Metodi di realizzazione di una stazione radio base compatibile con i limiti di esposizione Vallone Laura

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1 Metodi di realizzazione di una stazione radio base compatibile con i limiti di esposizione Vallone Laura 01/06/2007 dei Campi Elettromagnetici 1

2 Normativa tecnica di riferimento Guida CEI : Guida alla realizzazione di una Stazione Radio Base per rispettare i limiti di esposizione ai campi elettromagnetici in alta frequenza Pubblicata nell aprile /06/2007 dei Campi Elettromagnetici 2

3 Guida CEI Argomenti Trattati Valutazione del campo elettromagnetico emesso da una SRB: metodi numerici e misure Procedimento per valutare la conformità di un impianto Criteri generali di contenimento dell esposizione ai campi elettromagnetici e riduzione a conformità Appendici informative: a. Limiti fissati dalla legislazione b. Meccanismi di interazione tra campi elettromagnetici in alta frequenza ed organismo umano c. Destinazione e modalità di funzionamento e criteri di localizzazione di una SRB d. Criteri radioelettrici e di servizio telefonico per la localizzazione di una SRB e. Valutazione della potenza emessa da una SRB f. Metodologie di calcolo semplificate g. Valutazione dei software di calcolo previsionale dei livelli di campo elettromagnetico h. Metodologie di misura per segnali UMTS 3

4 Guida CEI Generalità Obiettivi univocità delle procedure di controllo definire i criteri da seguire affinché una SRB sia realizzata in modo da rispettare i limiti e gli obiettivi della legislazione italiana per l esposizione dei cittadini ai campi e.m. in alta frequenza 4

5 Realizzazione di una SRB conforme ai limiti di esposizione legislativi Il progetto di installazioni fisse per telecomunicazioni non può prescindere dall analisi dei livelli di esposizione ai campi elettromagnetici generati per la trasmissione del segnale A partire dagli obiettivi di copertura e traffico, la scelta finale dei parametri radioelettrici del sito (antenne, orientamento, potenze necessarie, ecc.) avviene solo dopo aver verificato che in nessun caso la popolazione possa essere esposta a valori di campo superiori a quelli previsti dalla normativa nazionale analisi della struttura radiante e della conformazione del campo generato nelle sue immediate vicinanze 5

6 I modelli di simulazione Svariati modelli per la simulazione del campo EM: Metodi elementari (ad es. modello in spazio libero) forniscono analisi previsionali conservative da un punto di vista protezionistico Formulazioni più complesse (ad es.ray Tracing) tengono in considerazione gli effetti del campo vicino, fenomeni di riflessione, attenuazione e diffrazione dagli elementi che circondano il sistema radiante. L applicazione dell uno o dell altro modello di previsione dipende dalle caratteristiche dell ambiente di propagazione e dalla distanza dalla sorgente. 6

7 Le regioni di analisi 7

8 Modello in spazio libero (Free( Space Loss) TX RX Strettamente valido in condizioni di campo lontano e di spazio libero, ovvero di propagazione dell onda nel vuoto o in un mezzo a caratteristiche elettromagnetiche costanti. 8

9 Ray-tracing (modello deterministico) TX RX Algoritmo che calcola tutti i possibili cammini del segnale tra trasmettitore e ricevitore, assimilando ogni onda ad un raggio. Può essere applicato a qualsiasi scenario dando valutazioni realistiche 9

10 Realizzazione di una SRB conforme ai limiti di esposizione legislativi I passi da seguire Il gestore dell impianto è obbligato a fare una progettazione di dettaglio delle emissioni elettromagnetiche del proprio impianto e a descrivere l impatto sugli edifici circostanti La simulazione viene svolta mediante dei software specifici che lavorando su delle mappe tridimensionali del terreno e degli edifici individuano i livelli di campo prodotti dall impianto in esame evidenziando le eventuali zone di rischio. 1. Tali software devono garantire un approccio conservativo al problema del calcolo del campo 2. Simulazione in situazione di caso peggiore: trasmissione a potenza MAX 3. Stima del campo elettrico generato da un impianto deve tenere conto dell esistenza di eventuali altri impianti nelle vicinanze (entro 100m per SRB, entro 500m per stazioni radio-televisive) 10

11 Poichè la maggior parte delle SRB è disposta in un ambiente architettonico complesso come quello urbano può essere utile ricorrere a strumenti software in grado di gestire: i risultati ottenuti dagli algoritmi di calcolo elettromagnetico mappe cartografiche impiegate per la verifica dei livelli di campo nelle zone accessibili alla popolazione Tavole grafiche dove si evidenziano le intersezioni tra i fasci elettromagnetici e gli edifici che circondano la SRB 11

12 Il volume di rispetto (1) In fase progettuale, al fine di verificare che in nessun caso la popolazione possa essere esposta a valori di campo superiori a quelli previsti dalla normativa nazionale è prassi comune l utilizzo del VOLUME DI RISPETTO VOLUME DI RISPETTO: regione di spazio intorno all antenna all esterno della quale il campo EM risulta certamente inferiore al valore prescritto dal limite della normativa vigente. delimitato da Isosuperficie: luogo di punti a campo costante (pari al limite di esposizione) 12

13 Il volume di rispetto (2) Nella pratica le isosuperfici si approssimano a volumi più semplici che massimizzano le reali dimensioni del volume di rispetto (stima cautelativa): 1. Parallelepipedo 2. Cilindro a sezione ellittica 3. Doppio cilindro 1. Parallelepipedo 13

14 Il volume di rispetto (3) 2. Cilindro a sezione ellittica 3. Doppio cilindro 14

15 Il volume di rispetto (4) Il volume di rispetto è definito da tre dimensioni: L M dimensione massima nella zona antistante l antenna (profondità ) L V dimensione parallela al piano verticale dell antenna (altezza) L H dimensione parallela al piano orizzontale dell antenna (larghezza) Il centro dell antenna si trova nel punto medio di L V e L H, mentre L M si suddivide in due segmenti L M1 e L M2 che si estendono in avanti e indietro dal centro dell antenna. Se l antenna presenta un angolo di down tilt elettrico β elt, per calcolare il volume di rispetto,occorre operare una rotazione pari a β elt La Guida CEI indica come calcolare le distanze che definiscono il volume di rispetto, fissato il limite di esposizione. Tali calcoli si basano sulla formula di spazio libero 15

16 Il volume di rispetto (5) L utilizzo di un particolare modello geometrico è funzione dell accuratezza che si vuole ottenere. La rappresentazione mediante una coppia di cilindri è più accurata per la maggior parte degli impianti radiomobili. La rappresentazione mediante un parallelepipedo consente una verifica del rispetto dei limiti più immediata e cautelativa TUTTAVIA ciascuna delle rappresentazioni possibili può portare in alcuni punti a stime eccessivamente conservative. 16

17 Il volume di rispetto (6) Per avere stime più realistiche si può utilizzare la rappresentazione del volume di rispetto mediante isosuperficie 2D o 3D. I passi da seguire sono: 1. Calcolo di vertici del modello a parallelepipedo 2. Definizione di un insieme di punti contenuti nel parallelepipedo secondo un intervallo assegnato 3. Calcolo del campo nell insieme di punti individuato 4. Costruzione dell isosuperficie 17

18 Il volume di rispetto (7) Rappresentazione del volume di rispetto mediante isosuperficie 3D Rappresentazione del volume di rispetto mediante isosuperfici 2D 18

19 Il volume di rispetto i presenza di più sorgenti (1) Il volume di rispetto di ciascuna sorgente deve essere calcolato tenendo conto dei contributi derivanti dalle altre sorgenti. Generalmente è raccomandabile costruire un isosuperficie a campo costante per rappresentare il volume di rispetto. Se si intendono calcolare i volumi di rispetto secondo le geometrie semplici di parallelepipedo, cilindro e doppio cilindro è possibile ricorrere alla seguente procedura: 1. Calcolo del volume di rispetto per ciascuna antenna secondo la geometria scelta 2. Calcolo puntuale del campo considerando i contributi di tutte le sorgenti nell intorno dei volumi di rispetto di ogni antenna 3. Controllo dei valori calcolati rispetto ai limiti 4. Estensione dei volumi se i limiti risultano superati 5. Il volume di rispetto complessivo è l unione di tutti i volumi calcolati 19

20 Il volume di rispetto i presenza di più sorgenti (2) Se si intendono calcolare i volumi di rispetto mediante isosuperfici è possibile ricorrere alla seguente procedura: 1. Calcolo di L M, L V, L H per ciascuna antenna 2. Calcolo del campo generato da tutte le sorgenti in un opportuno insieme di punti esterni ai volumi di rispetto individuati considerando il contributo di tutte le sorgenti 3. Controllo dei valori calcolati rispetto ai limiti 4. Modificare L M, L V, L H se i limiti risultano superati 5. Costruzione di un parallelepipedo che racchiuda l unione dei parallelepipedi costruiti per ogni antenna con le dimensioni modificate 6. Calcolo dei vertici del parallelepipedo 7. Calcolo del campo in un insieme di punti opportunamente distanziati all interno del parallelepipedo 8. Costruzione dell isosuperficie. 20

21 Il volume di rispetto i presenza di più sorgenti (3) Per il calcolo del volume di rispetto in presenza di più sorgenti è necessaria la disponibilità dei dati su ciascuna sorgente. Se i dati disponibili non sono sufficienti è possibile integrarli con misure di campo elettrico puntuali. Nella verifica della conformità dell impianto i risultati di tali misure sono da aggiungersi al campo elettrico calcolato. 21

22 Il volume di rispetto i presenza di più sorgenti (4) Esempio di volume di rispetto per due antenne con puntamento elettrico generico. 22

23 Conformità dell impianto Affinchè l impianto sia conforme è necessario che il volume di rispetto risulti non accessibile al pubblico. Per la verifica della conformità dell impianto è necessaria l intersezione con gli edifici su entrambi i piani verticale ed orizzontale (per isosuperfici 2D) 23

24 Classi di attenzione (1) Sulla base del potenziale impatto sull ambiente circostante ed in particolare sul livello di esposizione che ne può risultare, si suddividono gli impianti in classi di attenzione: il procedimento per valutare la conformità differisce notevolmente per impianti appartenenti a classi di attenzione differenti. Classe 1: appartengono a questa classe gli impianti che soddisfano ad almeno una delle condizioni relative a: 1. Caratteristiche funzionali del sistema di trasmissione: l interposizione sulla tratta radio tra trasmettitore e ricevitore di persone, così come di altri ostacoli, interrompe in modo automatico ed immediato l emissione di potenza elettromagnetica 2. Accessibilità: in qualunque punto accessibile, il campo elettrico prodotto dalla sorgente in esame è inferiore al 10% del limite di esposizione applicabile Classe 2: appartengono a questa classe gli impianti che non possono essere considerati appartenenti alla classe 1 24

25 Classi di attenzione (2) Se l impianto appartiene alla classe 1 è conforme ai limiti. Tale impianto è sempre conforme ai limiti, indipendentemente dall evoluzione nel tempo della situazione di campo elettromagnetico creata da altri impianti vicini. Il procedimento di verifica della conformità comporta l analisi del solo impianto in esame senza coinvolgere impianti circostanti. La Guida definisce un procedimento per la valutazione della conformità degli impianti di Classe 2 (differenziazione Impianto Attivo Impianto Non Attivo). Tale procedimento considera il contributo degli impianti vicini (in una fascia di 100m per SRB, 500m per stazioni radio-televisive) che concorrono a determinare il livello di campo elettromagnetico. Se al termine del procedimento si manifesta una non conformità si opera una riduzione che coinvolge tutti gli impianti considerati nel procedimento 25

26 Valutazione di conformità Impianto non attivo 1. Individuare i limiti di esposizione da considerare. 2. Individuare la presenza di altre sorgenti entro una determinata fascia di influenza (se livello di campo superiore al 10% del limite di esposizione): 500 metri per stazioni radio-tv, 100 metri in presenza di altre SRB. 3. Se si dispone di dati sufficienti, procedere per calcolare il volume di rispetto. Se i dati non sono sufficienti è possibile integrarli con misure di campo elettrico puntuali. 4. Verificare la presenza di aree accessibili all interno del volume di rispetto: se non si riscontrano punti critici, la stazione è conforme. Se la verifica rileva il superamento del limite e le condizioni di campo lontano e propagazione libera sono soddisfatte, la stazione non risulterà, conforme: in questo caso occorre procedere ad una riduzione a conformità. 5. Se tali condizioni non sono verificate è possibile procedere con metodi previsionali più accurati. Verificare nuovamente la presenza di aree accessibili all interno del volume di rispetto: se non si riscontrano punti critici, la stazione è conforme. 6. Viceversa è necessario procedere alla riprogettazione o alla riduzione a conformità. 26

27 Valutazione di conformità Impianto non attivo 27

28 Valutazione di conformità Impianto attivo 1. Individuare i limiti di esposizione da considerare 2. Individuare la presenza di altre sorgenti entro una determinata fascia di influenza (se il livello di campo superiore al 10% del limite di esposizione): 500 metri per stazioni radio-tv, 100 metri in presenza di altre SRB 3. Se si dispone di dati sufficienti, procedere per calcolare il volume di rispetto. 4. Se i dati disponibili non sono sufficienti è necessario effettuare misure di campo elettrico nei punti dove i calcoli, effettuati considerando il solo impianto sotto indagine, hanno fornito i valori più elevati 5. Se non si riscontrano punti critici, la stazione è conforme 6. Viceversa è necessario procedere alla riprogettazione o alla riduzione a conformità 28

29 Valutazione di conformità Impianto attivo 29

30 Riduzione a conformità La tipologia d intervento è di competenza del gestore 1. Limitazione dell accesso nelle zone dove l esposizione è superiore ai limiti: tale area deve essere resa inaccessibile alla popolazione, ad esempio mediante recinzione o segnaletica. 2. Riduzione della potenza emessa: si riduce la potenza in ingresso al sistema radiante per uno o più settori dell impianto; la scelta può differenziarsi in riduzione del numero di portanti o riduzione della potenza di ogni portante 3. Variazione della tipologia di antenna trasmittente utilizzata: l antenna di uno o più settori può essere sostituita per ridurre il guadagno complessivo, o per utilizzare sistemi radianti che hanno lobi secondari più ristretti o meno accentuati. 4. Variazione del tilt: la riduzione dell angolo di tilt può portare, in alcuni casi, ad una minore esposizione in un punto che si trovi dislocato inferiormente rispetto all antenna trasmittente 30