Richtfunk und Umweltverträglichkeit - bei Compart Link-Solutions!

7/221 09-FGB 101 004 Rev ARichtfunk und UmweltverträglichkeitApril 2008TutorialIn der Diskussion um „Elektrosmog“ muss sichauch der Richtfunk - schon wegen der augenfälligenParabolantennen - der Diskussion umVerträglichkeit der elektromagnetischenStrahlung stellen. Diese Bewertung gibt aufanschauliche Weise einen Einblick in die Besonderheitenvon Richtfunk, sowohl in Hinblickauf das gesetzliche Regelwerk, als auchbezüglich der physikalischen und technischenRandbedingungen.

Richtfunk und UmweltverträglichkeitInhaltZusammenfassung .................................................................................................2Gesetzliche Regelungen ........................................................................................3Bewertung von Richtfunk ......................................................................................3Richtfunkanlagen haben eine geringe Sendeleistung ...............................................4Richtfunkanlagen haben eine gerichtete Abstrahlcharakteristik ................................4Richtfunkanlagen benötigen Sichtverbindung ...........................................................4Starke Abschwächung der Funkwellen durch Freiraumdämpfung.............................4Funkwellen werden durch Gebäude erheblich gedämpft...........................................5Unser Fazit ..............................................................................................................5Anhang Richtfunk – was ist das? .....................................................................6Richtfunkkonzept ......................................................................................................7Frequenzökonomie...................................................................................................7Sendeleistung...........................................................................................................8Antennen für Richtfunk .............................................................................................9Äquivalente Strahlungsleistung...............................................................................10Leistungsflussdichte ...............................................................................................11Nahfeld - Fernfeld...................................................................................................12Planungsbeispiel.....................................................................................................13ZusammenfassungIn der Diskussion um „Elektrosmog“ werden vorrangig Mobilfunkstationen kritischbetrachtet. Deren Basisstationen werden häufig mittels Richtfunk an das Netz angebunden,und schon wegen der augenfälligen Richtantennen müssen sich auchRichtfunkanlagen der Diskussion um Verträglichkeit der elektromagnetischenStrahlung stellen. Diese Bewertung gibt auf anschauliche Weise einen Einblick in dieBesonderheiten von Richtfunk, sowohl in Hinblick auf das gesetzliche Regelwerk, alsauch bezüglich der physikalischen und technischen Randbedingungen.Als Ergebnis wird gezeigt, dass bei üblicher Anwendung der Richtfunk die gesetzlichenGrenzwerte gegenüber unbeteiligten Personen um Größenordnungen unterschreitet.7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic2 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitGesetzliche RegelungenDie Bedingungen zum Schutz von Personen in elektromagnetischen Feldern wurdevon der ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection)ausgiebig untersucht. Sie bilden die Basis für die Empfehlung 1999/519/EC derEuropäischen Union, in der Grenzwerte der zulässigen Leistungsflussdichte empfohlenwerden. Richtfunk fällt in den Frequenzbereich 2 GHz bis 300 GHz mit einemGrenzwert von 10 W/m². Diese Leistungsflussdichte kann umgerechnet werden in eineelektrische Feldstärke von 61 V/m und eine magnetische Feldstärke von 0,16 A/m.Grenzwerte zumPersonenschutzSAR [W/kg]Leistungsflussdichte[W/m²]Ganzkörper Kopf, Rumpf0,01 .. 2 GHz 0,08 2 -2 .. 10 GHz 0,08 2 1010 .. 300 GHz - - 10Diese europäische Festlegung bildet in Deutschland die Basis für umfangreiche Gesetzedie - nach aktuellem Stand der Wissenschaft - ein Höchstmaß an Sicherheitfunktechnischer Anlagen gewährleisten. Auf den Internetseiten der zuständigenBundesnetzagentur 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 undGesetze allgemein zugänglich. Speziell zu dem Thema EMV (Elektro-MagnetischeVerträglichkeit) gibt es hierzu umfangreiche Dokumente und Informationen, die abermeistens unter dem Stichwort “Mobilfunk” zu finden sind.http://www.bmwi.de/BMWi/Navigation/Wirtschaft/Telekommunikation-und-Post/mobilfunk.htmlDas zentrale Thema bei der Genehmigung und damit bei der Überwachung derEinhaltung der Gesetze ist die sogenannte Standortbescheinigung:http://www.bmwi.de/BMWi/Navigation/Wirtschaft/Telekommunikation-und-Post/mobilfunk,did=188026.htmlWeiterhin interessant ist die allgemein abrufbare und gut aufbereitete Datenbank derStandorte von Sendestationen in Deutschland, die zum Herumsuchen einlädt:http://emf.bundesnetzagentur.de/gisinternet/index.aspx?User=1000&Lang=deDie Funktechnischen Anlagen der Firma Ericsson GmbH erfüllen alle notwendigenAnforderungen und Gesetze für einen Betrieb in Deutschland. Die Beantragungeinzelner Anlagen unterliegt jedoch der Pflicht des jeweiligen Netzbetreibers.Bewertung von RichtfunkIm folgenden wird versucht, eine verständliche Bewertung der Einflüsse von elektromagnetischenFeldern von Richtfunkanlagen auf Personen zu geben. Im Anhangwerden dann die technischen Grundlagen eingehender erläutert.7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic3 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitRichtfunkanlagen haben eine geringe SendeleistungRichtfunkanlagen senden mit einer geringen maximalen Sendeleistung von wenigerals 100 mW bis zu 1 Watt pro Träger. Die Sendeleistung der Richtfunkanlagen wirdzudem bei guten Wetterbedingungen - also im Normalfall - auf wenige Prozent dermaximalen Sendeleistung reduziert. Die maximale Sendeleistung wird nur bei sehrschlechten Wetterbedingungen, etwa Platzregen, kurzzeitig erreicht. Bei diesen Wetterbedingungenwerden aber die Funkwellen während der Ausbreitung bedämpft.Richtfunkanlagen haben eine gerichtete AbstrahlcharakteristikRichtfunkantennen haben einen sehr hohen Bündelungsgewinn. D.h. die Strahlenwerden mit einem Öffnungswinkel von 1 .. 4° in Hauptstrahlrichtung abgestrahlt. DieForm der Antennen, hauptsächlich Parabolantennen und Muschelantennen, gewährleistet,dass der größte Teil der Sendeleistung vom Brennpunkt aus in die Hauptstrahlrichtungabgestrahlt wird. Außerhalb des Hauptstrahlwinkels nimmt die abgestrahlteLeistung rapide ab.Im Gegensatz zum offensichtlichen Augenschein sind große Antennendurchmesserkein Synonym für eine hohe Sendeleistung, sondern bewirken sendeseitig einebessere Bündelung und eine stärkere Dämpfung außerhalb der Hauptstrahlrichtung.Außerdem wird im Nahfeld, also unmittelbar vor der Antenne, die verfügbare Sendeleistungauf 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 SichtverbindungGrundvoraussetzung für die Funktion von Richtfunkanlagen ist eine unmittelbareSichtverbindung zwischen Sendeantenne und Empfangsantenne. Deswegen wirdbereits bei der Planung der Antennenanlagen eine bestimmte Mindesthöhe festgelegt.Diese stellt sicher, dass möglichst der komplette Strahlengang (1. Fresnelzone) dervon der Sendeantenne abgestrahlt wird, auch bei der Empfangsantenne ankommt undsich somit keine störenden Gegenstände im Funkfeld befinden. Störend sind z.B. Gebäude,Baumbewuchs oder Geländeerhebungen, die von den Funkwellen kaumdurchdrungen werden können.Deshalb halten sich prinzipbedingt keine Personen über längere Zeit imHauptstrahlengang von Richtfunkanlagen auf.Starke Abschwächung der Funkwellen durch FreiraumdämpfungJe größer die Entfernung zwischen zwei Endpunkten einer Richtfunkstrecke, destogeringer ist die Leistung, die tatsächlich an der Empfangsantenne ankommt. Zumeinen werden die Wellen in der freien Atmosphäre durch Gase und andere Partikelgedämpft. Zum anderen wird die abgestrahlte Leistung bedingt durch den Öffnungswinkelauf eine immer größere Fläche verteilt (Leistungsflussdichte). Die dadurchbedingte Abschwächung verhält sich quadratisch zur Entfernung - die Leistungsflussdichtesinkt z.B. auf ein Viertel bei doppelter Entfernung.7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic4 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitDeswegen werden für die Überbrückung größerer Entfernungen größere Antennenverwendet.Funkwellen werden durch Gebäude erheblich gedämpftEbenso wie Gebäude nicht innerhalb des Hauptstrahls liegen dürfen, so stellenZiegelsteine, Glas, Beton, usw. ein erhebliches Hindernis für Funkwellen dar. Damitwerden in - planungsgegeben außerhalb des Hauptstrahls liegenden - Wohnungen diebereits sehr niedrigen Leistungsflussdichten noch weiter abgesenkt.Unser FazitDer Einfluss von Richtfunkwellen auf Orte, an denen sich Personen längere Zeitaufhalten, ist extrem niedrig, wenn man sich sämtliche Randbedingungen vorAugen führt. Die typischen Leistungsflussdichten liegen um mehrereGrößenordnungen unter den Grenzwerten von ICNIRP/WHO, EU und nationalerRegulierung.Der SAR-Wert von 0,2 nW/kg für einen im Anhang berechneten Beispielfall liegtalso 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 kHzbis 10 GHz.7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic5 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitAnhangRichtfunk – was ist das?Wie schon aus der Namensgebung erkenntlich, werden im Richtfunk Nutzdaten gezieltzwischen zwei Stationen übertragen, normalerweise im Vollduplex-Modus. Die übertragenenDatenraten pro Träger gehen von 2 Mbit/s bis zu >155 Mbit/s. Während alsodie übertragbaren Datenraten niedriger liegen als bei Glasfaserstrecken, ist für denAufbau einer Richtfunkstrecke lediglich die Installation der beiden Stationen notwendig,nichts jedoch auf der dazwischenliegenden Strecke. Die Standorte müssenjedoch so gewählt sein, dass eine freie Sichtverbindung ohne Hindernisse möglich ist.In langjährigen Statistiken der Netzbetreiber weisen Richtfunkstrecken eine ausgezeichneteZuverlässigkeit auf, während Kabel häufiger dem Risiko einerBeschädigung durch Erdarbeiten ausgesetzt sind.Seit Jahrzehnten wird Richtfunk eingesetzt, heute beginnen die für den Richtfunkgenutzten 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 vergleichsweisekleine AntennenDiese Punkte weisen auf den sinnvollen Gebrauch des Frequenzspektrums hin:mobile Anwendungen - auch innerhalb von Gebäuden - bevorzugt unterhalb von3 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 Funktürmeninstalliert sind. Durch die niedrigere Regendämpfung im Frequenzbereich von3 bis 13 GHz können Reichweiten bis zu 100 km erzielt werden. Bei diesen Entfernungenwirkt bereits die Erdkrümmung, deshalb sind hohe Standorte der Antennennotwendig. Weitverkehr-Richtfunk wird innerhalb von Fernmeldenetzen eingesetzt,also nicht direkt zum Endteilnehmer.Kurzstrecke (Short-Haul) wird im Zugangsbereich eingesetzt, also z.B. für die Anbindungvon Mobilfunk-Basisstationen oder zwischen zwei Firmenstandorten. InDeutschland liegen die möglichen Frequenzen bis über 38 GHz, durch die höhereRegendämpfung betragen die Reichweiten einige Kilometer.Punkt zu Mehrpunkt (P MP) Systeme werden für noch kürzere Strecken im Teilnehmer-Anschlussbereichoder wiederum zur Anbindung von Mobilfunk-Basisstationeneingesetzt. In Deutschland sind mehrere Frequenzbereiche zwischen 3,5 GHz und32 GHz vorgesehen für derartige Systeme, bei denen mehrere Teilnehmerstation miteiner gemeinsamen Basisstation verbunden sind.7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic6 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitRichtfunkkonzeptAbbildung 1 zeigt das Übertragungsprinzip beim Richtfunk:MODDE-MODDE-MODMODAbbildung 1Schematisches Modell der ÜbertragungDer digitale Nutzdatenstrom wird im Modulator auf einen Sendeträger aufmoduliert.Häufig geschieht dies in einem niedrigeren Frequenzbereich von einigen MHz, deshalbmuss der modulierte Träger anschließend auf die eigentliche Sendefrequenzumgesetzt werden. Im anschließenden Sendeverstärker wird der Träger auf die erforderlicheSendeleistung PTx verstärkt und über die Antenne gebündelt in Richtungder Gegenstation abgestrahlt.Bei der Gegenstation bündelt die Antenne das schwache Empfangssignal auf denAntennenerreger, es wird verstärkt, in der Frequenz herabgesetzt und zu den ursprünglichenNutzdaten demoduliert.In Gegenrichtung (Vollduplex) wird ein entsprechender Signalpfad aufgebaut.Wesentlich für unsere Betrachtung sind Sendeleistung, Antennencharakteristik,Strahlungsleistung und über allem die Frequenzökonomie:FrequenzökonomieDas Frequenzspektrum gehört zu den “nicht vermehrbaren” Gütern. Deshalb wirdsowohl von der Regulierungsbehörde als auch von Betreibern und Herstellern derverantwortungsvollen Nutzung des Spektrums und den technischen Voraussetzungendazu ein sehr hoher Stellenwert eingeräumt. Frequenzökonomie beinhaltet mehrereAspekte:Die Modulationseffizienz gibt an, welche Trägerbandbreite für die zu übertragendeDatenrate benötigt wird. Übliche Modulationsverfahren sind QPSK mit einer theoretischenModulationseffizienz von 2 bit/s/Hz, 16QAM mit 4 bit/s/Hz, 64QAM mit6 bit/s/Hz und 128 QAM mit 7 bit/s/Hz. Während also bei QPSK zur Übertragung einesTrägers mit einer Nutzdatenrate von 34 Mbit/s eine Bandbreite von 28 MHz benötigtwird, kann mittels 128QAM in der gleichen Bandbreite ein STM-1 Signal mit 155 Mbit/sübertragen werden. Durch zusätzliche Kodierung für Fehlerkorrektur ist die tatsächlicheModulationseffizienz geringer als die theoretisch mögliche, aller-dings wird diesdurch eine bessere Robustheit gegen Störer mehr als wettgemacht.Grundsätzlich wird mit steigendem Modulationsgrad eine besseres Signal-zu-Rauschverhältnisbenötigt, d.h. es wird eine höhere Empfangsleistung des Trägers benötigt.Um dies zu erreichen, werden eher größere Antennen eingesetzt als eine Erhöhungder Sendeleistung.7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic7 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitWeiterhin steigen mit zunehmendem Modulationsgrad die qualitativen Anforderungenan sämtliche digitalen und analogen Baugruppen einer Richtfunkstation mit entsprechendemKostenaufwand.Vermeidung von Interferenz durch ausgeklügelte Streckenplanung und Zulassung nursolcher Richtfunkanlagen, die den strengen Kriterien der nationalen Regulierungsbehördeentsprechen. Unter Interferenz versteht man ein Störsignal innerhalb deseigentlich zugewiesenen Frequenzkanals, das den Empfang des gewünschtenTrägers erschwert oder unmöglich macht. Wesentlich für die Minimierung von Interferenzsind stark bündelnde Antennen, gute Empfangsselektion, Einhaltung desSendespektrums, und eine möglichst geringe Sendeleistung mit adaptiver Nachregelungunter Schlechtwetterbedingungen.Die Zielsetzung besteht also darin, die gleiche Frequenz auf einer weiteren Richtfunkstreckemit möglichst geringem räumlichen Abstand wiederverwenden zu können.SendeleistungTrotz der hohen Übertragungsdatenrate und der großen Reichweiten werden imRichtfunk nur niedrige Sendeleistungen benötigt. Dies ist nur möglich durch starkbündelnde Antennen für Sender und Empfänger. Abbildung 2 zeigt einen Vergleich mitanderen Funkanwendungen.Die in die Antennen eingespeiste Sendeleistung bei Richtfunkanlagen liegt also selbstbei ausgesteuerter Regelung deutlich unter der eines Mobiltelefons.1 MWSichtverbindungnicht notwendigSichtverbindungnotwendigSendeleistung100 kW10 kW1 kW100 W10 WMW-Rundfunk-SenderVHF-Fernseh-SenderUKW-Rundfunk-SenderUHF-Fernseh-SenderMobilfunk-BasisstationMW-Herdstark bündelndeAntennen1 WMobil-Telefon100 mW10 mWWLANWeit-verkehr-RichtfunkKurz-strecken-Richtfunk1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHzFrequenzAbbildung 2Sendeleistungen (logarithmische Skalierung)Um potentielle Interferenzen in andere Richtfunkstrecken gering zu halten, wird beiguten Ausbreitungsbedingungen - im Schönwetterfall - die Sendeleistung erheblich(15 dB und mehr) abgesenkt.7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic8 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitAntennen für RichtfunkIm Richtfunk werden stark bündelnde Antennen eingesetzt, um• die kostbare Sendeleistung möglichst gezielt auf die Empfangsantenne zurichten• wie mit einem Hohlspiegel die niedrige Empfangsleistung auf den Antennenerregerdes Empfängers zu konzentrieren• Interferenz durch unerwünschte Sender und Empfänger außerhalb desHauptstrahls zu unterdrückenDie Bündelung des Hauptstrahls und damit die Unterdrückung sämtlicher Signaleaußerhalb des Strahls wird umso besser, je größer das Verhältnis von Antennendurchmesserzur Wellenlänge wird.Im Fernfeld der Antenne wird deren Öffnungswinkel, innerhalb dessen die maximaleStrahlungsleistung auf die Hälfte gesunken ist, berechnet mit:λθ 3dB= 70 ⋅ [Grad]Dmitλ = WellenlängeD = AntennendurchmesserDer maximale Antennengewinn in Hauptstrahlrichtung kann näherungsweiseerrechnet 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 imHauptstrahl konzentriert. Entsprechend wird außerhalb des Hauptstrahls dieStrahlungsleistung abgesenkt. D.h. wenn man sämtliche abgestrahlten Leistungsanteileüber sämtliche Richtungen einer fiktiven Kugeloberfläche, in deren Zentrum dieSendeantenne liegt, aufaddiert,erhält man die ursprünglichKurzstreckenrichtfunk26 GHzeingespeiste SendeleistungWellenlänge1,15 cmabzüglich etwaiger Verluste.Antennendurchmesser60 cmHalbwertsbreite:Gewinnca. 1,35 Gradca. 42 dBiDie typische Antenne nachAbbildung 3 zeigt im Winkelbereichvon 15 bis 55 Grad von derHauptstrahlrichtung eine AbsenkungBeispiel 1 Typische Antennenparametervon 42 dB; da der Maximalgewinn 42 dBi beträgt, hat die Antenne in diesemWinkelbereich 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 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic9 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitAbbildung 3Charakteristik einer 0,6 m ParabolantenneÄquivalente StrahlungsleistungEin in der Funktechnik häufig verwendeter Begriff ist die äquivalente Strahlungsleistung,oder „E.I.R.P = effective isotropically radiated power“. Dieser Parameter gibteine fiktive Strahlungsleistung in einer Richtung an, und darf nicht mit der Sendeleistungverwechselt werden.Der Antennengewinn wird üblicherweise bezogen auf einen isotropen Strahler (Kugelstrahler),d.h. auf eine fiktive Antenne, die ohne Verluste die eingespeiste Leistung insämtliche Richtungen gleichmäßig verteilt. Die in einen isotropen Strahler einzuspeisendefiktive Leistung ist:E . I . R . P = P × TxGD.h. die E.I.R.P. entspricht derLeistung, die in einen Kugelstrahlereinzuspeisen wäre, umin der betrachteten Richtung diegleiche Feldstärke zu erzeugen,wie mit der tatsächlichenAntenne und der tatsächlichenSendeleistung.Sendeleistung17 dBmentspricht0,05 WattAntennengewinn (in Hauptstrahlrichtung) 42 dBientspricht Faktor 15 850E.I.R.P. (in Hauptstrahlrichtung)59 dBmentspricht792 Wattfiktiver Rechenwert - tritt nicht tatsächlich auf !Beispiel 2 E.I.R.P.In unserem Beispiel einer 0,6 mAntenne an einem Kurzstreckenrichtfunksystem im 26-GHz-Bereich mit einermaximalen Sendeleistung von 17 dBm gilt die Rechnung von Beispiel 2:7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic10 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitNur im Zentrum des 1,35 Grad breiten Strahles tritt diese E.I.R.P. auf, und auch nurbei extremem Wetter, da ansonsten die Sendeleistung erheblich verringert wird. Unmittelbaraußerhalb 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 auftretendeLeistung kann nicht größer werden als die Sendeleistung von 50 mW(sonst hätte man ein Perpetuum Mobile erfunden).LeistungsflussdichteMaßgeblich für Personenschutzwerte ist dieLeistungsflussdichte in einer bestimmtenEntfernung und Winkel von der Sendestation.Eine Vorstellung zur Definition derLeistungsflussdichte ist in Abbildung 4dargestellt. Als Leistungsflussdichte gilt dieAufsummierung sämtlicher Strahlungsleistung,welche eine (gedanklich) quer zurAusbreitungsrichtung aufgespannte Flächevon 1 m² durchläuft. Eine Leistungsflussdichtevon 10 W/m² bedeutet also, dassdiese fiktive Fläche von 1 m² durchströmtwird von einer Leistung von 10 Watt.1 m1 mAbbildung 4 LeistungsflussdichteLeistungsflussdichte ist also immer bezogen auf eine Flächeneinheit. Die gleicheLeistungsflussdichte von 10 W/m² tritt z.B. auf, wenn eine Leistung von 0,1 W eineFläche von 10 x 10 cm² durchstrahlt.Um die Leistungsflussdichte in einer bestimmten Entfernung r von der Sendeantennezu berechnen, wird im Gedankenmodell die entsprechende Leistung, die in einen isotropenStrahler einzuspeisen wäre, gleichmäßig über eine Kugeloberfläche verteilt.Mittelpunkt dieser Kugel ist die Sendestation, Radius der Kugel ist der Abstand des zuuntersuchenden Standorts vom Sender. Die Kugeloberfläche errechnet sich zuA = 4π⋅ rDie Leistungsflussdichte am Standort kann also ermittelt werden mittels:PPFD =Tx⋅G24π⋅ rAntenne2Es ist zu beachten, dass der Antennengewinn sehr stark winkelabhängig ist, und auchdie Sendeleistung üblicherweise witterungsabhängig ist.7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic11 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitIn 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 Leistungsflussdichtein einer Entfernung von 10 m die Rechnung nach Beispiel 3.Die Kugeloberfläche verhältsich quadratisch zum Radius,somit sinkt die Leistungsflussdichteerheblich mit zunehmenderEntfernung (inunserem Beispiel z.B. auf0,06 W/m² bei 32 m Abstandin Hauptstrahlrichtung).Sendeleistung17 dBmAntennengewinn (15 .. 55 Grad)0 dBientspricht Faktor 1E.I.R.P. (15 .. 55 Grad)Radius des fiktiven Kugelstrahlers17 dBm10 mOberfläche des fiktiven Kugelstrahlers 1257 m²entspricht31 dB(m²)Leistungsflussdichte (15 .. 55 Grad)entsprichtBeispiel 40,04 mW/m²-44 dB(W/m²)PFD außerhalb HauptstrahlrichtungDie Dimension „Watt pro Quadratmeter“ darf nicht zu Irritationen führen. Tatsächlichtritt diese Leistungsflussdichte nur innerhalb weniger Quadratzentimeter auf.0,63 Watt/m² über einen vollen Quadratmeter würden nämlich eine Sendeleistung vonüber 0,6 W erfordern, während in unserem Beispiel der Sender tatsächlich nur 0,05 Wbei voller Aussteuerung liefern kann.Die Hauptstrahlrichtung und einzusätzlicher Umgebungsbereich(erste Fresnelzone)müssen prinzipbedingt frei vonHindernissen bleiben.Bezüglich etwaigerAuswirkungen auf Personenmuss deshalb die Leistungsflussdichteaußerhalb derHauptstrahlsichtung, also ineinem bestimmten Winkel dazu,betrachtet werden.Sendeleistung17 dBmAntennengewinn (in Hauptstrahlrichtung) 42 dBientspricht Faktor 15 850E.I.R.P. (in Hauptstrahlrichtung)Radius des fiktiven Kugelstrahlers59 dBm10 mOberfläche des fiktiven Kugelstrahlers 1257 m²entspricht31 dB(m²)Leistungsflussdichte (in Hauptstrahlrichtung)entsprichtBeispiel 30,63 W/m²-2 dB(W/m²)PFD in HauptstrahlrichtungBeispiel 4 zeigt eine beispielhafte Berechnung der Leistungsflussdichte in einerAblage von 15° weg von der Hauptstrahlrichtung.Nahfeld - FernfeldDie Beispielrechnungen sind im „Fernfeld“ der Antenne durchgeführt, da nur dieses fürdiese Betrachtung relevant ist. Im „Nahfeld“ der Antenne ist die Leistungsflussdichtenicht entfernungsabhängig, sondern kann mittels Näherungsformel abgeschätztwerden:PDFnahP≈ 6,5 ⋅DTx2Antenne7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic12 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitUnmittelbar vor der Antenne-Öffnung errechnet sich also die Leistungsflussdichte ausder Sendeleistung, gleichmäßig verteilt über die Antennenfläche, und einem empirischermittelten Korrekturfaktor (ETSI Technical Report TR 102 457).Der Übergang von Nah- ins Fernfeld findet einige Metern vor der Antenne statt beiR =2⋅ Dλ2AntenneFür diese Betrachtung wird das Nahfeld nur der Vollständigkeit halber erwähnt, aufgrundder Notwendigkeit einer Sichtverbindung zwischen beiden Richtfunkstationenmuss das Nahfeld grundsätzlich freigehalten werden.PlanungsbeispielAbbildung 5 zeigt zwei Verwaltungsgebäude,die durcheine Richtfunkstrecke verbundensind, und ein dazwischenliegendes Wohnhaus. InBeispiel 5 soll die elektromagnetischeBeeinflussung inder obersten Wohnungerrechnet werden:Als Ergebnis liegt dieLeistungsflussdichte außerhalbder Wohnung um denFaktor 6 000 000 niedriger alsder gesetzliche Grenzwert von10 W/m², innerhalb der Wohnungsogar um Faktor 600Millionen (!) niedriger. Umgerechnetals SAR-Wert, d.h.auf die absorbierte Leistungpro kg Körpermasse, ergibtsich ein Wert von0,000 000 000 2 Watt jeKilogramm.Entfernung Antenne - Wohnung (r)Winkel vom Hauptstrahl (α)SendeleistungAbbildung 5Antennengewinn (15 .. 55 Grad)E.I.R.P. (15 .. 55 Grad)Radius des fiktiven Kugelstrahlers50 m30 Grad17 dBm0 dBi17 dBm50 mOberfläche des fiktiven Kugelstrahlers 31 416 m²Leistungsflussdichte(Außenwand der Wohnung)entspricht0,0016 mW/m²-58 dB(W/m²)Dämpfung der Hausaußenwände(geschätzt bei 26 GHz)20 dBentspricht Faktor 0,01Leistungsflussdichte in der Wohnungentspricht0,016 µW/m²-78 dB(W/m²)MenschProjektionsfläche 1 m²Masse75 kgSAR (Specific Energy Absorbtion Rate)Beispiel 5Typische Gebäudekonfiguration0,2 nW/kgPlanungsbeispiel für WohnungDamit wird selbst für diese ungünstige Beispiel-Konfiguration gezeigt, dass üblicheAnwendungen von Richtfunk die gesetzlichen Grenzwerte gegenüber unbeteiligtenPersonen um Größenordnungen unterschreiten.7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic13 (14)

Richtfunk und UmweltverträglichkeitEricsson GmbHStandort BacknangGerberstr. 33DE-71522 Backnang, DeutschlandTelefon +49 71 91/ 13-0Fax +49 71 91/ 13-3212http://www.ericsson.com/de/7/221 09-FGB 101 004 Rev A 11.04.2008 © Ericsson GmbH 2008EDD/FP Wolfgang RümmerPublic14 (14)