.

Ο λόγος στασίμων 1:1 ενός κεραιοσυστήματος, δεν συνεπάγεται τον 1:1 λόγο μεταφοράς ισχύος, προς την κεραία!

Tuesday, 31 March 2015

Ασφάλεια εκ της Η/Μ Ακτινοβολίας - RF radiation Safety



Η αρχική μελέτη έγινε στις αρχές της δεκαετίας του 90 και η μετάφραση-απόδοση έγινε από εμένα το 1994. Δημοσιεύτηκε δε στο περιοδικό Svνέα της ΕΕΡ. Με την έλευση των κινητών τηλεφώνων πολύ νερό έχει τρέξει στον μύλο της Ασφάλειας από την Η/Μ Ακτινοβολία. Αφού όλοι μας δεν μπορούμε να ξεκολλήσουμε το αυτί μας από το κινητό τηλέφωνο(!), ας προσέχουμε τουλάχιστον ως προς την ισχύ την οποία εκπέμπουμε.
Μιά επισήμανση προς τους κομπάρσους των λαϊκιστών μαρκουτσοφόρων δημοσιογράφων.
Σταματήστε να χρησιμοποιείτε το κινητό σας κατά την διαμαρτυρία σας ενάντια στις “κεραίες του θανάτου” και να ξέρετε ότι υπάρχουν δύο λογιών ακτινοβολίες.
Η ΗλεκτροΜαγνητική και η Ιονίζουσα.
Η Η/Μ δεν προκαλεί “ραδιενέργεια”!



ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΕΚ ΤΗΣ Η/Μ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ
Μία συχνά παραγνωρισμένη προφύλαξη ασφαλείας είναι η αποφυγή σε έκθεση μη αναγκαίας ΗλεκτροΜαγνητικής [Η/Μ] ακτινοβολίας. Ο Ραδιοερασιτεχνισμός είναι βασικά μια ασφαλής ασχολία αλλά ατυχήματα μπορούν να συμβούν εάν δεν χρησιμοποιούμε την κοινή λογική. Εδώ μπορεί να μας βοηθήσει η γενική επισήμανση μερικών βασικών προφυλάξεων ασφαλείας.

  ΕΙΝΑΙ Η Η.Μ. ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΗ;
Οι ιστοί του σώματος οι οποίοι είναι υποκείμενοι σε μεγάλα φορτία Η.Μ. ενέργειας μπορεί να υποφέρουν από σοβαρά εγκαύματα. Αυτά τα φαινόμενα εξαρτώνται από το μήκος ακτινοβολίας, την πυκνότητα της ενέργειας του Η/Μ  πεδίου το οποίο κτυπά το σώμα και ακόμα από συντελεστές όπως η πόλωση της ακτινοβολίας.
Σε συχνότητες όπου το μήκος του σώματος είναι γύρω στο 0.4 του μήκους κύματος, η Η/Μ ακτινοβολία απορροφάται πλέον αποτελεσματικά. Αυτό συμβαίνει στην VHF περιοχή μεταξύ 30 και 300 MHz.(Η περιοχή συχνότητας είναι τόσο μεγάλη μερικώς λόγο της μεγάλης διαφοράς στα ανθρώπινα σώματα).
Η περισσότερη Ραδιοερασιτεχνική δραστηριότητα χρησιμοποιεί σχετικά χαμηλή Η/Μ ισχύ και η λειτουργία είναι διακοπτόμενη.
Οι ερασιτέχνες περνούν περισσότερο καιρό στο να ακούν από το να εκπέμπουν και η αυτή καθ' αυτή εκπομπή σαν CW και SSB είναι πάντα διακοπτόμενη. Η εξαίρεση είναι το RTTY διότι η Η/Μ ακτινοβολία είναι παρούσα συνεχώς στην μέγιστη δυνατή ισχύ κατά την διάρκεια της εκπομπής.
Έχει υπάρξει μία αξιοσημείωτη έρευνα και συζητήσεις για τα βιολογικά αποτελέσματα της Η.Μ. ακτινοβολίας τα τελευταία χρόνια. Αρκετές κυβερνητικές υπηρεσίες έχουν μελετήσει τα αποτελέσματα και το Αμερικανικό Εθνικό Ίδρυμα Δεδομένων (ANSI) διεξήγαγε αναλυτική έρευνα επί του θέματος. Η ARRL ακόμα δημιούργησε μία επιτροπή για να συλλέξει πληροφορίες και να ετοιμάσει μια εμπεριστατωμένη μελέτη για τα αποτελέσματα της έκθεσης σε ακτινοβολία από την τυπική Ραδιοερασιτεχνική δραστηριότητα.
Ο κυρίως λόγος αυτού του άρθρου είναι να υποδείξει ότι κάποια προφύλαξη από την Η/M ακτινοβολία είναι αναγκαία. Το πρόβλημα της προφύλαξης από την Η/M ακτινοβολία χωρίζεται σε δύο μέρη: 
α) διευκρίνηση του ασφαλούς επιπέδου ακτινοβολήσεως και 
β) υπολογίζοντας την τοπική ένταση ακτινοβολίας η οποία παράγεται από μία δεδομένη ισχύ πομπού μαζί με το σύστημα ακτινοβολίας (κεραία). 
Εάν τα επίπεδα πυκνότητας της Η/M Ισχύος είναι μεγαλύτερα ή ακόμα και ίσα με τα μέγιστα όρια από πλευράς ασφάλειας τότε κάποια προστασία ή προφύλαξη είναι αναγκαία.

ΑΣΦΑΛΗ ΕΠΙΠΕΔΑ ΕΚΘΕΣΗΣ
Τα περασμένα χρόνια αρκετοί επιστήμονες έχουν αφιερώσει αρκετό χρόνο και προσπάθειες στο να ορίσουν ασφαλή όρια έκθεσης στην Η/M ακτινοβολία. Αυτό είναι ένα πολύ σύνθετο πρόβλημα γι αυτό και μερικές αλλαγές στα όρια θα πρέπει να είναι αναμενόμενες. Τον Ιούλιο του 1982 η ANSI δημοσίευσε ένα στάνταρ για τα όρια έκθεσης στην Η.Μ. ακτινοβολία, ANSI(95.1-1982). Αυτά τα στάνταρ παρουσιάζουν μερικά υποδείγματα γνωστά σαν Οδηγοί Προστασίας από ΡαδιοΣυχνότητα (Radio Frequency Protection Guide εν συντομία RFPG). 
Χρειάστηκαν κοντά 5 χρόνια να αναπτυχθούν και έχουν υποβληθεί σε κριτική από την επιστημονική κοινότητα. Τα στάνταρ αναγνωρίζουν το φαινόμενο της ολοσωμίας ή γεωμετρικού συντονισμού και συνιστούν ένα μέγιστο επίπεδο ακτινοβόλησης  ανεξαρτήτως συχνότητας.
Όπως αναφέρθηκε νωρίτερα, το σώμα απορροφά ένα μέγιστο ποσοστό ακτινοβολίας, όταν το ύψος του είναι περίπου 0,4 του μήκους κύματος στην συχνότητα, της κατά τύχη ακτινοβόλησης. Λόγω αυτού, ο μικρότερος συντελεστής ασφαλούς ακτινοβόλησης βρίσκεται στις συχνότητες μεταξύ 30 και 300 MHZ. Τα ANSI στάνταρ θέτουν τα όρια μέγιστης έκθεσης μεταξύ 30 και 300 MHz σε 1mW/cm2.
Τα ασφαλή επίπεδα έκθεσης αυξάνουν σταδιακά και από τις δύο πλευρές του φάσματος συχνοτήτων. Στους 3 MHZ η μέγιστη επιτρεπόμενη έκθεση είναι 100mW/cm2 και στους 1200 MHZ και ψηλότερα το όριο είναι 5mW/cm2. Το σχήμα1-Fig 20, είναι μια παράσταση δεικνύουσα τα επίπεδα έκθεσης.

Διευκρινίζοντας τα σταθερά 5mW/cm2 πάνω από τους 1200 MHZ το ANSI στάνταρ θεωρεί ότι ύπαρχοι πολύ μικρή διείσδυση της ενέργειας στον δερματικό ιστό με αυτά τα υπερβολικά μικρά μήκη κύματος.
Μία άλλη σημαντική υπόδειξη αξίζει να γίνει σε ότι αφορά τα ANSI RFPG.
Στη σελίδα 15 της αναφοράς η επιτροπή ANSI η οποία μελέτησε τα βιολογικά αποτελέσματα της Η/Μ ακτινοβολίας σημειώνει,"...πολλές συσκευές χαμηλής ισχύος τις οποίες χρησιμοποιούν μεγάλες μάζες του πληθυσμού (CBers, Ραδιοερασιτέχνες, Δημόσια Ασφάλεια, Μεταφορές ξηράς και θαλάσσης) μπορούν να δημιουργούν τοπικά πεδία τα οποία φαινομενικά να ξεπερνούν το RFPG αλλά το αποτέλεσμα είναι σημαντικά χαμηλότερη αξία Η.Μ. ακτινοβολίας στην κατά μέσο όρο ολόσωμη απορρόφηση λόγω της περιορισμένης περιοχής του δερματικού ιστού..."
Άλλος λόγος για την μικρή αξία της απορροφούμενης ενέργειας είναι ότι η εκπομπή από αυτούς τους Π/Δ είναι διακοπτόμενη και περιορισμένη σε σύγκριση τις εργοστασιακές εγκαταστάσεις (πομποί TV και Ραδιοφώνου).
Η αναφορά συνεχίζει "...ο μόνος πρακτικός τρόπος να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα των χαμηλής ισχύος συσκευών ήταν να εισάγουμε έναν λόγο εξαίρεσης στο RFPG ο οποίος θα επέτρεπε την πυκνότητα ισχύος (και τοπική ένταση) των τυχαίων πεδίων να είναι μεγαλύτερη κάτω από ορισμένες καταστάσεις..."
Η αναφορά εκθειάζει αρκετούς λόγους γιατί μία τέτοια εξαίρεση είναι έγκυρη. Οι Ραδιοερασιτεχνικοί σταθμοί εξαιρούνται από τα όρια ακτινοβολίας οριοθετημένα από τα στάνταρ. Όμως οι ραδιοερασιτέχνες θα πρέπει να έχουν υπ' όψιν ότι τα στάνταρ ισχύουν και πρέπει να παίρνουν προφυλάξεις περιορίζοντας την έκθεση τους (καθώς και των μελών της οικογένειάς τους και των γειτόνων).

ΥΠΟΛΟΓΙΖΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΙΣΧΥΟΣ
Πώς μπορεί να εξακριβωθεί η πυκνότητα ισχύος των ραδιοκυμάτων τα οποία εκπέμπονται από έναν Ραδιοερασιτεχνικό σταθμό; Η ακόμα καλύτερα πώς θα ξέρουμε αν η έκθεση σε ακτινοβολία ξεπερνά τα συνιστώμενα όρια; Αν και υπάρχουν ειδικά μηχανήματα τα οποία μετρούν με ακρίβεια RF ηλεκτρικά πεδία, οι περισσότεροι Ραδιοερασιτέχνες δεν έχουν πρόσβαση σε αυτόν τον
εξοπλισμό. Η πυκνότητα ισχύος θα πρέπει να υπολογισθεί με μερικούς υπολογισμούς. Αυτοί οι υπολογισμοί περιλαμβάνουν κάποιες εκτιμήσεις, αλλά θα λειτουργήσουν σαν πρόβλεψη του επάνω σημείου έκθεσης για μία συγκεκριμένη περίπτωση. Οι διαδικασίες οι οποίες επισημαίνονται σε αυτό το κεφάλαιο θα προσφέρουν έναν συντηρητικό υπολογισμό των κινδύνων.
Λάβετε υπ' όψιν ότι τα αποτελέσματα όπως και να έχει θα χρησιμοποιηθούν μόνο σαν οδηγοί.
Αυτοί οι υπολογισμοί δεν θα πρέπει να θεωρηθούν σαν απόδειξη ότι μία συγκεκριμένη κατάσταση λειτουργίας είναι ασφαλής. Για παράδειγμα το κεφάλαιο αυτό ασχολείται μόνο με την ακτινοβολία της κεραίας. Μπορείτε να εκτεθείτε σε Η.Μ. ακτινοβολία κατευθείαν από έναν ενισχυτή ισχύος (Linear Amplifier) εάν αυτός λειτουργεί χωρίς την πρέπουσα θωράκιση. Οι γραμμές μεταφοράς μπορούν να εκπέμπουν ενέργεια κάτω από ορισμένες καταστάσεις (δυσπροσαρμογή και πολλά στάσιμα).
Οι υπολογισμοί οι οποίοι αναφέρονται εδώ χρησιμοποιούν ένα μοντέλο διαδόσεως, ελεύθερου χώρου σαν μία πρώτη προσέγγιση στην πυκνότητα ισχύος. Θα πρέπει προφανώς να συμπεριλάβετε ένα παράγοντα ασφαλείας 4 με 6db για καταστάσεις όπου μία αναγκαστική ανάκλαση μπορεί να συμβεί.

Οι μηχανικοί κεραιών γενικώς χωρίζουν την περιοχή γύρο από μία κεραία σε - κοντινού πεδίου - περιοχή και σε - μακρινού πεδίου - περιοχή. Το σχήμα2-Fig 21, δείχνει τι εννοούμε λέγοντας κοντινή και μακρινή περιοχή. Αν και στο σχήμα φαίνεται μία δίπολη κεραία τα δεδομένα ταιριάζουν και σε άλλες κοινές κεραίες π.χ. κατευθυνόμενες Yagi, κάθετα δίπολα ground planes etc. Η πυκνότητα ισχύος στην μακρινού πεδίου περιοχή υπολογίζεται από τον τύπο

ρ=[P*G]/[4*π*R2] [ισ.1] 

όπου ρ = υπολογισμένη πυκνότητα ισχύος σε απόσταση R από την κεραία.[Οι μονάδες θα είναι σε W/m2 όταν η P είναι σε watts και η R σε μέτρα.]
R = απόσταση από το σημείο παρατηρήσεως με το κοντινότερο σημείο της κεραίας [σε μέτρα]
P = σταθερά ισχύς στο σημείο τροφοδοσίας της κεραίας [σε watts]
G = κέρδος κεραίας έναντι διπόλου σαν λόγος ισχύος [αυτό είναι ένα αριθμητικά εκφραζόμενο κέρδος και όχι κέρδος σε desibels]
Η ισ.1 ισχύει μόνο όταν δύο ζητούμενα συναντώνται. Το μοντέλο ακτινοβολίας ελεύθερου χώρου πρέπει να είναι το κατάλληλο, και η απόσταση από την κεραία πρέπει να είναι ικανοποιητική, ευρισκόμενη στο μακρινό πεδίο.
Για να βεβαιώσετε το ανώτερο όριο υπολογισμού της πυκνότητας ισχύος, χρησιμοποιήστε το κέρδος κεραίας ελεύθερου χώρου εάν δεν ξέρετε την πραγματική αξία κέρδους της κεραίας. Η αξία αυτή είναι δυνατόν να βρεθεί σε κάποιο σχετικό εγχειρίδιο. Εάν σας έχει δοθεί το κέρδος της κεραίας σε db μετατρέψτε το σε αριθμητικό κέρδος από τον τύπο
Λόγος κέρδους = 10[db/10] [ισ.2]
Ας κάνουμε ένα παράδειγμα υπολογισμού πυκνότητας ισχύος.
Μπορείτε να εφαρμόσετε μία παρόμοια τεχνική να υπολογίσετε την έκθεση σε ακτινοβολία η οποία παράγεται από τον σταθμό σας. Υποθέτουμε ότι εργάζεσθε στην μπάντα των 14ΜΗz,χρησιμοποιώντας μία κεραία Yagi 3
στοιχείων με ένα κατά προσέγγιση κέρδος των 6dbd [db πάνω από dίπολο].Η σταθερά ισχύς αποδιδόμενη στο σημείο τροφοδοσίας της κεραίας είναι 500 W [αυτή είναι πιθανόν μία λογική σταθερά ισχύς για μία εκπομπή 1500W PEP SSB].Ποία η έκθεση σε ακτινοβολία ενός ατόμου 15 μέτρα από την κεραία;
Πρώτα θα υπολογίσουμε τον λόγο κέρδους για αυτή την κεραία
εφαρμόζοντας την ισ.2
Λόγος κέρδους = 10[6/10] = 10*0.6 = 3.98 ~ 4
Μετά θα υπολογίσουμε την μικρότερη απόσταση από την κεραία την οποία μπορούμε να θεωρήσουμε ότι βρίσκεται στο μακρινό πεδίο της κεραίας. Η ισότητα για αυτόν τον υπολογισμό την βρίσκουμε στο σχήμα 2.
Rmin = [2[L*L]]/λ
όπου L = το μήκος του μακρύτερου στοιχείου της κεραίας [σε μέτρα]
Για το παράδειγμά μας θα χρησιμοποιήσουμε σαν μήκος μακρύτερου
στοιχείου τα 10.7 μέτρα. Έτσι θα έχουμε
Rmin = [2*[10.7*10.7]]/20 = 228.98/20 = 11.4 μέτρα
Τώρα είμαστε βέβαιοι ότι η ισ.1 ισχύει για την απόσταση την οποία
θέλουμε να κάνουμε τους υπολογισμούς αφού τα 15 μέτρα είναι μακρύτερα
από την μικρότερη απόσταση. Από την ισ.1 έχουμε
p = [500*4]/[4*π[15*15]] = 2000/2827 = 0.707W/m2
Για να συγκρίνουμε αυτή την πυκνότητα ισχύος με τα RFPG στάνταρ πρέπει να μετατρέψουμε τις μονάδες σε mW/cm2. Αυτή είναι μία μάλλον απλή άσκηση μετατροπής μετρικών μονάδων.
p = [0.707/1]/10 = 0.0707mW/cm2

Από το σχήμα 1 βρίσκουμε ότι η μέγιστη πυκνότητα ισχύος για τους 14MHz είναι περίπου 4.6mW/cm2.Από τους δικούς μας υπολογισμούς δείχνει ότι ο σταθμός βρίσκεται καλά μέσα στα όρια τα οποία ορίζονται από τα ANSI στάνταρ.

ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΟΔΗΓΙΕΣ ΑΠΟΦΥΓΗΣ Η.Μ.ΕΚΘΕΣΗΣ
Δυναμικές καταστάσεις έκθεσης θα πρέπει να λαμβάνονται σοβαρά υπ' όψιν.
Ακολουθώντας αυτές τις οδηγίες "Η/Μ ετοιμότητας" θα βοηθηθείτε να κάνετε την Ραδιοερασιτεχνική σας λειτουργία ασφαλή.
1) Περιορίστε την Η/Μ ακτινοβολία σε αυτά καθ' αυτά τα στοιχεία της κεραίας. Εφοδιάστε τον σταθμό με ένα καλό σημείο γείωσης και εξουδετερώστε την ακτινοβολία από τις γραμμές τροφοδοσίας.
2) Σε καταστάσεις λειτουργίας υψηλής ισχύος [αρκετές εκατοντάδες βατ και πάνω] στην περιοχή HF και VHF και συγκεκριμένα με RTTY, προσπαθήστε να αποφύγετε την ανθρώπινη παρουσία κοντά στα άκρα της κεραίας. Με κάθετη μονόπολη κεραία ,οι άνθρωποι δεν θα πρέπει να πλησιάζουν κοντύτερα
από 4 με 5 μέτρα κατά την διάρκεια συνεχούς λειτουργίας υψηλής ισχύος.
3) Μην λειτουργείτε ενισχυτές ισχύος [L.A.] ειδικά στα VHF/UHF, με τα καπάκια βγαλμένα.
4) Στην περιοχή UHF/SHF, ποτέ μην κοιτάτε ένα ενεργοποιημένο μήκος κυματοδηγού ή μην το γυρίζετε σε κανέναν. Ποτέ μην γυρίζετε μία υψηλού κέρδους στενής δέσμης κεραία [μία κατοπτρική για παράδειγμα] προς ανθρώπους.
5) Με κινητούς Π/Δ των 10 βατ και πάνω μην εκπέμπετε εάν κάποιος βρίσκεται κοντά στην κεραία.
6) Με φορητούς Π/Δ των μερικών βατ εκπομπής αφήστε γύρω στα 5 εκατοστά από το μέτωπό σας. Κρατείστε την κορυφή της κεραίας μακριά από το κεφάλι σας.
7) Μην εργάζεσθε με κεραίες όταν αυτές εκπέμπουν Η/Μ ενέργεια.
8)Ραδιοερασιτεχνικές κεραίες πάνω σε πύργο, αρκετά μακριά από ανθρώπους δεν παρουσιάζουν πρόβλημα έκθεσης. Βεβαιωθείτε όμως, ότι οι γραμμές μεταφοράς δεν ακτινοβολούν.


ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
ARRL ANTENNA BOOK 15th Edition

Μεταφράστηκε από τον SV3AUW Τάκη Περρέα Ιαν./Φεβ. 1994