„Entwicklung von Mess-und Berechnungsverfahren zur ... - BMU

Seite 8 von 77 zum Zwischenbericht "Literaturstudie Mess- und Berechnungsverfahren Mobilfunk"
2 Berechnungsverfahren im Mobilfunkbereich
Das vorliegende Kapitel gibt einen Überblick über existierende Berechnungsmethoden für
elektromagnetische Feldstärken im Mobilfunkbereich. Die vorgestellten Berechnungsmodelle
wurden originär vorwiegend zur Funknetzplanung mit einem entsprechenden Anforderungsprofil
entwickelt. Die Frage nach ihrer Tauglichkeit für die hier gegebene Problemstellung der
Immissionsberechnung ist neu und wird im folgenden untersucht. In die Beurteilung der
Tauglichkeit bestehender Modelle fließt dabei auch ein, welche Eingangsdaten benötigt
werden. Außerdem ist die Genauigkeit der berechneten Daten und der Rechenaufwand mit zu
berücksichtigen.
2.1 Grundlagen der Funkwellenausbreitung
2.1.1 Ausbreitungserscheinungen
Die Wellenausbreitung bei den für Mobilfunk verwendeten Frequenzen folgt ähnlichen
Gesetzen wie die Ausbreitung von Licht.
Im Freiraum breitet sich eine ideale Funkwelle vom Sender gleichmäßig und geradlinig in alle
Richtungen und ohne jede Beeinflussung durch die Umgebung aus. Dadurch verteilt sich die
Sendeleistung mit zunehmendem Abstand zum Sender über immer größere (Kugelober-)
Flächen; man spricht von der Übertragungs- oder Freiraumdämpfung zwischen Sender und
Empfänger. In realen Funksystemen ist die Wellenausbreitung sehr viel komplizierter Es ist
normalerweise mit einer Zusatzdämpfung durch die Umgebungseinflüsse zu rechnen, d.h. die
Freiraumdämpfung ist eine Art Mindestdämpfung, die alleine durch den räumlichen Abstand
zwischen Sender und Empfänger hervorgerufen wird. Nur in sehr seltenen Fällen sind auch
Feldstärken über dem Freiraumwert möglich.
In realem Gelände werden Funkwellen auf folgende unterschiedliche Art und Weise abgelenkt
bzw. abgeschwächt:
Abschattung – tritt auf, wenn die Verbindungslinie zwischen Sender und Empfänger durch
ein Hindernis unterbrochen wird. Bereiche im Funkschatten eines Hindernisses erreicht
elektromagnetische Energie nur indirekt, z.B. über Reflexionen an anderen Hindernissen.
Beugung – tritt auf, wenn die Verbindungslinie zwischen Sender und Empfänger durch eine
scharfe Kante (z.B. von Hauswänden oder -dächern) unterbrochen wird. Eine einfallende
Funkwelle wird um die Kante herumgebeugt, d.h. die Welle ändert ihre Richtung und erreicht
Bereiche, welche ohne Kantenbeugung vom Hindernis abgeschattet sind.
Dämpfung – tritt auf, wenn eine Funkwelle auf ein Hindernis trifft, welches für elektromagnetische
Strahlung nur teilweise durchlässig ist. Die im Hindernis absorbierte Energie wird in
Wärme umgewandelt. Trifft eine Funkwelle beispielsweise auf eine Wand, absorbiert und
reflektiert sie Teile der einfallenden Energie. Die verbleibende Energie wird durch die Wand
transmittiert. Auch Vegetation und Lebewesen absorbieren elektromagnetische Energie. Der
Absorptionsgrad ist abhängig von den elektrischen Materialeigenschaften, der Dicke und dem
inneren Aufbau des Hindernisses.