Misure sul radar meteorologico di Gattatico (RE) Misure sul radar ATC di Maccarese (Fiumicino, Roma) Claudio Baratta - ISPRA

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1 Misure sul radar meteorologico di Gattatico (RE) Misure sul radar ATC di Maccarese (Fiumicino, Roma) Claudio Baratta - ISPRA 1

2 Spettro di un treno di impulsi F F 2

3 Spettro di un treno di impulsi (2) Modulando con una portante sinusoidale a RF, lo spettro del treno di impulsi viene traslato dalla banda base in alta frequenza (e centrato attorno alla frequenza della portante sinusoidale a RF). 3

4 Setup di misura 4

5 Radar di Gattatico (RE) 5

6 Premessa Il radar in questione è un radar meteorologico gestito da remoto dall ARPA EMR. Nel suo uso comune ci sono due diverse modalità di funzionamento, una standard e una in condizioni di tempo perturbato. A seconda della modalità variano: tempo di attivazione del radar (2/15 min o 10/15 min) velocità di rotazione inclinazione dell antenna Durante i rilievi, per non allungare eccessivamente i tempi di misura, il radar è stato fatto ruotare con continuità alla velocità di 15 /s e ad elevazione fissa di 0,5. 6

7 Setup di misura Analizzatore di spettro R&S ESPI7 (9 khz 7 GHz) Sonda a spirale conica logaritmica Ailtech mod (1 10 GHz) Cavo coassiale tipo N, lunghezza 10 m 7

8 Definizione postazioni di misura 1. Parcheggio antistante il Museo Cervi (distanza dal radar: 72,5 m) 2. Parcheggio lato posteriore dell Hotel Valdenza (distanza dal radar: 1236 m) (Le misurazioni sono state effettuate il 4 giugno 2009) 8

9 Definizione punti di misura 9

10 Punto di misura 1 Misura della frequenza di lavoro del radar (5,45 GHz) RBW 30 khz VBW 100 khz SPAN 20 MHz trace Max Hold detector Max Peak 10

11 Punto di misura 1 Misura della potenza di picco (-15,25 dbm) RBW 10 MHz VBW 10 MHz SPAN 50 MHz trace Max Hold detector Max Peak No desensitization 11

12 Punto di misura 1 Misura della durata dell impulso (a 3 db: 484 ns) RBW 10 MHz VBW 10 MHz SPAN zero (sintonizzati su f) sweep time 2 µs (scala temporale del fenomeno) trace Max Hold detector Max Peak trigger video (appena sotto il picco) + single sweep 12

13 Punto di misura 1 Misura del periodo di ripetizione degli impulsi (840 µs) RBW 10 MHz VBW 10 MHz SPAN zero (sintonizzati su f) sweep time 2 ms (scala temporale del fenomeno) trace Max Hold detector Max Peak trigger video (appena sotto il picco) + single sweep 13

14 Punto di misura 1 Misura del tempo di rotazione del radar (23,2 s) * in questo caso il radar è anche senza radome RBW 10 MHz VBW 10 MHz SPAN zero (sintonizzati su f) sweep time 50 s (scala temporale del fenomeno*) trace Max Hold detector Max Peak trigger video (appena sotto il picco) + single sweep 14

15 Punto di misura 1 Misura del tempo di illuminazione Questa grandezza è legata all angolo di illuminazione del sito esposto, grandezza che dovrebbe essere misurata in zona di campo lontano dove può essere approssimata alla larghezza del lobo principale a metà potenza (-3 db) del radar (come vedremo dopo). Il punto di misura 1 si trova in zona di campo vicino radiato e quindi la misura della potenza media che tiene in considerazione anche la rotazione dell antenna si sarebbe dovuta eseguire in modalità Channel Power. Per motivi di tempo ciò non è stato possibile. (Il tempo di illuminazione è stato invece misurato per il punto di misura 2). θ i 360 = T T i rot 15

16 Punto di misura 1: risultati [ ] E V m = 10 P dbm + AE+ AC+ FA 13,01 20 Campo elettrico di picco: deve essere considerato il valore della potenza di picco valutato in precedenza (-15,25 dbm) E picco = 29,65 V/m Campo elettrico medio (solo modulazione impulsiva = radar fermo): deve essere applicato un fattore di correzione per il campo elettrico pari a τ E medio = 0,71 V/m T 16

17 Punto di misura 2 Non è necessario misurare di nuovo la frequenza della portante f, la larghezza degli impulsi τ, il periodo di ripetizione degli impulsi T e il tempo di rotazione del radar T rot che, ovviamente, sono rimasti gli stessi di quelli già rilevati nel punto di misura 1. Misura della frequenza di lavoro del radar (5,45 GHz) Misura della durata dell impulso (a 3 db, 484 ns) Misura del periodo di ripetizione degli impulsi (840 µs) Misura del tempo di rotazione del radar (23,2 s) 17

18 Punto di misura 2 Misura della potenza di picco (-19,43 dbm) RBW 10 MHz VBW 10 MHz SPAN 20 MHz trace Max Hold detector Max Peak No desensitization 18

19 Punto di misura 2 Misura del tempo di illuminazione (64 ms) θ i 360 = RBW 10 MHz VBW 10 MHz SPAN zero (sintonizzati su f) sweep time 2 s (scala temporale del fenomeno) trace Max Hold detector Max Peak trigger video (appena sotto il picco) + single sweep 19 T T i rot

20 Punto di misura 2: risultati [ ] E V m = 10 P dbm + AE+ AC+ FA 13,01 20 Campo elettrico di picco: deve essere considerato il valore della potenza di picco valutato in precedenza (-19,43 dbm) E picco = 18,32 V/m Campo elettrico medio: deve essere applicato un fattore di correzione per il campo elettrico pari a τ Ti E medio = 18, ,2 3 0,44 V/m (antenna ferma) = T V/m 20 T rot

21 Radar di Maccarese (Fiumicino, Roma) 21

22 Premessa Il radar in questione è un radar per il controllo del traffico aereo (in particolare un radar di rotta) sito nelle vicinanze dell aeroporto internazionale Leonardo da Vinci di Fiumicino (Roma). I parametri operativi del radar e la sua metodologia di funzionamento non sono disponibili. 22

23 Setup di misura Analizzatore di spettro R&S FSL18 (9 khz 18 GHz) Sonda a tromba ETS mod (750 MHz 18 GHz), Cavo coassiale Sucoflex 102A 23

24 Definizione postazione di misura Area in prossimità del cimitero di Maccarese (distanza dal radar: 950 m) (Le misurazioni sono state effettuate il 22 luglio 2009) 24

25 Definizione punto di misura 25

26 Punto di misura P Individuazione della frequenza di lavoro del radar RBW 3 MHz VBW 10 MHz SPAN 1 GHz Trace CLR/WRT poi Max Hold detector Max Peak 2 distinte frequenze 26

27 Punto di misura P Misura delle frequenze di lavoro del radar (f 1 = 1,27 GHz; f 2 = 1,33 GHz) Stringendo la RBW e lo SPAN, in modo da avere un maggiore potere risolutivo in frequenza (trascurando il fenomeno della desensitization non importante nella misurazione di questo parametro), si vede che le due frequenze su cui opera il radar sono, rispettivamente, f 1 = 1270 MHz ed f 2 = 1330 MHz. 27

28 Punto di misura P, frequenza f 1 Misura della potenza di picco (5,09 dbm) RBW 10 MHz VBW 10 MHz SPAN 50 MHz trace Max Hold detector Max Peak No desensitization 28

29 Punto di misura P, frequenza f 1 Misura della durata dell impulso (a 3 db: 1,44 µs) RBW 10 MHz VBW 10 MHz SPAN zero (sintonizzati su f) sweep time 10 µs (scala temporale del fenomeno) trace Max Hold detector Max Peak trigger video (appena sotto il picco) + single sweep 29

30 Punto di misura P, frequenza f 1 Misura del periodo di ripetizione degli impulsi (2,16 ms) RBW 10 MHz VBW 10 MHz SPAN zero (sintonizzati su f) sweep time 10 ms (scala temporale del fenomeno) trace Max Hold detector Max Peak trigger video (appena sotto il picco) + single sweep 30

31 Punto di misura P, frequenza f 1 Misura del tempo di rotazione del radar (10,59 s) RBW 10 MHz VBW 10 MHz SPAN zero (sintonizzati su f) sweep time 20 s (scala temporale del fenomeno) trace Max Hold detector Max Peak trigger video (appena sotto il picco) + single sweep 31

32 Punto di misura P, frequenza f 1 Misura del tempo di illuminazione (32,3 ms) θ i 360 = RBW 10 MHz VBW 10 MHz SPAN zero (sintonizzati su f) sweep time 500 ms (scala temporale del fenomeno) trace Max Hold detector Max Peak trigger video (appena sotto il picco) + single sweep 32 T T i rot

33 Punto di misura P, frequenza f 1 : risultati [ ] E V m = 10 P dbm + AE+ AC+ FA 13,01 20 Campo elettrico di picco: deve essere considerato il valore della potenza di picco valutato in precedenza (5,09 dbm) E picco = 9,52 V/m Campo elettrico medio: deve essere applicato un fattore di correzione per il campo elettrico pari a τ Ti E medio = 9,52 1,44 2, , ,59 3 0,25 V/m (antenna ferma) = T V/m 33 T rot

34 Punto di misura P, frequenza f 2 Per le misure alla frequenza f 2 è stata utilizzata una sequenza di operazioni che ricalcano passo per passo quelle descritte per la frequenza f 1. I parametri del radar misurati alla frequenza f 2 sono sostanzialmente analoghi a quelli rilevati alla frequenza f 1, eccetto la durata dell impulso τ e la potenza ricevuta. Misura della potenza di picco (2,97 dbm) Misura della durata dell impulso (a 3 db, 1,65 µs) Misura del periodo di ripetizione degli impulsi (2,18 ms) Misura del tempo di rotazione del radar (10,56 s) Misura del tempo di illuminazione (32,3 ms) 34

35 Punto di misura P, frequenza f 2 : risultati [ ] E V m = 10 P dbm + AE+ AC+ FA 13,01 20 Campo elettrico di picco: deve essere considerato il valore della potenza di picco rilevato (2,97 dbm) E picco = 7,46 V/m Campo elettrico medio: deve essere applicato un fattore di correzione per il campo elettrico pari a τ Ti E medio = 7,46 1,65 2, , ,56 3 0,21 V/m (antenna ferma) = T V/m T rot 35

36 Risultati (somma dei contributi) Campo elettrico di picco: devono essere sommati i contributi alle due frequenze f 1 e f E picco = 9,52 + 7,46 = 12,09 V/m Campo elettrico medio: devono essere sommati i due contributi alle due frequenze f 1 e f 2 E medio = 0, ,21 2 = 0,33 V/m (antenna ferma) E medio = (14 10 ) + ( ) = V/m 36

37 Confronto con la normativa Il DPCM 08/07/2003 (decreto applicativo della L.Q. n.36/2001) relativo alle RF non è applicabile agli impianti radar. Art.1 Campo di applicazione, comma 3: << I limiti e le modalità di applicazione del presente decreto, per gli impianti radar e per gli impianti che per la loro tipologia di funzionamento determinano esposizioni pulsate, sono stabilite con successivo decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri, ai sensi dell'art. 4, comma 2, lettera a), della legge 22 febbraio 2001, n.36 >>. 37

38 Confronto con la normativa (2) In ogni caso viene esplicitata (Art.1, comma 4) la possibilità di utilizzare la Raccomandazione Europea del 12 luglio 1999 (e quindi le Linee Guida ICNIRP del 1998) che, per i campi pulsati a frequenze comprese tra 10 MHz e 300 GHz, prescrive di adottare un valore limite per la densità di potenza di picco pari a 1000 volte il corrispondente valore limite della densità di potenza media (su 6 minuti) e, corrispondentemente, di adottare un valore limite per il campo elettrico di picco pari a 32 volte il corrispondente valore limite del valore efficace di campo elettrico. 38

39 Confronto con la normativa (3) Radar di Gattatico (f = 5,45 GHz) 1. E picco = 29,65 V/m E medio = 0,71 V/m (antenna ferma) 2. E picco = 18,32 V/m E medio = 0,44 V/m (antenna ferma) E medio = V/m Radar di Maccarese (f 1 = 1,27 GHz, f 2 = 1,33 GHz) E picco = 12,09 V/m E medio = 0,33 V/m (antenna ferma) E medio = V/m 39

40 Confronto con la normativa (4) Radar di Gattatico (f = 5,45 GHz) Interpretazione cautelativa ICNIRP (1998) e Raccomandazione Europea (1999) VAL EFF (rms) 6 61 VALORE DI PICCO Entrambi i valori limite, medio e di picco, sono ampiamente rispettati nei due punti di misura considerati. 40

41 Confronto con la normativa (5) Radar di Maccarese (f 1 = 1,27 GHz, f 2 = 1,33 GHz) Interpretazione cautelativa ICNIRP (1998) e Raccomandazione Europea (1999) VAL EFF (rms) 6 49,6 VALORE DI PICCO ,2 Entrambi i valori limite, medio e di picco, sono ampiamente rispettati nel punto di misura considerato. 41

42 Radar di Gattatico: 1. E picco /E medio = (29,65)/(0,71) = 42 (antenna ferma) 2. E picco /E medio = (18,32)/( ) = 796,5 Radar di Maccarese: Analisi dei risultati E picco /E medio = (12,09)/( ) = 671,7 Notiamo che in entrambi i casi il rapporto tra il valore di picco e il valore medio è molto superiore a 32 che rappresenta il rapporto tra i limiti per il campo di picco e quello medio: ciò significa che è il valore di picco ad essere più vicino al valore limite rispetto al valore medio. Questa è una situazione abbastanza tipica per i radar dove è il campo elettrico di picco quello che deve essere tenuto maggiormente sotto controllo. 42

43 Conclusioni In entrambi i casi le caratteristiche del radar (frequenza di lavoro, durata dell impulso, periodo di ripetizione, periodo di rotazione, tempo di illuminazione) erano incognite al momento dell effettuazione dei rilievi. In un secondo momento è stato possibile verificare che i parametri rilevati erano ampiamente in accordo con le caratteristiche nominali dei due radar in esame. La procedura utilizzata, che fornisce risultati validi, risulta essere sufficientemente dettagliata e quindi utilizzabile anche da operatori meno esperti. 43

44 Grazie per l attenzione! claudio.baratta@isprambiente.it Tel