Richtfunk und Umweltverträglichkeit

7/221 09-FGB 101 004 Rev A
Richtfunk und Umweltverträglichkeit
April 2008
Tutorial
In der Diskussion um „Elektrosmog“ muss sich
auch der Richtfunk - schon wegen der augenfälligen
Parabolantennen - der Diskussion um
Verträglichkeit der elektromagnetischen
Strahlung stellen. Diese Bewertung gibt auf
anschauliche Weise einen Einblick in die Besonderheiten
von Richtfunk, sowohl in Hinblick
auf das gesetzliche Regelwerk, als auch
bezüglich der physikalischen und technischen
Randbedingungen.

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Inhalt
Zusammenfassung .................................................................................................2
Gesetzliche Regelungen ........................................................................................3
Bewertung von Richtfunk ......................................................................................3
Richtfunkanlagen haben eine geringe Sendeleistung ...............................................4
Richtfunkanlagen haben eine gerichtete Abstrahlcharakteristik ................................4
Richtfunkanlagen benötigen Sichtverbindung ...........................................................4
Starke Abschwächung der Funkwellen durch Freiraumdämpfung.............................4
Funkwellen werden durch Gebäude erheblich gedämpft...........................................5
Unser Fazit ..............................................................................................................5
Anhang Richtfunk – was ist das? .....................................................................6
Richtfunkkonzept ......................................................................................................7
Frequenzökonomie...................................................................................................7
Sendeleistung...........................................................................................................8
Antennen für Richtfunk .............................................................................................9
Äquivalente Strahlungsleistung...............................................................................10
Leistungsflussdichte ...............................................................................................11
Nahfeld - Fernfeld...................................................................................................12
Planungsbeispiel.....................................................................................................13
Zusammenfassung
In der Diskussion um „Elektrosmog“ werden vorrangig Mobilfunkstationen kritisch
betrachtet. Deren Basisstationen werden häufig mittels Richtfunk an das Netz angebunden,
und schon wegen der augenfälligen Richtantennen müssen sich auch
Richtfunkanlagen der Diskussion um Verträglichkeit der elektromagnetischen
Strahlung stellen. Diese Bewertung gibt auf anschauliche Weise einen Einblick in die
Besonderheiten von Richtfunk, sowohl in Hinblick auf das gesetzliche Regelwerk, als
auch bezüglich der physikalischen und technischen Randbedingungen.
Als Ergebnis wird gezeigt, dass bei üblicher Anwendung der Richtfunk die gesetzlichen
Grenzwerte gegenüber unbeteiligten Personen um Größenordnungen unterschreitet.
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
2 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Gesetzliche Regelungen
Die Bedingungen zum Schutz von Personen in elektromagnetischen Feldern wurde
von der ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection)
ausgiebig untersucht. Sie bilden die Basis für die Empfehlung 1999/519/EC der
Europäischen Union, in der Grenzwerte der zulässigen Leistungsflussdichte empfohlen
werden. Richtfunk fällt in den Frequenzbereich 2 GHz bis 300 GHz mit einem
Grenzwert von 10 W/m². Diese Leistungsflussdichte kann umgerechnet werden in eine
elektrische Feldstärke von 61 V/m und eine magnetische Feldstärke von 0,16 A/m.
Grenzwerte zum
Personenschutz
SAR [W/kg]
Leistungsflussdichte
[W/m²]
Ganzkörper Kopf, Rumpf
0,01 .. 2 GHz 0,08 2 -
2 .. 10 GHz 0,08 2 10
10 .. 300 GHz - - 10
Diese europäische Festlegung bildet in Deutschland die Basis für umfangreiche Gesetze
die - nach aktuellem Stand der Wissenschaft - ein Höchstmaß an Sicherheit
funktechnischer Anlagen gewährleisten. Auf den Internetseiten der zuständigen
Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen
(http://www.bundesnetzagentur.de) bzw. des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit
(http://www.bmwi.de) sind hierzu die rechtlichen Rahmenbedingungen, Verordnungen und
Gesetze allgemein zugänglich. Speziell zu dem Thema EMV (Elektro-Magnetische
Verträglichkeit) gibt es hierzu umfangreiche Dokumente und Informationen, die aber
meistens unter dem Stichwort “Mobilfunk” zu finden sind.
http://www.bmwi.de/BMWi/Navigation/Wirtschaft/Telekommunikation-und-Post/mobilfunk.html
Das zentrale Thema bei der Genehmigung und damit bei der Überwachung der
Einhaltung der Gesetze ist die sogenannte Standortbescheinigung:
http://www.bmwi.de/BMWi/Navigation/Wirtschaft/Telekommunikation-und-Post/mobilfunk,did=188026.html
Weiterhin interessant ist die allgemein abrufbare und gut aufbereitete Datenbank der
Standorte von Sendestationen in Deutschland, die zum Herumsuchen einlädt:
http://emf.bundesnetzagentur.de/gisinternet/index.aspx?User=1000&Lang=de
Die Funktechnischen Anlagen der Firma Ericsson GmbH erfüllen alle notwendigen
Anforderungen und Gesetze für einen Betrieb in Deutschland. Die Beantragung
einzelner Anlagen unterliegt jedoch der Pflicht des jeweiligen Netzbetreibers.
Bewertung von Richtfunk
Im folgenden wird versucht, eine verständliche Bewertung der Einflüsse von elektromagnetischen
Feldern von Richtfunkanlagen auf Personen zu geben. Im Anhang
werden dann die technischen Grundlagen eingehender erläutert.
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
3 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Richtfunkanlagen haben eine geringe Sendeleistung
Richtfunkanlagen senden mit einer geringen maximalen Sendeleistung von weniger
als 100 mW bis zu 1 Watt pro Träger. Die Sendeleistung der Richtfunkanlagen wird
zudem bei guten Wetterbedingungen - also im Normalfall - auf wenige Prozent der
maximalen Sendeleistung reduziert. Die maximale Sendeleistung wird nur bei sehr
schlechten Wetterbedingungen, etwa Platzregen, kurzzeitig erreicht. Bei diesen Wetterbedingungen
werden aber die Funkwellen während der Ausbreitung bedämpft.
Richtfunkanlagen haben eine gerichtete Abstrahlcharakteristik
Richtfunkantennen haben einen sehr hohen Bündelungsgewinn. D.h. die Strahlen
werden mit einem Öffnungswinkel von 1 .. 4° in Hauptstrahlrichtung abgestrahlt. Die
Form der Antennen, hauptsächlich Parabolantennen und Muschelantennen, gewährleistet,
dass der größte Teil der Sendeleistung vom Brennpunkt aus in die Hauptstrahlrichtung
abgestrahlt wird. Außerhalb des Hauptstrahlwinkels nimmt die abgestrahlte
Leistung rapide ab.
Im Gegensatz zum offensichtlichen Augenschein sind große Antennendurchmesser
kein Synonym für eine hohe Sendeleistung, sondern bewirken sendeseitig eine
bessere Bündelung und eine stärkere Dämpfung außerhalb der Hauptstrahlrichtung.
Außerdem wird im Nahfeld, also unmittelbar vor der Antenne, die verfügbare Sendeleistung
auf eine größere Fläche verteilt - damit wird die Leistungsflussdichte verringert.
Empfangsseitig bietet eine größere Antenne eine größere Antennenwirkfläche,
gewährleistet also bei einer geringeren Leistungsflussdichte noch einen guten Empfang.
Richtfunkanlagen benötigen Sichtverbindung
Grundvoraussetzung für die Funktion von Richtfunkanlagen ist eine unmittelbare
Sichtverbindung zwischen Sendeantenne und Empfangsantenne. Deswegen wird
bereits bei der Planung der Antennenanlagen eine bestimmte Mindesthöhe festgelegt.
Diese stellt sicher, dass möglichst der komplette Strahlengang (1. Fresnelzone) der
von der Sendeantenne abgestrahlt wird, auch bei der Empfangsantenne ankommt und
sich somit keine störenden Gegenstände im Funkfeld befinden. Störend sind z.B. Gebäude,
Baumbewuchs oder Geländeerhebungen, die von den Funkwellen kaum
durchdrungen werden können.
Deshalb halten sich prinzipbedingt keine Personen über längere Zeit im
Hauptstrahlengang von Richtfunkanlagen auf.
Starke Abschwächung der Funkwellen durch Freiraumdämpfung
Je größer die Entfernung zwischen zwei Endpunkten einer Richtfunkstrecke, desto
geringer ist die Leistung, die tatsächlich an der Empfangsantenne ankommt. Zum
einen werden die Wellen in der freien Atmosphäre durch Gase und andere Partikel
gedämpft. Zum anderen wird die abgestrahlte Leistung bedingt durch den Öffnungswinkel
auf eine immer größere Fläche verteilt (Leistungsflussdichte). Die dadurch
bedingte Abschwächung verhält sich quadratisch zur Entfernung - die Leistungsflussdichte
sinkt z.B. auf ein Viertel bei doppelter Entfernung.
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
4 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Deswegen werden für die Überbrückung größerer Entfernungen größere Antennen
verwendet.
Funkwellen werden durch Gebäude erheblich gedämpft
Ebenso wie Gebäude nicht innerhalb des Hauptstrahls liegen dürfen, so stellen
Ziegelsteine, Glas, Beton, usw. ein erhebliches Hindernis für Funkwellen dar. Damit
werden in - planungsgegeben außerhalb des Hauptstrahls liegenden - Wohnungen die
bereits sehr niedrigen Leistungsflussdichten noch weiter abgesenkt.
Unser Fazit
Der Einfluss von Richtfunkwellen auf Orte, an denen sich Personen längere Zeit
aufhalten, ist extrem niedrig, wenn man sich sämtliche Randbedingungen vor
Augen führt. Die typischen Leistungsflussdichten liegen um mehrere
Größenordnungen unter den Grenzwerten von ICNIRP/WHO, EU und nationaler
Regulierung.
Der SAR-Wert von 0,2 nW/kg für einen im Anhang berechneten Beispielfall liegt
also um den Faktor 400 Millionen unter den gesetzlichen höchstzulässigen SAR-
Werten von 0,08 W/kg - bezogen auf den ganzen Körper und gültig von 100 kHz
bis 10 GHz.
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
5 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Anhang
Richtfunk – was ist das?
Wie schon aus der Namensgebung erkenntlich, werden im Richtfunk Nutzdaten gezielt
zwischen zwei Stationen übertragen, normalerweise im Vollduplex-Modus. Die übertragenen
Datenraten pro Träger gehen von 2 Mbit/s bis zu >155 Mbit/s. Während also
die übertragbaren Datenraten niedriger liegen als bei Glasfaserstrecken, ist für den
Aufbau einer Richtfunkstrecke lediglich die Installation der beiden Stationen notwendig,
nichts jedoch auf der dazwischenliegenden Strecke. Die Standorte müssen
jedoch so gewählt sein, dass eine freie Sichtverbindung ohne Hindernisse möglich ist.
In langjährigen Statistiken der Netzbetreiber weisen Richtfunkstrecken eine ausgezeichnete
Zuverlässigkeit auf, während Kabel häufiger dem Risiko einer
Beschädigung durch Erdarbeiten ausgesetzt sind.
Seit Jahrzehnten wird Richtfunk eingesetzt, heute beginnen die für den Richtfunk
genutzten Frequenz-bereiche bei etwa 3 GHz und gehen bis zu 38 GHz und darüber,
liegen also höher als Frequenzbereiche für Rundfunk, Fernsehen oder Mobilfunk.
Funkwellen oberhalb von 3 GHz haben besondere Eigenschaften:
• mit höheren Frequenzen zunehmende Dämpfung durch Niederschläge,
besonders durch Regen
• mit höheren Frequenzen zunehmende Dämpfung durch Mauerwerk, Glas,
Bäume,...
• Möglichkeit der Bündelung der abgestrahlten Wellen durch vergleichsweise
kleine Antennen
Diese Punkte weisen auf den sinnvollen Gebrauch des Frequenzspektrums hin:
mobile Anwendungen - auch innerhalb von Gebäuden - bevorzugt unterhalb von
3 GHz, und die darüber liegenden Frequenzen für stationäre Anwendungen.
Natürlich bestehen auch im Richtfunk selbst weitere Unterteilungen, besonders in:
Weitverkehr (Long-Haul) – dies sind die großen Anlagen, die vor allem auf Funktürmen
installiert sind. Durch die niedrigere Regendämpfung im Frequenzbereich von
3 bis 13 GHz können Reichweiten bis zu 100 km erzielt werden. Bei diesen Entfernungen
wirkt bereits die Erdkrümmung, deshalb sind hohe Standorte der Antennen
notwendig. Weitverkehr-Richtfunk wird innerhalb von Fernmeldenetzen eingesetzt,
also nicht direkt zum Endteilnehmer.
Kurzstrecke (Short-Haul) wird im Zugangsbereich eingesetzt, also z.B. für die Anbindung
von Mobilfunk-Basisstationen oder zwischen zwei Firmenstandorten. In
Deutschland liegen die möglichen Frequenzen bis über 38 GHz, durch die höhere
Regendämpfung betragen die Reichweiten einige Kilometer.
Punkt zu Mehrpunkt (P MP) Systeme werden für noch kürzere Strecken im Teilnehmer-Anschlussbereich
oder wiederum zur Anbindung von Mobilfunk-Basisstationen
eingesetzt. In Deutschland sind mehrere Frequenzbereiche zwischen 3,5 GHz und
32 GHz vorgesehen für derartige Systeme, bei denen mehrere Teilnehmerstation mit
einer gemeinsamen Basisstation verbunden sind.
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
6 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Richtfunkkonzept
Abbildung 1 zeigt das Übertragungsprinzip beim Richtfunk:
MOD
DE-
MOD
DE-
MOD
MOD
Abbildung 1
Schematisches Modell der Übertragung
Der digitale Nutzdatenstrom wird im Modulator auf einen Sendeträger aufmoduliert.
Häufig geschieht dies in einem niedrigeren Frequenzbereich von einigen MHz, deshalb
muss der modulierte Träger anschließend auf die eigentliche Sendefrequenz
umgesetzt werden. Im anschließenden Sendeverstärker wird der Träger auf die erforderliche
Sendeleistung PTx verstärkt und über die Antenne gebündelt in Richtung
der Gegenstation abgestrahlt.
Bei der Gegenstation bündelt die Antenne das schwache Empfangssignal auf den
Antennenerreger, es wird verstärkt, in der Frequenz herabgesetzt und zu den ursprünglichen
Nutzdaten demoduliert.
In Gegenrichtung (Vollduplex) wird ein entsprechender Signalpfad aufgebaut.
Wesentlich für unsere Betrachtung sind Sendeleistung, Antennencharakteristik,
Strahlungsleistung und über allem die Frequenzökonomie:
Frequenzökonomie
Das Frequenzspektrum gehört zu den “nicht vermehrbaren” Gütern. Deshalb wird
sowohl von der Regulierungsbehörde als auch von Betreibern und Herstellern der
verantwortungsvollen Nutzung des Spektrums und den technischen Voraussetzungen
dazu ein sehr hoher Stellenwert eingeräumt. Frequenzökonomie beinhaltet mehrere
Aspekte:
Die Modulationseffizienz gibt an, welche Trägerbandbreite für die zu übertragende
Datenrate benötigt wird. Übliche Modulationsverfahren sind QPSK mit einer theoretischen
Modulationseffizienz von 2 bit/s/Hz, 16QAM mit 4 bit/s/Hz, 64QAM mit
6 bit/s/Hz und 128 QAM mit 7 bit/s/Hz. Während also bei QPSK zur Übertragung eines
Trägers mit einer Nutzdatenrate von 34 Mbit/s eine Bandbreite von 28 MHz benötigt
wird, kann mittels 128QAM in der gleichen Bandbreite ein STM-1 Signal mit 155 Mbit/s
übertragen werden. Durch zusätzliche Kodierung für Fehlerkorrektur ist die tatsächliche
Modulationseffizienz geringer als die theoretisch mögliche, aller-dings wird dies
durch eine bessere Robustheit gegen Störer mehr als wettgemacht.
Grundsätzlich wird mit steigendem Modulationsgrad eine besseres Signal-zu-Rauschverhältnis
benötigt, d.h. es wird eine höhere Empfangsleistung des Trägers benötigt.
Um dies zu erreichen, werden eher größere Antennen eingesetzt als eine Erhöhung
der Sendeleistung.
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
7 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Weiterhin steigen mit zunehmendem Modulationsgrad die qualitativen Anforderungen
an sämtliche digitalen und analogen Baugruppen einer Richtfunkstation mit entsprechendem
Kostenaufwand.
Vermeidung von Interferenz durch ausgeklügelte Streckenplanung und Zulassung nur
solcher Richtfunkanlagen, die den strengen Kriterien der nationalen Regulierungsbehörde
entsprechen. Unter Interferenz versteht man ein Störsignal innerhalb des
eigentlich zugewiesenen Frequenzkanals, das den Empfang des gewünschten
Trägers erschwert oder unmöglich macht. Wesentlich für die Minimierung von Interferenz
sind stark bündelnde Antennen, gute Empfangsselektion, Einhaltung des
Sendespektrums, und eine möglichst geringe Sendeleistung mit adaptiver Nachregelung
unter Schlechtwetterbedingungen.
Die Zielsetzung besteht also darin, die gleiche Frequenz auf einer weiteren Richtfunkstrecke
mit möglichst geringem räumlichen Abstand wiederverwenden zu können.
Sendeleistung
Trotz der hohen Übertragungsdatenrate und der großen Reichweiten werden im
Richtfunk nur niedrige Sendeleistungen benötigt. Dies ist nur möglich durch stark
bündelnde Antennen für Sender und Empfänger. Abbildung 2 zeigt einen Vergleich mit
anderen Funkanwendungen.
Die in die Antennen eingespeiste Sendeleistung bei Richtfunkanlagen liegt also selbst
bei ausgesteuerter Regelung deutlich unter der eines Mobiltelefons.
1 MW
Sichtverbindung
nicht notwendig
Sichtverbindung
notwendig
Sendeleistung
100 kW
10 kW
1 kW
100 W
10 W
MW-
Rundfunk-
Sender
VHF-Fernseh-Sender
UKW-Rundfunk-Sender
UHF-Fernseh-Sender
Mobilfunk-
Basisstation
MW-Herd
stark bündelnde
Antennen
1 W
Mobil-
Telefon
100 mW
10 mW
WLAN
Weit-
verkehr-
Richtfunk
Kurz-
strecken-
Richtfunk
1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz
Frequenz
Abbildung 2
Sendeleistungen (logarithmische Skalierung)
Um potentielle Interferenzen in andere Richtfunkstrecken gering zu halten, wird bei
guten Ausbreitungsbedingungen - im Schönwetterfall - die Sendeleistung erheblich
(15 dB und mehr) abgesenkt.
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
8 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Antennen für Richtfunk
Im Richtfunk werden stark bündelnde Antennen eingesetzt, um
• die kostbare Sendeleistung möglichst gezielt auf die Empfangsantenne zu
richten
• wie mit einem Hohlspiegel die niedrige Empfangsleistung auf den Antennenerreger
des Empfängers zu konzentrieren
• Interferenz durch unerwünschte Sender und Empfänger außerhalb des
Hauptstrahls zu unterdrücken
Die Bündelung des Hauptstrahls und damit die Unterdrückung sämtlicher Signale
außerhalb des Strahls wird umso besser, je größer das Verhältnis von Antennendurchmesser
zur Wellenlänge wird.
Im Fernfeld der Antenne wird deren Öffnungswinkel, innerhalb dessen die maximale
Strahlungsleistung auf die Hälfte gesunken ist, berechnet mit:
λ
θ 3dB
= 70 ⋅ [Grad]
D
mit
λ = Wellenlänge
D = Antennendurchmesser
Der maximale Antennengewinn in Hauptstrahlrichtung kann näherungsweise
errechnet werden mittels:
⎛ πD
⎞
G = 0,6 ⋅ ⎜ ⎟
⎝ λ ⎠
bzw.
2
⎡ ⎛ πD
⎞ ⎤
g = 10log⎢0,6
⋅ ⎜ ⎟ ⎥
⎢⎣
⎝ λ ⎠ ⎥⎦
2
[ absolut]
[ dBi]
Durch eine passive Antenne wird also die Sendeleistung nicht erhöht, sondern im
Hauptstrahl konzentriert. Entsprechend wird außerhalb des Hauptstrahls die
Strahlungsleistung abgesenkt. D.h. wenn man sämtliche abgestrahlten Leistungsanteile
über sämtliche Richtungen einer fiktiven Kugeloberfläche, in deren Zentrum die
Sendeantenne liegt, aufaddiert,
erhält man die ursprünglich
Kurzstreckenrichtfunk
26 GHz
eingespeiste Sendeleistung
Wellenlänge
1,15 cm
abzüglich etwaiger Verluste.
Antennendurchmesser
60 cm
Halbwertsbreite:
Gewinn
ca. 1,35 Grad
ca. 42 dBi
Die typische Antenne nach
Abbildung 3 zeigt im Winkelbereich
von 15 bis 55 Grad von der
Hauptstrahlrichtung eine Absenkung
Beispiel 1 Typische Antennenparameter
von 42 dB; da der Maximalgewinn 42 dBi beträgt, hat die Antenne in diesem
Winkelbereich noch einen Gewinn von 0 dBi (dass die gleiche Zahl 42 zweimal auftritt,
ist Zufall).
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
9 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Abbildung 3
Charakteristik einer 0,6 m Parabolantenne
Äquivalente Strahlungsleistung
Ein in der Funktechnik häufig verwendeter Begriff ist die äquivalente Strahlungsleistung,
oder „E.I.R.P = effective isotropically radiated power“. Dieser Parameter gibt
eine fiktive Strahlungsleistung in einer Richtung an, und darf nicht mit der Sendeleistung
verwechselt werden.
Der Antennengewinn wird üblicherweise bezogen auf einen isotropen Strahler (Kugelstrahler),
d.h. auf eine fiktive Antenne, die ohne Verluste die eingespeiste Leistung in
sämtliche Richtungen gleichmäßig verteilt. Die in einen isotropen Strahler einzuspeisende
fiktive Leistung ist:
E . I . R . P = P × Tx
G
D.h. die E.I.R.P. entspricht der
Leistung, die in einen Kugelstrahler
einzuspeisen wäre, um
in der betrachteten Richtung die
gleiche Feldstärke zu erzeugen,
wie mit der tatsächlichen
Antenne und der tatsächlichen
Sendeleistung.
Sendeleistung
17 dBm
entspricht
0,05 Watt
Antennengewinn (in Hauptstrahlrichtung) 42 dBi
entspricht Faktor 15 850
E.I.R.P. (in Hauptstrahlrichtung)
59 dBm
entspricht
792 Watt
fiktiver Rechenwert - tritt nicht tatsächlich auf !
Beispiel 2 E.I.R.P.
In unserem Beispiel einer 0,6 m
Antenne an einem Kurzstreckenrichtfunksystem im 26-GHz-Bereich mit einer
maximalen Sendeleistung von 17 dBm gilt die Rechnung von Beispiel 2:
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
10 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Nur im Zentrum des 1,35 Grad breiten Strahles tritt diese E.I.R.P. auf, und auch nur
bei extremem Wetter, da ansonsten die Sendeleistung erheblich verringert wird. Unmittelbar
außerhalb des schmalen Hauptstrahles fällt der Antennengewinn rapid ab,
um störende Interferenzen zu vermeiden.
Die E.I.R.P. ist also ein rein fiktiver Rechenwert - die tatsächlich auftretende
Leistung kann nicht größer werden als die Sendeleistung von 50 mW
(sonst hätte man ein Perpetuum Mobile erfunden).
Leistungsflussdichte
Maßgeblich für Personenschutzwerte ist die
Leistungsflussdichte in einer bestimmten
Entfernung und Winkel von der Sendestation.
Eine Vorstellung zur Definition der
Leistungsflussdichte ist in Abbildung 4
dargestellt. Als Leistungsflussdichte gilt die
Aufsummierung sämtlicher Strahlungsleistung,
welche eine (gedanklich) quer zur
Ausbreitungsrichtung aufgespannte Fläche
von 1 m² durchläuft. Eine Leistungsflussdichte
von 10 W/m² bedeutet also, dass
diese fiktive Fläche von 1 m² durchströmt
wird von einer Leistung von 10 Watt.
1 m
1 m
Abbildung 4 Leistungsflussdichte
Leistungsflussdichte ist also immer bezogen auf eine Flächeneinheit. Die gleiche
Leistungsflussdichte von 10 W/m² tritt z.B. auf, wenn eine Leistung von 0,1 W eine
Fläche von 10 x 10 cm² durchstrahlt.
Um die Leistungsflussdichte in einer bestimmten Entfernung r von der Sendeantenne
zu berechnen, wird im Gedankenmodell die entsprechende Leistung, die in einen isotropen
Strahler einzuspeisen wäre, gleichmäßig über eine Kugeloberfläche verteilt.
Mittelpunkt dieser Kugel ist die Sendestation, Radius der Kugel ist der Abstand des zu
untersuchenden Standorts vom Sender. Die Kugeloberfläche errechnet sich zu
A = 4π
⋅ r
Die Leistungsflussdichte am Standort kann also ermittelt werden mittels:
P
PFD =
Tx
⋅G
2
4π
⋅ r
Antenne
2
Es ist zu beachten, dass der Antennengewinn sehr stark winkelabhängig ist, und auch
die Sendeleistung üblicherweise witterungsabhängig ist.
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
11 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
In Beispiel 1 einer 0,6 m Antenne an einem Kurzstreckenrichtfunksystem im 26-GHz-
Bereich mit einer maximalen Sendeleistung von 17 dBm gilt somit für die Leistungsflussdichte
in einer Entfernung von 10 m die Rechnung nach Beispiel 3.
Die Kugeloberfläche verhält
sich quadratisch zum Radius,
somit sinkt die Leistungsflussdichte
erheblich mit zunehmender
Entfernung (in
unserem Beispiel z.B. auf
0,06 W/m² bei 32 m Abstand
in Hauptstrahlrichtung).
Sendeleistung
17 dBm
Antennengewinn (15 .. 55 Grad)
0 dBi
entspricht Faktor 1
E.I.R.P. (15 .. 55 Grad)
Radius des fiktiven Kugelstrahlers
17 dBm
10 m
Oberfläche des fiktiven Kugelstrahlers 1257 m²
entspricht
31 dB(m²)
Leistungsflussdichte (15 .. 55 Grad)
entspricht
Beispiel 4
0,04 mW/m²
-44 dB(W/m²)
PFD außerhalb Hauptstrahlrichtung
Die Dimension „Watt pro Quadratmeter“ darf nicht zu Irritationen führen. Tatsächlich
tritt diese Leistungsflussdichte nur innerhalb weniger Quadratzentimeter auf.
0,63 Watt/m² über einen vollen Quadratmeter würden nämlich eine Sendeleistung von
über 0,6 W erfordern, während in unserem Beispiel der Sender tatsächlich nur 0,05 W
bei voller Aussteuerung liefern kann.
Die Hauptstrahlrichtung und ein
zusätzlicher Umgebungsbereich
(erste Fresnelzone)
müssen prinzipbedingt frei von
Hindernissen bleiben.
Bezüglich etwaiger
Auswirkungen auf Personen
muss deshalb die Leistungsflussdichte
außerhalb der
Hauptstrahlsichtung, also in
einem bestimmten Winkel dazu,
betrachtet werden.
Sendeleistung
17 dBm
Antennengewinn (in Hauptstrahlrichtung) 42 dBi
entspricht Faktor 15 850
E.I.R.P. (in Hauptstrahlrichtung)
Radius des fiktiven Kugelstrahlers
59 dBm
10 m
Oberfläche des fiktiven Kugelstrahlers 1257 m²
entspricht
31 dB(m²)
Leistungsflussdichte (in Hauptstrahlrichtung)
entspricht
Beispiel 3
0,63 W/m²
-2 dB(W/m²)
PFD in Hauptstrahlrichtung
Beispiel 4 zeigt eine beispielhafte Berechnung der Leistungsflussdichte in einer
Ablage von 15° weg von der Hauptstrahlrichtung.
Nahfeld - Fernfeld
Die Beispielrechnungen sind im „Fernfeld“ der Antenne durchgeführt, da nur dieses für
diese Betrachtung relevant ist. Im „Nahfeld“ der Antenne ist die Leistungsflussdichte
nicht entfernungsabhängig, sondern kann mittels Näherungsformel abgeschätzt
werden:
PDF
nah
P
≈ 6,5 ⋅
D
Tx
2
Antenne
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
12 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Unmittelbar vor der Antenne-Öffnung errechnet sich also die Leistungsflussdichte aus
der Sendeleistung, gleichmäßig verteilt über die Antennenfläche, und einem empirisch
ermittelten Korrekturfaktor (ETSI Technical Report TR 102 457).
Der Übergang von Nah- ins Fernfeld findet einige Metern vor der Antenne statt bei
R =
2
⋅ D
λ
2
Antenne
Für diese Betrachtung wird das Nahfeld nur der Vollständigkeit halber erwähnt, aufgrund
der Notwendigkeit einer Sichtverbindung zwischen beiden Richtfunkstationen
muss das Nahfeld grundsätzlich freigehalten werden.
Planungsbeispiel
Abbildung 5 zeigt zwei Verwaltungsgebäude,
die durch
eine Richtfunkstrecke verbunden
sind, und ein dazwischen
liegendes Wohnhaus. In
Beispiel 5 soll die elektromagnetische
Beeinflussung in
der obersten Wohnung
errechnet werden:
Als Ergebnis liegt die
Leistungsflussdichte außerhalb
der Wohnung um den
Faktor 6 000 000 niedriger als
der gesetzliche Grenzwert von
10 W/m², innerhalb der Wohnung
sogar um Faktor 600
Millionen (!) niedriger. Umgerechnet
als SAR-Wert, d.h.
auf die absorbierte Leistung
pro kg Körpermasse, ergibt
sich ein Wert von
0,000 000 000 2 Watt je
Kilogramm.
Entfernung Antenne - Wohnung (r)
Winkel vom Hauptstrahl (α)
Sendeleistung
Abbildung 5
Antennengewinn (15 .. 55 Grad)
E.I.R.P. (15 .. 55 Grad)
Radius des fiktiven Kugelstrahlers
50 m
30 Grad
17 dBm
0 dBi
17 dBm
50 m
Oberfläche des fiktiven Kugelstrahlers 31 416 m²
Leistungsflussdichte
(Außenwand der Wohnung)
entspricht
0,0016 mW/m²
-58 dB(W/m²)
Dämpfung der Hausaußenwände
(geschätzt bei 26 GHz)
20 dB
entspricht Faktor 0,01
Leistungsflussdichte in der Wohnung
entspricht
0,016 µW/m²
-78 dB(W/m²)
Mensch
Projektionsfläche 1 m²
Masse
75 kg
SAR (Specific Energy Absorbtion Rate)
Beispiel 5
Typische Gebäudekonfiguration
0,2 nW/kg
Planungsbeispiel für Wohnung
Damit wird selbst für diese ungünstige Beispiel-Konfiguration gezeigt, dass übliche
Anwendungen von Richtfunk die gesetzlichen Grenzwerte gegenüber unbeteiligten
Personen um Größenordnungen unterschreiten.
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
13 (14)

Richtfunk und Umweltverträglichkeit
Ericsson GmbH
Standort Backnang
Gerberstr. 33
DE-71522 Backnang, Deutschland
Telefon +49 71 91/ 13-0
Fax +49 71 91/ 13-3212
http://www.ericsson.com/de/
7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008
EDD/FP Wolfgang Rümmer
Public
14 (14)