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26.03.200726.03.2007©© LfU / Abt.2 / Dr. Heinrich Eder / LfU / Abt.2 / Dr. Heinrich Eder /

09.200509.2005 11

Expositionsminimierung im MobilfunkExpositionsminimierung im MobilfunkDr. H. EderDr. H. Eder

Landesamt fLandesamt füür Umweltr Umwelt

Technik MobilfunkTechnik MobilfunkBiologische Wirkungen Biologische Wirkungen MMööglichkeiten der Reduktionglichkeiten der Reduktion

Bayerisches Landesamt für Umwelt


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deren Felder wirken

die Basisstation das Handy

auf den ganzen Körper hauptsächlich auf den Kopf

Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Quellen von Mobilfunkfeldern:



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Egal, woher das HF-Feld kommt, im Gewebe passiert dasselbe

Zuerst: Kraftwirkungen

auf Ladungsträger oder Moleküle

mit Dipolstruktur, wie Wasser

Die Kraftwirkung bei HF-Feldern des Mobilfunks führt zu verstärkter Bewegung von Ionen und Wassermolekülen.



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• Beispiel: Bei 900 MHz Feldern, schwingt das Wassermolekül 900.000.000 mal in der Sekunde.

• Bei starken Feldern sind die Bewegungen groß, dasssich die Körpertemperatur messbar erhöhen kann.

•Neben thermischen gibt es auch nicht thermischeWirkungen. Dies sind biologische Reaktionen, die unabhängig von einer Erwärmung ausgelöst werden.

Stärkere Bewegung von Molekülen bedeutet Erwärmung des Gewebes

Durch Grenzwerte wird dafür gesorgt, dass Gesundheits-beeinträchtigungen durch Erwärmung vermieden werden.



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Mehrere Langzeituntersuchungen sehen bei den digitalen Telefonen keinen Zusammenhang zwischen den höheren Feldern der Handys und Krebs.

Versuche mit Zellen und Tieren bei höheren und sehr hohen Feldintensitäten

Trotz unterschiedlicher Ergebnisse einzelner Studien zeigt das Gesamtbild, dass Krebs in der Zelle nicht durch Mobilfunk ausgelöst werden kann.



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Studien Hirntumore 2000 - 2004


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- Hochfrequenzimpulse im GHz-Bereich werden von der Zelle nicht demoduliert, Nf-Anteil deshalb nicht relevant!

- Refraktärzeiten von erregbaren Zellen liegen bei einer Millisekunde

- Die maximale Erregungsfrequenz beträgt einige Hertz bis Kilohertz

Sind Hf-Impulse von der Zelle erkennbar?


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Gesundheitliche Auswirkung durch Strahlung von Handys ?


Zusammenfassung

Neuere epidemiologische Studien ergaben, dass von Mobilfunk kein statistisch belegbares Krebsrisiko ausgeht (Langzeiteffekte> 8-10 Jahre fehlen).

Die Grenzwerte stellen nach heutigem Stand der Wissenschaft sicher, dass Mobilfunk keine gesundheitlichenBeeinträchtigungen hervorruft.

Biologische Effekte vorhanden, jedoch nicht geklärt

Weitere Forschung ist notwendig.


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Vergleich thermische Energie – Bindungsenergie - Quantenenergie

mittlere kinetische Energie pro Molekül bei 300 KelvinW = 3/2 kT = 6,2*10-21 J 3,8 *10-2 eV

Bindungsenergie Wasserstoffbrückenbindung 10-1 eV

∆E Rotationsenergie Moleküle 5*10-4 eV

Quantenenergie 1 GHz: E = h*ν = 6,6 * 10-34 Js* 109 s-1 4,1*10-6 eV

E h*ν / Etherm ≈ 0,0001


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MOBILFUNKNETZEMOBILFUNKNETZE

Frequenz Leistung ÜbertragungsartEndgerät

(Mittelwert/Spitzenwert )

D1,2-Netz um 900 MHz 0,25 / 2 W FDD-TDMAE-Netz um 1.850 MHz 0,125 / 1 W FDD-TDMAUMTS 1.970–2.200 MHz 0,25 W FDD–CDMA

FDD: Frequency Division MultiplexTDMA: Time Division Multiple AccessCDMA: Code Division Multiple Access



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Das TDMA- (Zeitschlitz-)Verfahrenbei GSM-Telefonen:

Jedes Handy komprimiert die Information und belegt nur einen von 8 Zeitschlitzenmit 0,577 ms Dauer

GSM 900:124 Kanäle je 8 Zeitschlitze

GSM 1800:374 Kanäle je 8 Zeitschlitze



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ABGELEITETE GRENZWERTE (MIT MESSGERÄTEN LEICHTER PRÜFBAR)

Elektrische Feldstärke E (Volt/Meter, V/m) Leistungsflussdichte S (Watt/Quadratmeter, W/m²)

Umrechnung (Fernfeld) S = E² / 377 W/m²

Beispiele: E = 1 V/m S = 0,0026 W/m²

E = 41 V/m S = 4,5 W/m²= 4.500.000 µW/m² (ungeeignete Einheit *)

Es sollten immer die gesetzlichen Einheiten V/m und W/m² benutzt werden (ICNIRP, 26. Verordnung über elektromagnetische Felder –26. BImSchV)!

* Man tankt auch nicht 20.000.000 µl Benzin sondern 20 l Benzin!



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ABGELEITETE GRENZWERTE FÜR DIE ALLGEMEINBEVÖLKERUNG

BEISPIELE

Mobilfunk D- Netz (900 MHz) 41 V/m 4,5 W/m²

Mobilfunk E-Netz (1.800 MHz) 60 V/m 9 W/m²

Mobilfunk UMTS-Netz (2000 MHz) 61 V/m 10 W/m²

Mikrowelle, WLAN (2.450 MHz) 61 V/m 10 W/m²

Die Werte entsprechen internationalenEmpfehlungen sowie der Ratsempfehlung der EU von 1999



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KÖRPERBEZOGENE GRENZWERTE (BASISGRENZWERTE)

Gesundheitliche Beeinträchtigungen können auftreten ab:Ganzkörpererwärmung von ∆T ≈ 1,0 C ≅ 4 W/kg

Vergleich: Grundumsatz des Menschen ≅ 1 W/kg


Basisgrenzwerte beziehen sich auf die direkte Energieaufnahme:

• bei Bestrahlung des ganzen Körpers: 0,08 Watt/kg• für ein Teilkörpervolumen von 0,01 kg (z. B. Innenohr): 2 Watt /kg


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Basisgrenzwerte: Definition des SARBasisgrenzwerte: Definition des SAR--WertesWertes

SAR [W/kg] =im Gewebe absorbierte Leistung [W]

Masse des Gewebes [kg]


10 g-Würfel

SAR max.

Grenzwert Handy 2 Watt/kg


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Energieabsorption im Kopf: Vergleich Energieabsorption im Kopf: Vergleich Basisstation Basisstation –– Handy Handy

Absorbierte Gesamtenergie (J/kg) = SAR (W/kg) * Einwirkzeit (s)

20 Watt Basisstation, Entfernung 100 m, Dauerstrahlung 24 h/Tag10-5 W/kg * 24* 3600s = 0,86 J/kg

2 Watt Handy am Ohr, Einwirkzeit 45 Min/Tag0,3 W/kg *0,75 *3600s = 0,81*10³ J/kg

Faktor Handy / Basisstation ≈ 1000



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Physikalische Daten des Auges:

∆t = 200 s Zeitkonstante für die Temperaturerhöhungc = 4 J/g K spez. Wärmekapazität (Näherung: wie H2O)m = 0,010 kg MasseSAR = 2 Watt/ kg Grenzwert für Teilköroperexposition

∆ Q = 2 W/kg * 200 s * 0,01 kg = 4 Ws (J)

∆ Q = m c ∆ T ∆ T = ∆ Q / m c = 4 /10*4 = 0,10 K

Der Teilkörpergrenzwert (2 Watt/kg) beinhaltet daher einen hohen Sicherheitsfaktor.

Berechnungsbeispiel: Erwärmung des Auges



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2 Watt/kg kont.

16 Watt/kg gepulst

16 Watt /kg gepulst

2 Watt/kg kont.


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SAR-VERTEILUNG BEI VERWENDUNG EINES HANDYS

auf der Oberfläche eines Modells des menschlichen Kopfes

innerhalb eines SAM-Phantoms(specific antropomorphic mannequin)

Handys müssen eine SAR von 2 W/kg einhalten, die Temperaturerhöhung im Gewebe liegt dann unter 0,2 Grad !

Bildquelle: IMST, Dr. Achim Bahr (2001)



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Berechnungsbeispiel Eindringtiefe

Beispiel : Eindringtiefe in Hirngewebe (Abfall SAR auf 1/e = 37%)

Netz Frequenz λo ε´ ε´´ Eindringtiefe

D-Netz 900 MHz 33 cm 46 15 2,3 cm

E-NetzDECT 1800 MHz 17 cm 41 21 0,82 cm

UMTS 2000 MHz 15 cm 39 23 0,65 cm


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SAR-Messung nach DIN EN 50361


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Typ. SARTyp. SAR--WerteWerte


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Verbindungsaufbau am Fenster 3.Stock - Bewegung vom Fenster weg

D1 Netz

Zeitverlauf der SAR beim Telefonieren


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dynamische Leistungsregelung

Dynamik Basisstation 20 dB

Dynamik GSM-Handy 30 dB UMTS-Handy 80 dB

Bayerisches Landesamt für UmweltBayerisches Landesamt für Umwelt


09.200509.2005 2828

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 100 200 300 400

E-Feldstärke (mV/m

SAR

(W/k

g)

Dynamische Leistungsregelung Handy

40 mV/m

schlechtes Netz gutes Netz


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Maximale Zellengröße für SAR-Reduzierung

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

0,0001

0,001

0,01

0,1

11 10 100 1000 10000

Entfernung (m)

S (W

/m²)

n=2,0

n=3,0

n=4,0

Smin

Zellengröße: 120 m 460 m 7100m

Maximale Zellengröße für niedrige SAR beim Telefonieren



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SAR-Verlauf bei einer Stadtfahrt in München (PKW) T-D1-Netz

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

50:24,0 57:36,0 04:48,0 12:00,0 19:12,0Zeit [min:sec]

SAR

[W/K

g]

Mittelwert 0,243 W/kg

SAR bei einer Stadtfahrt durch München (Dauertelefonat)

Mittelwert: 0,24 W/kg


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Der Strahlungsfaktor von HandysDer Strahlungsfaktor von Handys

SAR Peff

S = SAR / Peff


Der Strahlungsfaktor ist das Verhältnis aus der im Kopf absorbierten Leistung (SAR) und der frei in Luft abgestrahlten Leistung Peff

Ein möglichst kleiner Strahlungsfaktor ist günstig, siehe www.HandyWerte.de


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Parametrisches Handmodell Parametrisches Handmodell mit 1800 MHz Mobiltelefonmit 1800 MHz Mobiltelefon

Abstrahlung der1800 MHz PIFAAntenne ohne Hand

mit Hand, freistehend

mit Hand, verdeckt

Quelle: FEKO


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Antenne


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MÖGLICHKEITEN DER SAR–REDUKTION

Auswahl Neugerät (z. B. SAR-Wert, Strahlungsfaktor) Reduktion um bis zu ca. 50%

Verwendung Headset weitere Reduktion um bis zu ca. 90%

Günstiger Standort, Netzqualität weitere Reduktion um bis zu ca. 95%___________________________________________________________

insgesamt statt z.B. 1W/kg nur noch ca. 0,0025 W/kg(0,5 x 0,1 x 0,05)

FAZIT: Augen auf beim Kauf und bei Nutzung von Handys.Angabe des SAR-Wertes/Strahlungsfaktors z. B. unterwww.handywerte.de



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Reduzierung der Nebenkeulen nach unten !


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Adaptive Adaptive AntenneAntenne -- die Alternative?die Alternative?

1.3

m

299 mmXPol F-Panel BM 1850-1990 28°/33° 21/19dBi 2°T

• 33°/ 28°/ 28°/ 33° Horizontal Half power Beam width• 19 / 21 / 21 / 19 dBi Gain• 2° Fixed Electrical Tilt• > 25 dB Front-to-back-ratio• > 20 dB isolation between Xpol-Input-Ports

Horizontal Pattern

Vertical Pattern0°-6° electrical downtilt


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0

3

30°

210°

60°

240°

90°270°

120°

300°

150°

330°

180°

0°

20

10

6

Switched Fixed Beam Antenna Switched Fixed Beam Antenna --PatternPattern

Beam Switching Using Butler-Matrix

Butler-Matrix

Base Station

+ 45


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0

3

30°

210°

60°

240°

90°270°

120°

300°

150°

330°

180°

0°

20

10

6


Butler-Matrix

Base Station

+ 45



09.200509.2005 3939



0

3

30°

210°

60°

240°

90°270°

120°

300°

150°

330°

180°

0°

20

10

6

Butler-Matrix

Base Station

+ 45


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DATENFUNKNETZEDATENFUNKNETZE

Frequ.hopping1600/s

2402-2480 MHz

0,366 ms100 / 2,5 / 1 mWBluetooth

OFDM/TDMA2500 MHz3500 MHZ5800 MHz

3,1 Watt (Europa)

WIMAXIEEE 802.16

OFDM5150-5350MHz

<0,5 msbeacon

30 mW(200 mW geregelt)

WLANIEEE 802.11a

DQPSK16QAM

2400 – 2483 MHz

<0,5 ms beacon

100 mWWLAN IEEE 802.11b

885-887 MHz

930-932 MHz

10 mWCT1+(analog)bis Ende 2008

zugelassen

GFSK/TDMA

1880- 1900 MHz

0,083 msbeacon0,368 ms Gespräch

250mW/10mWDECT

ModulationsartÜbertragungsart

FrequenzImpulslängems

Spitzenleistung/Mittl. Leistung

Standard


09.200509.2005 4141

WLAN: Duty-Cycle 0%


09.200509.2005 4242

WLAN: Duty-Cycle 50%


09.200509.2005 4343

WLAN 3 Sendestufen


09.200509.2005 4444

Büro mit WLAN + DECT


09.200509.2005 4545

D-Netz

D-Netz

E-Netz

WLAN


09.200509.2005 4646

0,001%4,3 W/m²0,05 mW/m²Funkkopfhörer 864 MHz / 1 m

0,01%2 W/m²0,2 mW/m²Funktastatur27 MHz / 50 cm

0,13%2 W/m²2,6 mW/m²Babyphone446 MHz / 1 m

0,04 %9,5 W/m²4 mW/m²100 mW/m²DECT 1900 MHz / 1 m

0,003%9,5 W/m²0,3 mW/m²7 mW/m²DECT 1900 MHz / 3 m

5%2 W/kg0,1 W/kgNotebook,Oberschenkel2450 MHz

0,01%9 W/m²1 mW/m²10 mW/m²WLAN-Karte2450MHz / 0,5 m

0,02%4,5 W/m²1 mW/m²(Wohnumfeld)

60 mW/m²(ungünstiger

Standort)

GSM-Basisstation900 MHz

30%2 Watt /kg0,6 Watt/kg16 Watt/kgGSM-Handy

AusnutzungReferenzwertbezogen aufMittelwert

GrenzwertMittelwertSpitzenwertSystem

Ausnutzung der Grenzwerte

expositionsminimierung im mobilfunk - · pdf filegsm 1800: 374 kanäle je 8 ... xpol...

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