1- Die eingebaute Antenne erlaubt die Erfassung der elektromagnetischen (EM-) Strahlung durch Umsetzung der E-Feldkomponente in eine messbare Spannung. Die von der Antenne gewonnene Spannung zusammen mit einem Adapter erlauben die Bildung einer abgeleiteten Messspannung, die in einem weiten Frequenzbereich, von 0,4-2,5 GHz, proportional mit der Leistung der EM-Strahlung ist. Das Gerät zeigt maximalle Effektivwerte der Strahlung an; d.h. Werte die unverändert bleiben, auch wenn der Sender kurze Sendepausen (im Millisekunden Bereich) macht.

2- Gehäuse aus ABS-Kunststoff. Das Gehäuse beeinträchtigt nicht die Messungen mittels der eingebauten Antenne.

3- Ein/Aus-Schalter wird benutzt um das Gerät in Betrieb zu setzen; die Ladefunktion ist durch diesen Schalter nicht beeinflussbar.

4- Die Stellschraube erlaubt das Setzen eines beliebigen Referenzwertes (Offset) für die Anzeigewerte. Werksseitig ist der Offset so gesetzt, dass die Anzeige -47 dBm anzeigt, wenn keine elektromagnetische Strahlung an der Antenne des Gerätes vorliegt. Durch Drehen der Stellschraube, kann man diesen Referenzwert verschieben. Dieser Wert kann jederzeit ermittelt werden, wenn das Gerät in einem Faradayschen Käfig gesteckt wird, z.B. in einem Metalltopf mit einer Metallsieb-Abdeckung.

5- Die Leuchtdiode leuchtet wenn eine externe Stromversorgung zwecks Akku-Laden angeschlossen ist. Bei falscher Pollung der externen Stromversorgung, bleibt die Leuchdiode dunkel und der Akku wird nicht geladen. Eine Beschädigung des Gerätes ist durch die falsche Pollung nicht zu befürchten, solange keine Spannungen größer als 30 VDC benutzt werden.

6- Der Lade-Anschluss erlaubt das Laden des geräteeigenen Akkus durch Anschluss einer externen Spannung von 10...30 VDC und ist geeignet für die Benutzung eines Klinkensteckers mit dem Durchmesser von 3,5 mm. Bei korrekter Pollung muss das positive Potential an der Spitze des Klinkensteckers liegen. Der eingebaute Akku hat eine Kapazität vom 300 mAh bei einer Nennspannung von 4,8 V. Die Ladezeit beträgt ca. 8 Stunden. Die Betriebsdauer unter Benutzung des eingebauten Akkus beträgt ca. 10 Stunden. Ein Dauerbetrieb ist gewährleistet, wenn das Ladegerät angeschlossen bleibt über die ganze Meßzeit.

7- Die 3-stellige LCD-Anzeige erlaubt die Anzeige der gemessenen Werte. Die angezeigten Werte A verstehen sich in dBm; A = 10 x log(Px / 1mW), wobei Px die elektromagnetische Leistung in mW im Messpunkt darstellt. Der Bereich der Anzeige ist 73 dB und liegt zwischen -47 dBm und +26 dBm bei einer Frequenz von 1,2 GHz der Strahlung. Für genaue Messungen empfiehlt es sich den Messbereich der HF-Frequenz anzupassen.

8- Der Datenanschluss erlaubt die Ausgabe einer Gleichspannung die in mV direkt proportional mit dem gemessenen Wert ist. D.h. die angebotene Spannung beträgt –12 mV für einen Messwert von –12 dBm. Eine Anzeige ist möglich mit jedem angeschlossenen Spannungsmessgerät mit einem hcochohmigen eingang (> 1 Mohm) auf der 0-200 mV Skala. Ebenso möglich ist die Zuleitung dieser Messspannung an ein PC; für diesen Zweck kann man ein Voltmeter mit serieller Schnittstelle (RS232) benutzen.

2 Messung der HF-Strahlung

2.1 Einführung

Die elektromagnetische Strahlung im Hochfrequenz Bereich (HF) ist unsichtbar und mit den menschlichen Sinnen nicht direkt erfassbar; deshalb kann sie nur mit speziell dafür entwickelten Messgeräten nachgewiesen oder gemessen werden oder durch die Effekte auf den menschlichen Körper erahnt werden.

Die Effekte der HF-Strahlung auf den Menschen sind:

- Erwärmung des bestrahlten Gewebes, was in direktem Zusammenhang mit der Intensität der HF-Strahlung steht

- Physiologischer Effekt, insbesondere feststellbar durch Hervorrufen von Veränderungen im Metabolismus oder induzierten Reaktionen des Gewebes.

Näheres kann man auch im Internet unter www.impecon.com/schriften/ Artikel „Handy-Strahlung als Gefahr für die Gesundheit“ erfahren.

Die Definition der elektromagnetischen Strahlung zieht in Betracht ein materieungebundenes energetisches Feld das in jedem Punkt in der Umgebung der Strahlungsquelle zwei miteinander gekoppelte und oszillierende Komponenten aufweist: ein elektrisches Feld E und ein magnetisches Feld H. Dieses elektromagnetische Feld wird durch sein Energiegehalt charakterisiert (Leistungsdichte) als:

S[W/m²] = E[V/m] x H[A/m]

Da zwischen den Feldkomponenten ein festes Verhältnis gibt (Feldwellenwiderstand), kann man S auch so ausdrucken:

S[W/m²] = E²[V²/m²] / 377[Ohm] = H²[A²/m²] x 377 [Ohm]

Der Energiegehalt der elektromagnetischen Strahlung nimmt mit dem Quadrat der Entfernung zur Quelle ab:

S[W/m2] = P[W] / (4 x p x r²[m²])

wobei P die Sendeleistung der Quelle ist. Um die Werte für die Beurteilung des Energiegehalts der elektromagnetischen Strahlung leichter zu erfassen, trotz Unterschiede im Bereich von Größenordnungen (x10, x100, x1000, ...), hat man die logarithmischen Maße eingeführt. So ist die gemessene Leistung A, ausgedruckt in dBm (deziBel milliWatt) in einem räumlichen Punkt um die Strahlungsquelle wie folgt:

R=50 Ohm

A[dBm] = 10 x log(Px / 1mW)

Dabei ist P gleich der thermischen Leistung des Stromes verursacht durch eine Idealantenne platziert im o.a. räumlichen Messpunkt geleitet durch einen 50 Ohm Widerstand R zum Nullpotential (z.B. Erdung).

Aus der o.a. Gleichung kann man die Formel für die Berechnung der elektromagnetischen Leistung in einem Messpunkt ableiten:

P[mW] = 10 ^A^[dBm]^/10

Die Messung der Stromhöhe im 50 Ohm Widerstand, erlaubt also die Ermittlung des Energiegehalts der elektromagnetischen Strahlung.

Für Umrechnungen dBm - V/m – A/m verwendet man folgende Formel

A[dBm] = 20 x log ^E^[V/m]^/6,8

E[V/m] = 6,8 x 10 ^A^[dBm]^/20

H[A/m] = (S[W/m²] / 377)^1/2

2.2 Messbereich

Der Messbereich des vorliegenden Messgerätes HSM-2 ist: -47 dBm ...+26 dBm.

Dabei werden automatisch alle größeren oder kleineren Werte als die Bereichsgrenzen, eben durch den entsprechenden Grenzwert angegeben. D.h. +30 dBm wird als + 26dBm , während –100 dBm durch –47 dBm angezeigt.

Die Messungen in unmittelbarer Nähe der Grenzwerte also z.B. zwischen +24 und +26 dBm sowie zwischen –45 und –47 dBm sind mit größeren Fehlern behaftet und haben nur eine orientative Bedeutung. Im Bereich –45 dBm und +24 dBm sind die Messungen sehr genau für die Frequenz 1,2 GHz. Durch die konstruktionsbedingten Kompromisse des Gerätes sind Messungen bei anderen Frequenzen mit geringfügigen Fehlern behaftet. Wenn man die genaue Frequenz der gemessenen elektromagnetischen Strahlung nicht kennt, sind die Messunsicherheiten durch Pauschalbeträge abzugelten; so liegt man auf der sicheren Seite, wenn man zum gemessenen Wert +3dB addiert.

Falls die ungefähre Frequenz der Strahlung bekannt ist, kann man die im nächsten Abschnitt beschriebenen Korrekturfaktoren anwenden um die abgelesene Werte zu korrigieren.

Der untere Wert des Messbereichs kann durch die werksmäßige Kalibrierung von dem o.a. Wert –47 dBm leicht differieren; der genaue, Messgerät bezogene Wert A0 ist im Lieferschein vermerkt.

Alle o.a. Werte im dBm gelten für Messungen ohne Fernanzeigerät; diese Werte liegen bei der Auslieferung des Gerätes vor. Wenn man die Fernanzeige benutzt, muss man den Messbereich um einige dB verschieben. Da in unserer technisierten Umgebung ein relativ hoher elektromagnetischer Strahlungspegel vorliegt (EM-Smog), ist es besser den unteren Messbereich Wert vor den Messungen zu kontrollieren; man stellt dafür das eingeschaltete Gerät in einem leeren Metall-Topf mit einer Siebabdeckung und liest die angezeigten Werte. Mit einem kleinen Schraubenzieher kann man durch Drehen der Stellschraube den Messbereich verschieben. Für genaue Messungen ist es empfehlenswert diese hier beschriebene Überprüfung des Messbereichs vorzunehmen.

2.3 Korrekturfaktoren

Folgende Tabelle wiedergibt die Korrekturwerte für einige Frequenzen im Bereich 0,1 ... 2,5 GHz.

F [GHz] Delta [dB]

(0,1 10,0)

0,4 3,5

0,5 1,6

0,6 -0,1

0,7 -1,4

0,8 -1,8

0,9 -1,4

1,0 -1,1

1,2 0

1,3 -0,1

1,4 -0,3

1,5 -0,5

1,6 -0,9

1,7 -0,92

1,8 -0,95

1,9 -1

2,0 -1,12

2,1 -1,2

2,2 -1,3

2,3 -1,4

2,4 -1,45

2,5 -1,5

Der untere Wert des Messbereichs A0 (normalerweise –47 dBm) muss addiert werden mit dem Wert in der Spalte Delta. So z.B. für die Messung einer elektromagnetischen Strahlung mit der Frequenz von 2,4 GHz muss der Wert A0 neu berechet werden als A0neu = A0 + Delta = -47 + (-1,45) = -48,45 dBm.

Danach kann man diesen Wert durch Drehen der Stellschraube auf –49,7 einstellen; ebenso gut kann man arbeiten, ohne Durchführung dieser Anpassung, aber dann muss die Korrektur bei jeder Messung angerechnet werden.

3 Aufzeichnen von Daten. Dauermessungen

3.1 Datenanschluss

Der Wert der Spannung angeboten in mV am Datenanschluss des Gerätes entspricht dem gemessenen Wert im dBm. Wenn dieser Wert einem PC zugeführt wird, kann man die gemessenen Werte aufzeichnen und speichern. Der Wert der angebotenen Messspannung ist jederzeit aktuell und unterliegt nicht einer Auffrischungszeitspanne. In Unterscheid dazu ist der Wert angezeigt im LCD-Display 3 Mal pro Sekunde aufgefrischt.

3.2 Betrieb mit externem Messgerät mit PC-Schnittstelle

Wenn man den Datenanschluss des Gerätes an einem Voltmeter mit RS232 Schnittstelle

Mittels Datenkabel verbindet, ergibt sich eine einfache Möglichkeit die gemessenen Daten zu einem PC zu transportieren und weiter zu verarbeiten. Das in unserem Prospekt enthaltene Gerät als Fernanzeige mit RS232 Schnittstelle erfüllt diese Forderung. Das Gerät HSM-2 wird normalerweise betrieben durch den eingebauten Akku (300 mAh, 4,8 V). Es ist jedoch möglich das Gerät auch mit angeschlossenem Ladegerät zu betreiben; dies schafft die Voraussetzungen für Dauermessungen.

Es ist nicht so einfach HF-Messungen zu gestallten. Je mehr Vorbereitungen gemacht werden, desto besser sind die Ergebnisse. Wenn man externe Leitungen wie Datenkabel oder Ladekabel an das Gerät HSM-2 anschließt, verändert man wichtige Radio-Parameter; die Messqualität leidet. Durch geeignete Versuche kann man jedoch feststellen, dass diese Veränderungen ermittelt werden können und die abgelesene Werte können dadurch korrigiert werden.

4 Umrechnungstabelle

Folgende Tabelle erlaubt die schnelle Umrechnung der vom HF-Detektor abgelesenen Wert in weitere gängigen Maßeinheiten. Die Spalten A und E sind auch auf der Frontseite des Gerätes zu sehen.

A [dBm]	E [V/m]	S [W/m²]	H [A/m]
+28	170,81	77,39	0,4531
+26	135,68	48,83	0,36
+24	107,8	30,81	0,286
+22	85,61	19,44	0,227
+20	68	12,27	0,1804
+18	54,01	7,74	0,143
+16	42,91	4,88	0,1138
+15	38,24	3,88	0,1014
+14	34,1	3,081	0,0904
+12	27,1	1,95	0,0718
+10	21,5	1,23	0,057
+8	17,1	0,774	0,0453
+6	13,57	0,488	0,036
+5	12,1	0,388	0,0321
+4	10,78	0,308	0,0286
+2	8,561	0,194	0,0227
0	6,8	0,123	0,018
-2	5,4	0,0774	0,0143
-4	4,29	0,049	0,01138
-5	3,824	0,0388	0,01014
-6	3,41	0,0308	0,00904
-8	2,71	0,01944	0,00718
-10	2,15	0,0123	0,0057
-12	1,71	0,00774	0,00453
-14	1,357	0,00488	0,0036
-15	1,21	0,00388	0,00321
-16	1,078	0,00308	0,00286
-18	0,856	0,00194	0,00227
-20	0,68	0,001.2	0,001.8
-22	0,54	0,000774	0,00143
-24	0,43	0,000.488	0,001.14
-25	0,383	0,000.39	0,001.016
-26	0,34	0,000.30	0,000.90
-28	0,271	0,000.194	0,000.718
-30	0,21	0,000.12	0,000.57
-32	0,171	0,000.0774	0,000.453
-34	0,13	0,000.048	0,000.36
-35	0,121	0,000.0388	0,000.316
-36	0,1078	0,000.0308	0,000.285
-38	0,085	0,000.019	0,000.23
-40	0,068	0,000.0123	0,000.179
-42	0,054	0,000.00774	0,000.1414
-44	0,043	0,000.004.8	0,000.11
-45	0,03824	0,000.00388	0,000.1015
-46	0,034	0,000.003	0,000.09
-48	0,0271	0,000.002	0,000.0707
-50	0,0215	0,000.00126	0,000.0547
-52	0,017	0,000.000.76	0,000.045
-54	0,013	0,000.000.48	0,000.036
-55	0,012	0,000.000.38	0,000.032
-56	0,011	0,000.000.3	0,000.028
-58	0,008.5	0,000.000.19	0,000.023
-60	0,006.8	0,000.000.12	0,000.018

5 Weiterführende Hinweise

5.1 Literatur

[1] 26-e Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes vom 16.12.1996

[2] Artikel „Handy-Strahlung als Gefahr für die Gesundheit“ in www.impecon.com/schriften.htm

[3] Prospekt Gerät HSM-2 in www.impecon.com/hsm_prospekt2.htm

5.2 Grenzwerte

Es gibt noch keine gesicherten Kenntnisse über die Grenze der Unschädlichkeit der elektromagnetischen Strahlung. Die Grenzwerte gültig für die Hochfrequenzanlagen in Deutschland entsprechen der 26-en Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes vom 19.12.1996 (26.BImSchV)und sind abhängig von der Frequenz wie folgt:

f < 400 MHz -> 27,5 V/m

f = 400 ... 2000 MHz -> 1,375 x (f)^1/2 (d.h. für 900 MHz: 41,2 V/m oder 4,5 W/m² oder +15,7 dBm)

f > 2000 MHz -> 61 V/m

Der Gesetzgeber hat sich bei der Festlegung der Grenzwerte um leicht nachweisbare Erwärmungseffekte gehalten. Die physiologischen Effekte im lebenden Körper blieben jedoch unberücksichtigt. Um sicher zu gehen dass keine schädliche Wirkung bei Dauerbelastung auftritt, sollte man den Höchstwert -35dBm berücksichtigen. Für kurze Zeitspannen kann man Belastungen mit bis zu -20 dBm gut vertragen. Dies kann man dadurch erklären, dass die schädigende Wirkung der hochfrequenten Strahlung das Produkt der Strahlungsintensität mit der Bestrahlungsdauer ist. Andere Länder haben deutlich niedrigere Grenzwerte; BUND empfiehlt maximal 0,00045 W/m² oder 0,412 V/m oder –24,4 dBm.