Campi a radiofrequenza e salute

4: Ripetitori

Che tipo di campo emette un ripetitore per telefonini?

In Italia esistono due sistemi di telefonia cellulare: il vecchio sistema analogico TACS, che opera a frequenze comprese tra 850 e 870 MHz, e il sistema GSM (Global System mobile), che utilizza una codifica digitale, e puo' operare sia a frequenze intorno a 900 MHz che a 1800 MHz (quest'ultima frequenza comincia ad essere usata nei sistemi dual band). Sempre a 1800 MHz funzionano i cordless basati sul sisstema digitale DECT e la rete FIDO, oltre al nuovo sistema UMTS.

Il sistema GSM e il DECT operano in divisione di tempo: ogni telefono utilizza la frequenza per una frazione del tempo, trasmettendo e ricevendo il segnale compresso digitalmente durante brevi impulsi, con frequenza di ripetizione di qualche centinaio di impulsi al secondo. Questo comporta che la potenza massima irraggiata (durante gli impulsi) sia di solito molto superiore di quella media. La potenza media emessa da una stazione base dipende inoltre dal numero di connessioni che operano in quel momento.

Le antenne per GSM dual band sono in genere composte da due sistemi indipendenti, e si distinguono perche' l'antenna per la frequenza maggiore e' la copia in scala dimezzata rispetto a quella per la frequenza minore.

Le potenze tipiche di stazioni base possono andare da 10 KW isotropici (vedi la domanda sulle antenne) per le celle di dimensione piu' grande (macrocelle) fino a circa 1 W isotropico (microcelle) o anche meno (picocelle). Siccome una cella puo' servire un numero limitato di connessioni simultanee, col crescere del traffico una cella viene divisa

Che tipi di antenne esistono e come si distinguono?

Le antenne a basso guadagno irradiano potenza orizzontalmente in tutte le direzioni, con un fascio a ventaglio aperto circa 15 gradi sopra e sotto il piano orizzontale. In pratica, questo significa che il fascio si allarga rispetto all'antenna di 1 metro in verticale (sopra e sotto il piano dell'antenna) ogni 4 metri di distanza dall'antenna. Se l'antenna si trova a 5 metri sopra gli edifici adiacenti, i primi edifici interessati dal fascio saranno ad una distanza di circa 20 metri.

Le antenne ad alto guadagno coprono un settore di circa 120 gradi in orizzontale, e per questo motivo sono raggruppate in gruppi di 3, con ciascun gruppo che guarda un terzo di orizzonte. Il fascio e' molto stretto in direzione verticale, tipicamente attorno ai 5 gradi, ed e' inclinato verso terra in modo da coprire la regione tra il piano orizzontale e circa 5 gradi sotto l'orizzontale. In pratica, il fascio scende in verticale di un metro ogni 10, e se l'antenna e' rialzata ad es. di 5 metri, i primi edifici interessati saranno a 50 metri.

Il guadagno di un'antenna determina la potenza equivalente del trasmettitore. L'antenna funziona concentrando in un fascio ristretto la potenza disponibile del trasmettitore. Pertanto chi si trova nel fascio riceve una potenza maggiore, come se il trasmettitore fosse effettivamente piu' potente, mentre chi si trova fuori dal fascio vede potenze molto minori. La potenza equivalente vista nel fascio e' detta potenza equivalente irraggiata (ERP, in inglese). Un'antenna a basso guadagno guadagna circa 5-6 dB, e la ERP e' circa 4 volte la potenza del trasmettitore. Una ad alto guadagno arriva fino a circa 20 dB, e l'ERP e' fio a 100 volte la potenza del trasmettitore. 

Il fascio di onde radio si forma ad una distanza di alcuune lunghezze d'onda dall'antenna. 1-2 metri per la frequenza di  800 MHz, la meta' a 1.6 GHz. E' molto difficile calcolare l'emissione a distanze minori di questa dall'antenna.

E' importante, per calcolare l'esposizione, sapere se ci si trova all'interno o all'esterno del fascio. Ad esempio, direttamente sotto un'antenna da stazione base l'emissione e' molto ridotta, e piu' essere tipicamente inferiore a quella di un singolo telefono cellulare posto alla stessa distanza. Nel fascio di una stazione base per macrocella, il campo irraggiato puo' essere un migliaio di volte maggiore, alla stessa distanza.

Cosa serve sapere per capire che campo emette un ripetitore?

In alternativa, e' possibile calcolare la potenza equivalente irraggiata sapendo qual'e' la potenza del trasmettitore e il guadagno dell'antenna. Occorre tener conto anche delle perdite di potenza nei cavi di collegamento tra trasmettitore e antenna (spesso meta' della potenza del trasmettitore si perde nei cavi).

Se si conosce il tipo di antenna (o meglio il diagramma di radiazione, che e' richiedibile al costruttore), e' possibile calcolare l'esposizione in qualsiasi direzione, visto che quasi sempre le antenne sono montate in modo da non illuminare con il loro fascio edifici o zone accessibili al pubblico.

A che distanza da un'antenna si e' al sicuro/a norma?

Se l'antenna ha un "davanti" (es. le antenne ad alto guadagno), di solito l'emissione in direzione posteriore e' estremamente ridotta, e ad es. e' possibile porla su di un muro di un edificio abitato.

Occorre comuque impedire l'accesso diretto alle antenne con piu' di qualche Watt di ERP (e non e' una cattiva idea impedirlo COMUNQUE), per evitare che qualcuno si metta involontariamente in situazioni di esposizione.

Che rischi corre chi si trova immediatamente sotto un'antenna?

All'aperto il campo risulta tipicamente molto basso, per via della distanza dell'antenna. Per un'antenna posta a 15 m di altezza, il campo e'
pari a qualche millesimo i valori di legge italiana. Il livello del campo tipicamente cresce allontanandosi, e diventa massimo alla distanza alla quale il bordo del fascio tocca terra. Per un'antenna a basso guadagno posta a 15 metri, il campo massimo a terra si ottiene a circa 50 metri, con valori comuque poco superiori  a quanto indicato prima. Il campo cresce anche salendo di altezza,  e possono verificarsi situazioni di sfondamento dei limiti se esistono edifici alla stessa queota dell'antenna, e a dittanze inferiori a quelle indicate nel capitolo precedente.

I muri schermano i campi elettromagnetici?