Fig. 1 Copertura operativa dei radar del SIMC. Fig. 2 Radar di Gattatico visto dal Museo Cervi

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1 Sorveglianza fisica ambientale sulle emissioni elettromagnetiche provenienti dai Radar in uso al Servizio Idro-Meteo-Clima di ARPA della Regione Emilia Romagna P. Zanichelli, M. Fraschetta 1, M. Tiberti, S. Righi 2, M. Poli, S. Violanti 1 ARPA Emilia Romagna - sezione provinciale di Reggio Emilia (1) ARPA Emilia Romagna - sezione provinciale di Piacenza (2) ARPA Emilia Romagna SIMC La rete radarmeteorologica della Regione Emilia Romagna è gestita dal Servizio Idro- Meteo-Clima (SIMC) di ARPA ed è costituita da due radar: il primo, situato a San Pietro Capofiume in Comune di Molinella (BO), è attivo dal 1990, il secondo, collocato in Comune di Gattatico (RE), è invece operativo dal Nonostante l attivazione di quest ultimo segua a più di un decennio quella di San Pietro Capofiume, i due radar sono gemelli con operatività nella banda C alla frequenza di circa 5.5 GHz, tipica per queste applicazioni. La prerogativa della rete è quella di fornire sul territorio regionale dati areali in tempo reale dell intensità delle nubi e delle precipitazioni in atto, con una risoluzione spaziale che all occorrenza può risultare inferiore al km 2. La portata utile per la stima quantitativa delle precipitazioni è di circa 125 km di raggio (Fig. 1 cerchi rossi), mentre si estende fino a 250 km per informazioni qualitative (Fig. 1 Cerchi blu). I due radar forniscono inoltre i dati sul campo di vento e l identificazione delle idrometeore presenti nelle nubi, distinguendo tra precipitazione liquida, grandine e neve. Fig. 1 Copertura operativa dei radar del SIMC Il Comune di Gattatico, con l attivazione nel 2002 del radar, si è premurato, fin da subito, di stipulare un accordo con ARPA per la sorveglianza fisica periodica delle emissioni elettromagnetiche. L accordo prevede l esecuzione, con periodicità annuale, di rilevamenti strumentali rivolti alla quantificazione delle esposizioni della popolazione residente nell area. Per il radar di San Pietro Capofiume, probabilmente perché installato in anni in cui la problematica inerente le emissioni elettromagnetiche non era ancora così sentita e alla ribalta della cronaca, non è in vigore un analogo accordo con il Comune di Molinella ed i controlli sono eseguiti più saltuariamente. Quanto riportato in seguito si riferisce pertanto al sito di Gattatico, con l illustrazione dei rilevamenti più recenti. Il radar (Fig. 2) sorge in una zona a vocazione agricola in prossimità di un luogo di storica memoria: la casa dove vissero i 7 fratelli Cervi, barbaramente trucidati dai nazifascisti nel La casa colonica, da tempo recuperata, è sede dell Istituto Cervi e dell omonimo Museo dedicato al mondo agricolo rurale del passato. Il Museo è frequentato da molti visitatori ed in particolare da gruppi di studenti di scuole elementari e superiori. Per tale ragione e per la maggiore prossimità alla sorgente (circa 80 m) rispetto agli altri edifici circostanti, l area del Museo Cervi è stata individuata come sede di un punto di rilevamento dell esposizione. Un altro punto è stato individuato in corrispondenza dell abitato più vicino (distante circa 1.2 km), costituito dalla frazione Fig. 2 Radar di Gattatico visto dal Museo Cervi

2 Caprara del Comune di Campegine. Un ulteriore punto è stato collocato nella frazione Taneto del Comune di Sant Ilario d Enza e la sua distanza dalla sorgente è di circa 3.6 km (Fig. 3). Tutti i punti di rilievo sono stati individuati in modo da essere in visibilità ottica con il radar. Inoltre, quello di Taneto, nonostante la ragguardevole distanza (3.6 km), ha la peculiarità di trovarsi circa 12 m più in alto rispetto agli altri due, in quanto collocato a monte. Tale caratteristica comporta, in questo punto, che l antenna di misura del segnale radar, tenuto conto della sua installazione su palo telescopico di 10 m, sia quasi all altezza del centro elettrico del paraboloide del radar. Tab. 1 Principali caratteristiche del Radar Fig. 3 Radar e p.ti rilievo di rilievo Le principali caratteristiche radioelettriche del radar sono riportate nella Tabella 1. Sono possibili diverse modalità operative che vengono selezionate da remoto a seconda delle esigenze investigative dettate dalle condizioni meteo. Per esempio, in caso di tempo perturbato, il ciclo di lavoro è più gravoso ed il radar è attivo 10 minuti ogni 15. Comunque sia la sequenza di perlustrazione del cielo ha inizio da un alzo minimo di +0.5 sopra l orizzonte. Sequenze al di sotto di tale valore sono possibili solo attraverso intervento manuale dell operatore. La gestione del radar da parte del SIMC di ARPA ha permesso di effettuare una prima serie di rilievi in sala apparati. In particolare, su un punto di prelievo in guida d onda (Fig. 4), sono stati acquisiti e verificati i dati inerenti il set di esercizio del radar utilizzato poi successivamente per i rilievi ambientali. Come riscontrato dal rilievo effettuato con le apparecchiature illustrate nelle figure 6 e 7, si è trovata un ottima corrispondenza tra Fig. 4 Sala apparati radar e p.to di prelievo in guida d onda quanto impostato ed i valori

3 misurati: frequenza di esercizio 5.45 GHz; potenza transitante m ( W); durata degli impulsi a metà altezza 1.49 µs; PRF Hz. Con questo set, a cui si deve aggiungere un periodo di rotazione dell antenna di circa 32 s, sono dunque stati effettuati i rilevamenti strumentali nei punti sopra menzionati. L antenna di misura (R&S HL050) è stata collocata su palo telescopico ad una altezza dal suolo di 10 m (Fig. 5). Tale scelta, oltre a permettere di valutare l esposizione, in senso conservativo, in corrispondenza dei piani più alti dell edificato tipologico circostante, ben realizza anche le condizioni di campo imperturbato previste dalla norma CEI A scopo comparativo, sono state allestite due distinte catene di misura. Il set illustrato in Fig. 6, si basa sull uso dello spettro analizzatore Agilent MXA mod. N9020A e permette di seguire la procedura descritta nel technical, scientific and research reports Vol. 2 n (2010) predisposto dal CNR-IFAC TR-08/009. Il set illustrato in Fig. 7, realizza invece una catena di misura completamente nel dominio del tempo e si basa sull uso del Detector Agilent mod. 8474B e dell oscilloscopio digitale LeCroy Wave Runner mod. 6050A. Entrambi i set di misura consentono, per vie indipendenti, di rilevare gli stessi parametri d interesse protezionistico. Questi sono costituiti dalla potenza di picco massima che illumina il punto di rilievo, la durata dell impulso, il periodo di ripetizione, il periodo di rotazione dell antenna ed il periodo di illuminamento dell antenna di misura. Fa eccezione la frequenza di esercizio del radar che nel caso della catena strumentale di Fig. 7 non è rilevabile. Il campo elettrico che investe l antenna di misura è dato dalla relazione: dove mr è la potenza letta all ingresso del ricevitore espressa in m ; l antenna e il ricevitore; Fig. 6 Set di rilievo mediante SSA AAR E( V / m) = 10 Fig. 5 Furgone attrezzato e palo telescopico per l esecuzione dei rilievi + + è l attenuazione, espressa in, introdotta tra AF è l antenna factor espresso in. Alla frequenza del radar il il suo valore è pari a 36.2 (m -1 ). L attenuazione del cavo vale invece 6.2. Per la catena strumentale di Fig. 7 è sempre possibile applicare la relazione (a). Occorre tuttavia conoscere la curva che rappresenta la tensione in uscita dal detector in funzione della potenza applicata al suo ingresso. Tale curva, mostrata in Fig. 8 è stata ottenuta sperimentalmente mediante l uso del mr AAR 20 AF a

4 generatore Agilent MXG mod. N5182A, settato con parametri analoghi a quelli di esercizio del radar. Fig. 7 Set di rilievo mediante Detector e Oscilloscopio Output Voltage (mv) Curva di risposta del Coaxial Detector Agilent 8474B con opzione 8474B-102 optimal square-law loads alla frequenza di 5.45 GHz e impulsi di 2 µs (T = 1ms) Input Power (m) Fig. 8 Curva di calibrazione del Detector con op. 102 Risultati e conclusioni In questo caso, il valore mr rappresenta la potenza in ingresso al detector, dedotta dalla tensione misurata con l oscilloscopio. A tale potenza devono essere sommati i di attenuazione introdotti dal cavo e dall attenuatore. L oscilloscopio dispone di una discreta profondità di memoria che, associata ad una adeguata velocità di campionamento, consente in un unica rotazione dell antenna radar, di acquisire tutti i parametri d interesse. Inoltre, con la funzione di segmentazione della memoria è facilmente misurabile anche il periodo di rotazione dell antenna. Nelle figure da 9 a 13 sono riportati alcuni screen image delle acquisizioni dei parametri temporali inerenti la durata degli impulsi, il relativo periodo di ripetizione e quello di rotazione dell antenna. I dati non mostrano sostanziali differenze nei valori riscontrati con entrambe le catene di rilevamento e risultano in ottimo accordo con quelli di set del radar. Gli scarti sono infatti contenuti entro il 2-3 %. Per quanto riguarda il rilevamento del tempo di illuminamento del punto di rilievo, sono stati effettuati rilievi solo con la catena di Fig. 7 ed il relativo risultato è riportato in Fig. 14. Si noti che dalle caratteristiche radioelettriche del radar (Tab. 1), l apertura del lobo principale a 3, è di 0.9, mentre dal rilievo risulta un apertura di 0.99, con uno scarto, rispetto ad dichiarato, inferiore al. In riferimento ai rilievi per la determinazione delle intensità dei Campi Elettrici che investono l antenna di misura, attraverso l equazione (a) precedente, sono stati calcolati i valori riportati nella Tab. 2. Interessante notare che le due metodiche di rilievo evidenziano valori in ottimo accordo, con scarti inferiori al nei p.ti di Caprara e Taneto e di 1.1 c/o il Museo Cervi.

5 In riferimento agli aspetti di protezione della popolazione dalle emissioni elettromagnetiche rilevate provenienti dal radar, i dati riportati nelle Tab. 2 e 3, evidenziano un ampio margine di sicurezza rispetto a quanto previsto dagli standard di riferimento (ICNIRP e Raccomandazione dell Unione Europea 12/07/1999) e sono in linea con quelli rilevati nelle precedenti campagne di misura. Fig. 9 Rilevamento del Periodo di ripetizione Valore ms - Rif. Cat. misura Fig. 6 Fig. 10 Rilevamento della durata degli impulsi Valore µs - Rif. Cat. misura Fig. 6 Fig. 11 Rilevamento del periodo di ripetizione e della durata degli impulsi - Rif. Catena di misura Fig. 7 Valore periodo ripet. Impulsi: 1.66 ms; Valore durata impulsi: µs Fig. 12 Rilevamento del periodo di rotazione dell antenna Valore s - Rif. Catena di misura Fig. 6 Fig. 13 Rilevamento del periodo di rotazione dell antenna Valore s - Rif. Catena di misura Fig. 7

6 Misura apertura lobo principale a ms corrispondenti a 0.99 Fig. 14 Rilevamento del tempo di illuminamento del p.to di rilievo - Rif. Catena di misura Fig. 7 Valore a 3 pari a 90 ms; Valore al livello di sensibilità: 184 ms Specifiche inerenti p.to rilievo Specifiche inerenti set di esercizio radar a integrazione di quelle indicate nel testo Risultati dei rilievi - Confronto dei Campi Elettrici di Picco P.to rilievo Distanza da radar (m) Potenza di picco radar in antenna (kw) Velocita' rot. Antenna (gradi/s) Tilt radar (gradi) Campo Elettrico di picco misurato Catena Fig. 6 (SSA) (V/m) Campo Elettrico di picco misurato Catena Fig. 7 (OSC) (V/m) 1 - Museo Cervi Caprara Taneto Tab. 2 Confronto dei risultati dei rilievi in termini di Campo Elettrico di Picco Specifiche inerenti p.to rilievo Risultati dei rilievi Campi elettrici mediati ad antenna ferma e rotante 1 P.to rilievo Distanza da radar (m) E medio 6 min antenna ferma (V/m) E medio 6 min antenna rotante (V/m) 1 - Museo Cervi Caprara Taneto Tab. 3 Valori massimi dei Campi Elettrici mediati ad antenna ferma e rotante 1 Nell ipotesi cautelativa del mantenimento del Tilt indicato nella Tab. 2, utilizzando i valori di picco più elevati determinati con i due set di misura ed un tempo di illuminamento di 200 ms

7 Bibliografia [1] M. Bini, A. Ignesti, C. Riminesi: Misure sul Radar Meteorologico di Gattatico (Reggio Emilia) Technical, Scientific and Research reports Vol. 2 n (2010), CNR- IFAC TR-06-1/009; [2] M. Bini, A. Ignesti, C. Riminesi: Procedura per la misura di Campi EM emessi da impianti Radar utilizzabile in campagne di Sorveglianza Fisica Ambientale Technical, Scientific and Research reports Vol. 2 n (2010), CNR-IFAC TR-08/009; [3] M. Bini, A. Ignesti, C. Riminesi: Misure sul Radar di Maccarese (Fiumicino -Roma) Technical, Scientific and Research reports Vol. 2 n (2010), CNR-IFAC TR-02-1/010; [4] M. Bini, A. Ignesti, C. Riminesi: Misura del campo EM emesso dal Radar Primario ATCR-33S installato presso l'aeroporto di Firenze-Peretola Technical, Scientific and Research reports Vol. 2 n (2010), CNR-IFAC TR-01/010; [5] Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici nell intervallo di frequenza 10 khz GHz, con riferimento all esposizione umana Norma CEI , Fascicolo 5909; [6] Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici nell intervallo di frequenza 10 khz GHz, con riferimento all esposizione umana Appendice B: Misura e valutazione del campo elettromagnetico emesso dagli impianti radar di potenza Norma CEI 211-7/B , Fascicolo 9167 [7] C. Riminesi: Introduzione al Radar: principio di funzionamento, radar a impulsi e doppler, esposizione provocata da un apparato radar Dispense CNR-IFAC 17 dicembre 2003; [8] D. Andreuccetti, M. Bini, A. Ignesti, R. Olmi, R. Vanni: Sorveglianza Fisica di installazioni Radar Report N. EP/AO-I13 Giugno 1988 CNR-IROE