vissa omvandlingar. Storheter Förkortning Utläses som Förklaring och (beteckning) V volt enhet för spänning (U) och potential (V) V/s volt per sekund spänningsförändring per sekund, tidsderivatan du/dt V/m volt per meter potentialskillnad över avstånd dvs. elektrisk fältstyrka (E) A ampere enhet för strömstyrka (I) A/m ampere per meter enhet för magnetisk fältstyrka (H) Oe oersted (Örsted) amerikansk enhet för magnetisk fältstyrka (H), 1 Oe = 79,6 A/m Wb weber enhet för magnetiskt flöde (Φ), 1 Wb=1 V s Wb/m 2 weber per kvadratmeter enhet för magnetisk flödestäthet (B) T tesla enhet för magnetisk flödestäthet (B), 1 T = 1 Wb/m 2 T/s tesla per sekund flödestäthetsförändring per sekund, tidsderivatan (db/dt) G gauss amerikansk enhet för magnetisk flödestäthet (B), 1 G = 10-4 T gamma gamma gammal enhet för magnetisk flödestäthet (B), 1 gamma = 1 nt W watt enhet för effekt (P) Ws wattsekund effekt summerat under en sekund dvs. energimängd Wh wattimme effekt summerat under en timme, energimängd W/m 2 watt per kvadratmeter effekt genom en yta, effekttäthet Prefix Ett prefix är något som man skriver framför en enhet för att det är bekvämt, t.ex. istället för att skriva 0, T kan man bekvämare skriva 7 nt eller 7*10-9 eller 7E-9. Ibland är det också bekvämare att använda en logaritmisk skala istället för en linjär, då använder man decibel (db). Decibel refererar alltid till en nivå och denna nivå kan ofta, men inte alltid, utläsas efter bokstäverna db. Till exempel är dbv decibel relativt 1 Volt och dbµv/m utläses decibel relativt 1 mikrovolt per meter. Prefix utläses förklaring T terra = 1E12 = G giga 10 9 = 1E9 = M mega 10 6 = 1E6 = k kilo 10 3 = 1E3 = = 1E0 = 1 m milli 10-3 = 1E-3 = 0,001 µ mikro 10-6 = 1E-6 = 0, n nano 10-9 = 1E-9 = 0, p piko = 1E-12 = 0, f femto = 1E-15 = 0, db decibel se avsnittet om decibel

13 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 13 av 17 Decibel I Svenska Akademins ordlista står att decibel är ett mått på ljudstyrka, vilket är fel. I själva verket är decibel en generellt användbar logaritmiskt skala för effekt som används inom de mest skilda sammanhang. Vill man undvika massor med nollor eller bokstavsprefix (se ovan) använder man ofta en logaritmisk skala och decibel. Ursprungligen gällde definitionen akustisk effekt i måttenhten Bel som sattes till Bel = log(p 1 /P 2 ). En Bel var dock en stor enhet så det som används är tiondels Bel, dvs. decibel som normalt skrivs decibel (db). Den moderna grunddefinitionen är att enheten ges av tio logaritmen (bas 10) av en effektkvot. [Fotnot] Tio logaritmen skrivs oftast log eller log 10 men ibland ser man även lg. Förväxla inte med ln som är den naturliga logaritmen med bas e. Sambandet är log x=(ln x)/ln 10, ibland finns även ovanan att skriva log för den naturliga logaritmen. [Ekv] db = 10 log(p 1 /p 2 ) där p 1 och p 2 är effektnivåer. Kvoten är enhetslös och decibeltalet anger skillnaden mellan de två nivåerna. Ofta vill man dock ha en fix nivå att jämföra med, man brukar då kalla p 2 för referensnivån. När man har en referensnivå anger decibeltalet nivån jämfört referensnivån som har en enhet, när p 2 anges i watt anger man även decibeltalet i watt (dbw). Använder man en mikrowatt som referens anger man dbµw. Det är inte bara effekt man vill ange i logaritmisk skala med decibel utan även spänning och ström. Relationen mellan effekt (P), spänning (U) och ström (I) är P=U 2 /R=I 2 R, där R är resistansen. Genom att sätta in detta i definitionen ovan får vi [Ekv] db = 10 log((v 1 /R 1 )/(V 2 /R 2 )) = 10 log(v 1 /V 2 2) + 10 log(r 2 /R 1 ) Om nu R 2 =R 1 så förenklas detta till [Ekv] dbv = 20 log(v 1 /V 2 ) där referensnivån V 2 ofta sätts till 1 volt (db över 1 volt, dbv) eller 1 mikrovolt (db över en mikrovolt, dbµv). På samma sätt blir det med ström [Ekv] dba = 20 log(i 1 /I 2 ) där dba uttalas som decibel över en ampere, ibland används dbpa som är decibel över en pikoampere. Observera alltså att decibel för spänning och ström förutsätter att resistansen man mäter över är lika som referensnivån! Det finns ett antal standardresistanser som man mäter över, de vanligaste är 50Ω, 75Ω och 600Ω. decibel - logaritmiskt effektmått, även användbart för storheter byggda på spänning och ström. omvandling till decibel - för effekt 10 log(p/p ref) där P ref=referensnivån, ofta 1, 10-3, eller dbw ges av 10 log P, där P anges i watt (W), och tvärtom ges P av 10 (p/10), där p anges i decibel över 1 watt (dbw). dbpt ges av 10 log P/10-12, där P anges i watt (W), och tvärtom ges P av 10 (p/10) 10-12, där p anges i decibel över 1 pikowatt (dbpt). dbµv ges av 20 log(u/10-6 ), där U anges i volt (V), och tvärtom ges U av 10 (u/20) 10-6, där u anges i decibel över 1 mikrovolt (dbµv). Var noga med att se vilken resistans referensnivån använder! Ofta 50Ω, 75Ω eller 600Ω.

14 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 14 av 17 Omvandling mellan elektrisk/magnetisk fältstyrka i fjärrfält och effekttäthet (i fri rymd). dbuv/m V/m dbua/m A/m dbpt T G dbw/m2 dbm/m2 W/m2 mw/cm2 289,5 299,8E+6 238,0 795,8E+3 240,0 1,0E+0 10,0E+3 143,8 173,8 238,6E+12 23,9E ,5 30,0E+3 158,0 79,6E+0 160,0 100,0E-6 1,0E+0 63,8 93,8 2,4E+6 238,6E+3 180,0 1,0E+3 128,5 2,7E+0 130,5 3,3E-6 33,4E-3 34,2 64,2 2,7E+3 265,4E+0 171,5 376,7 120,0 1,0E+0 122,0 1,3E-6 12,6E-3 25,8 55,8 376,7E+0 37,7E+0 169,5 299,8 118,0 795,8E-3 120,0 1,0E-6 10,0E-3 23,8 53,8 238,6E+0 23,9E+0 165,8 194,1 114,2 515,2E-3 116,2 647,4E-9 6,5E-3 20,0 50,0 100,0E+0 10,0E+0 160,0 100,0 108,5 265,4E-3 110,5 333,6E-9 3,3E-3 14,2 44,2 26,5E+0 2,7E+0 155,8 61,4 104,2 162,9E-3 106,2 204,7E-9 2,0E-3 10,0 40,0 10,0E+0 1,0E+0 155,6 60,0 104,0 159,2E-3 106,0 200,0E-9 2,0E-3 9,8 39,8 9,5E+0 954,3E-3 154,0 50,0 102,5 132,7E-3 104,4 166,8E-9 1,7E-3 8,2 38,2 6,6E+0 663,6E-3 152,3 41,0 100,7 108,8E-3 102,7 136,8E-9 1,4E-3 6,5 36,5 4,5E+0 446,2E-3 150,0 31,6 98,5 83,9E-3 100,5 105,5E-9 1,1E-3 4,2 34,2 2,7E+0 265,4E-3 149,5 30,0 98,0 79,6E-3 100,0 100,0E-9 1,0E-3 3,8 33,8 2,4E+0 238,6E-3 146,0 20,0 94,5 53,1E-3 96,5 66,7E-9 667,1E-6 0,3 30,3 1,1E+0 106,2E-3 145,8 19,4 94,2 51,5E-3 96,2 64,7E-9 647,4E-6 0,0 30,0 1,0E+0 100,0E-3 145,0 17,8 93,5 47,2E-3 95,5 59,3E-9 593,2E-6-0,8 29,2 839,4E-3 83,9E-3 140,0 10,0 88,5 26,5E-3 90,5 33,4E-9 333,6E-6-5,8 24,2 265,4E-3 26,5E-3 139,1 9,0 87,6 23,9E-3 89,5 30,0E-9 300,2E-6-6,7 23,3 215,0E-3 21,5E-3 138,1 8,0 86,5 21,2E-3 88,5 26,7E-9 266,8E-6-7,7 22,3 169,9E-3 17,0E-3 136,9 7,0 85,4 18,6E-3 87,4 23,3E-9 233,5E-6-8,9 21,1 130,1E-3 13,0E-3 135,6 6,0 84,0 15,9E-3 86,0 20,0E-9 200,1E-6-10,2 19,8 95,6E-3 9,6E-3 135,0 5,6 83,5 14,9E-3 85,5 18,8E-9 187,6E-6-10,8 19,2 83,9E-3 8,4E-3 134,0 5,0 82,5 13,3E-3 84,4 16,7E-9 166,8E-6-11,8 18,2 66,4E-3 6,6E-3 132,0 4,0 80,5 10,6E-3 82,5 13,3E-9 133,4E-6-13,7 16,3 42,5E-3 4,2E-3 129,5 3,0 78,0 8,0E-3 80,0 10,0E-9 100,1E-6-16,2 13,8 23,9E-3 2,4E-3 126,0 2,0 74,5 5,3E-3 76,5 6,7E-9 66,7E-6-19,7 10,3 10,6E-3 1,1E-3 125,0 1,8 73,5 4,7E-3 75,5 5,9E-9 59,3E-6-20,8 9,2 8,4E-3 839,4E-6 120,0 1,0 68,5 2,7E-3 70,5 3,3E-9 33,4E-6-25,8 4,2 2,7E-3 265,4E-6 115,8 613,8E-3 64,2 1,6E-3 66,2 2,0E-9 20,5E-6-30,0 0,0 1,0E-3 100,0E-6 115,0 562,3E-3 63,5 1,5E-3 65,5 1,9E-9 18,8E-6-30,8-0,8 839,4E-6 83,9E-6 111,5 376,7E-3 60,0 1,0E-3 62,0 1,3E-9 12,6E-6-34,2-4,2 376,7E-6 37,7E-6 105,0 177,8E-3 53,5 472,0E-6 55,5 593,2E-12 5,9E-6-40,8-10,8 83,9E-6 8,4E-6 100,0 100,0E-3 48,5 265,4E-6 50,5 333,6E-12 3,3E-6-45,8-15,8 26,5E-6 2,7E-6 95,0 56,2E-3 43,5 149,3E-6 45,5 187,6E-12 1,9E-6-50,8-20,8 8,4E-6 839,4E-9 90,0 31,6E-3 38,5 83,9E-6 40,5 105,5E-12 1,1E-6-55,8-25,8 2,7E-6 265,4E-9 85,0 17,8E-3 33,5 47,2E-6 35,5 59,3E ,2E-9-60,8-30,8 839,4E-9 83,9E-9 80,0 10,0E-3 28,5 26,5E-6 30,5 33,4E ,6E-9-65,8-35,8 265,4E-9 26,5E-9 75,0 5,6E-3 23,5 14,9E-6 25,5 18,8E ,6E-9-70,8-40,8 83,9E-9 8,4E-9 70,0 3,2E-3 18,5 8,4E-6 20,5 10,5E ,5E-9-75,8-45,8 26,5E-9 2,7E-9 65,0 1,8E-3 13,5 4,7E-6 15,5 5,9E-12 59,3E-9-80,8-50,8 8,4E-9 839,4E-12 60,0 1,0E-3 8,5 2,7E-6 10,5 3,3E-12 33,4E-9-85,8-55,8 2,7E-9 265,4E-12 55,0 562,3E-6 3,5 1,5E-6 5,5 1,9E-12 18,8E-9-90,8-60,8 839,4E-12 83,9E-12 51,5 376,7E-6 0,0 1,0E-6 2,0 1,3E-12 12,6E-9-94,2-64,2 376,7E-12 37,7E-12 50,0 316,2E-6-1,5 839,4E-9 0,5 1,1E-12 10,5E-9-95,8-65,8 265,4E-12 26,5E-12 49,5 299,8E-6-2,0 795,8E-9 0,0 1,0E-12 10,0E-9-96,2-66,2 238,6E-12 23,9E-12 45,0 177,8E-6-6,5 472,0E-9-4,5 593,2E-15 5,9E-9-100,8-70,8 83,9E-12 8,4E-12 40,0 100,0E-6-11,5 265,4E-9-9,5 333,6E-15 3,3E-9-105,8-75,8 26,5E-12 2,7E-12 35,0 56,2E-6-16,5 149,3E-9-14,5 187,6E-15 1,9E-9-110,8-80,8 8,4E ,4E-15 30,0 31,6E-6-21,5 83,9E-9-19,5 105,5E-15 1,1E-9-115,8-85,8 2,7E ,4E-15 25,0 17,8E-6-26,5 47,2E-9-24,5 59,3E ,2E ,8-90,8 839,4E-15 83,9E-15 20,0 10,0E-6-31,5 26,5E-9-29,5 33,4E ,6E ,8-95,8 265,4E-15 26,5E-15 15,0 5,6E-6-36,5 14,9E-9-34,5 18,8E ,6E ,8-100,8 83,9E-15 8,4E-15 10,0 1,0E-6-51,5 2,7E-9-49,5 3,3E-15 33,4E ,8-115,8 2,7E ,4E-18 9,0 2,8E-6-42,5 7,5E-9-40,5 9,4E-15 94,0E ,8-106,8 21,1E-15 2,1E-15 8,0 2,5E-6-43,5 6,7E-9-41,5 8,4E-15 83,8E ,8-107,8 16,7E-15 1,7E-15 7,0 2,2E-6-44,5 5,9E-9-42,5 7,5E-15 74,7E ,8-108,8 13,3E-15 1,3E-15 6,0 2,0E-6-45,5 5,3E-9-43,5 6,7E-15 66,6E ,8-109,8 10,6E-15 1,1E-15 5,0 1,8E-6-46,5 4,7E-9-44,5 5,9E-15 59,3E ,8-110,8 8,4E ,4E-18 4,0 1,6E-6-47,5 4,2E-9-45,5 5,3E-15 52,9E ,8-111,8 6,7E ,8E-18 3,0 1,4E-6-48,5 3,7E-9-46,5 4,7E-15 47,1E ,8-112,8 5,3E ,6E-18 2,0 1,3E-6-49,5 3,3E-9-47,5 4,2E-15 42,0E ,8-113,8 4,2E ,7E-18 1,0 1,1E-6-50,5 3,0E-9-48,5 3,7E-15 37,4E ,8-114,8 3,3E ,2E-18 0,0 1,0E-6-51,5 2,7E-9-49,5 3,3E-15 33,4E ,8-115,8 2,7E ,4E-18 Tabellen gäller enbart långt från källan/sändaren (>10 våglängder) i fri luft/rymd. [Bildtext] Omvandling mellan V/m och A/m förutsätter att vågen är i fri rymd och fjärran källan (i fjärrfältet), något som i praktiken inte gäller för lägre frekvenser. En liten apparat som strålar ut en signal med 50MHz (med våglängd 6m) kan fjärrfältet sägas börja efter en meter (1/6 våglängd). För 50Hz börjar fjärrfältet först efter 95 mil i fri rymd! Så använd INTE denna tabell för att omvandla elektriska till magnetiska fält eller vice versa för lågfrekventa signaler! [Bildtext] Med fri rymd menas luft eller vakuum där förhållandet mellan den elektriska och den magnetiska fältkomponenten för en plan våg (fjärrfält) är konstant lika med 120π = 377Ω. Man får ampere per meter genom att dividera volt per meter med 377. Effekttätheten fås genom att multiplicera den elektriska fältstyrkan med den magnetiska, med samma förutsättningar som ovan. Jämför Ohms lag och definitionen av effekt.

15 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 15 av 17 För att ta några exempel, du har läst att kraftfrekventa magnetfält över 2mG är förknippat med ökad risk för cancer, vad är det i tesla? I sjunde kolumnen hittas 2e-3G och du kan då läsa på samma rad 200e-9 T, dvs. 200 nanotesla eller om man så vill 0,2 mikrotesla. Vad är 0,15µT i ampere per meter? Du hittar inte 150e-9 T i tabellen men väl 100e-9, läs av 79,6e-3 A/m och multiplicera med 1,5 för att få 119 ma/m. Du läste i en rapport om mikrovågor att friska frivilliga hörde ljud av pulsad 3GHz med en medelintensitet på 7µW/cm 2 vad motsvarar det i fri luft på avstånd i volt per meter? Titta i kolumnen för mw/cm 2, du hittar 6,6e-3 dvs. 6,6µW/cm 2, på samma rad hittar du 5V/m vilket är ungefär det du sökte. Konverteringsmatris Vill du räkna själv så ger matrisen nedan de flesta kombinationer av formler som behövs. Mätstorhet (a) FRÅN V/m (E) TILL V/m (E) dbµv/m a=20 log(e/10-6 ) E=10 (a/20) 10-6 dbpa/m a=20 log(e/(120π )) E=10 (a/20) 120π A/m a=e/120π E=120π a dbpt a=20 log(µ 0 E/(120π )) E=10 (a/20) 120π /µ 0 T a=µ 0 E/120π E=120π a/µ 0 G a=10000 µ 0 E/120π E=120π a/(10000 µ 0 ) dbw/m 2 a=10 log(e 2 /120π) E= (10 (a/10) 120π) dbm/m 2 a=10 log(e 2 /( π) E= (10 (a/10) π) W/m 2 a=e 2 /120π E= (120π a) mw/cm 2 a=e 2 /1200π E= (1200π a) Där µ 0 =4π 10-7 =1, Vs/Am, ε 0 = 8, As/Vm och µ 0 /ε 0 = 120π = 377Ω.

16 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 16 av 17 Relationen mellan uppmätt signalnivå i olika enheter När man mäter får man ett mått på den spänning eller effekt som utvecklas i antenn respektive mätinstrument, man måste veta hur antennen och mätinstrumentets kalibrerade data för att överhuvudtaget kunna säga något alls om den verkliga fältstyrkan i rymden. Man måste även veta hur mycket antennen och närvaron av utrustning, kablar och människokroppar påverkar utbredningen av de fält man mäter. Tabellen kan läsas via dbµv, µv, V till eller från dbm, W, µw. Omvandlingen mellan de olika enheterna för spänning dbµv och µv och V är generella. Omvandlingen mellan spänning och effekt gäller för 50 Ohm endast! Omvandlingen mellan de olika effektenheterna dbm och W och µw är generell. Omvandlingen mellan spänning eller effekt till fältstyrka förutsätter att man vet den så kallade antennfaktorn, se senare avsnitt. dbµv µv V dbm W µw 0 1,0E+0 1,0E-6-107,0 20,0E-15 20,0E-9 5 1,8E+0 1,8E-6-102,0 63,2E-15 63,2E-9 7 2,2E+0 2,2E-6-100,0 100,0E ,0E ,2E+0 3,2E-6-97,0 200,0E ,0E ,6E+0 5,6E-6-92,0 632,5E ,5E ,1E+0 7,1E-6-90,0 1,0E-12 1,0E ,0E+0 10,0E-6-87,0 2,0E-12 2,0E ,8E+0 17,8E-6-82,0 6,3E-12 6,3E ,4E+0 22,4E-6-80,0 10,0E-12 10,0E ,6E+0 31,6E-6-77,0 20,0E-12 20,0E ,2E+0 56,2E-6-72,0 63,2E-12 63,2E ,7E+0 70,7E-6-70,0 100,0E ,0E ,0E+0 100,0E-6-67,0 200,0E ,0E ,8E+0 177,8E-6-62,0 632,5E ,5E ,6E+0 223,6E-6-60,0 1,0E-9 1,0E ,2E+0 316,2E-6-57,0 2,0E-9 2,0E ,3E+0 562,3E-6-52,0 6,3E-9 6,3E ,1E+0 707,1E-6-50,0 10,0E-9 10,0E ,0E+3 1,0E-3-47,0 20,0E-9 20,0E ,8E+3 1,8E-3-42,0 63,2E-9 63,2E ,2E+3 2,2E-3-40,0 100,0E-9 100,0E ,2E+3 3,2E-3-37,0 200,0E-9 200,0E ,6E+3 5,6E-3-32,0 632,5E-9 632,5E ,1E+3 7,1E-3-30,0 1,0E-6 1,0E ,0E+3 10,0E-3-27,0 2,0E-6 2,0E ,8E+3 17,8E-3-22,0 6,3E-6 6,3E ,4E+3 22,4E-3-20,0 10,0E-6 10,0E ,6E+3 31,6E-3-17,0 20,0E-6 20,0E ,2E+3 56,2E-3-12,0 63,2E-6 63,2E ,7E+3 70,7E-3-10,0 100,0E-6 100,0E ,0E+3 100,0E-3-7,0 200,0E-6 200,0E ,8E+3 177,8E-3-2,0 632,5E-6 632,5E ,6E+3 223,6E-3 0,0 1,0E-3 1,0E ,2E+3 316,2E-3 3,0 2,0E-3 2,0E ,3E+3 562,3E-3 8,0 6,3E-3 6,3E ,1E+3 707,1E-3 10,0 10,0E-3 10,0E ,0E+6 1,0E+0 13,0 20,0E-3 20,0E+3

17 BEMI - BÄTTRE ELMILJÖ Sida 17 av 17 SPEKTRUMANALYSATORNS MÄTPROTOKOLL De utskrivna frekvensanalys protokollen har som regel en kurva som visar simultant toppvärde; i det fall två kurvor finns visar den övre det maximala värdet under mätperioden (normalt 60 sekunder) och den undre momentanvärdet av ett svep. I vissa diagram finns en kurva samt ett antal trianglar, då är kurvan toppvärde och trianglarna visar brusnivån för instrumentet. Skalan i höjdled anges normalt i decibel mikrovolt (dbµv) vilket är signalstyrka som sedan kan översättas till fältstyrka (dbµv/m) enligt nästa paragraf. I vissa diagram är höjdskalan direkt i fältstyrka dbµv/m och då behövs ingen ytterligare bearbetning. I sidled visas frekvens i MHz. I protokollets huvud anges ev. kommentar, tidpunkt då svepen slutfördes, filnamnet och datum samt parametrarna för svepet. Antennfaktor, omvandling från signalstyrka dbµv till fältstyrka dbµv/m i luft För antennen (instr.6) och de mätningar som redovisats med x dbµv i spektrumanalysatorns grafer så gäller att den elektriska fältstyrkan y dbµv/m i luft ges av summan av avläst värde i dbµv summerat med värdet för samma frekvens i diagrammet nedan. Summan av uppmätt värde x [dbµv] plus AF [db/m] ger y [dbµv/m] i luft. Antennfaktor (db/m) [Bildtext] Antennfaktorn för frekvens 950 MHz är 18 db, för MHz 25 db samt 2115 MHz 18 db. Konvertering från mättelefoners signalstyrka till fältstyrka i luft För eventuella resultat från BEMI:s GSM mättelefoner med extern takantenn gäller en konverteringsfaktor av 145 db för att gå från dbm till dbµv/m.