Messungen bei Mobilfunk-Basisstationen:
Einführung und Messgeräte


Die Stärke des elektromagnetischen Feldes an einem bestimmten Ort ist immer durch eine Überlagerung der unterschiedlichsten Quellen bestimmt. Dies sind außer Mobilfunksendern auch alle anderen Arten von Funkdiensten, wie etwa Radio- und Fernsehsender sowie eventuelle hauseigene Sendeanlagen, z. B. schnurlose Telefonanlagen (siehe DECT).
Für eine exakte Aussage hilft alleine eine Messung in einem weiten Frequenzbereich. Nur wenn man sich auf den Beitrag einer einzelnen, bekannten Quelle, etwa eines bestimmten Mobilfunksenders beziehen möchte, kann man dessen Anteil getrennt messen oder auch näherungsweise berechnen.

 

Einführung

Durch die unterschiedlichen Eigenschaften elektromagnetischer Felder in Abhängigkeit von der Entfernung zur Sendeantenne ist es wesentlich, ob sich der Betrachter sehr nahe zur Sendeantenne befindet (z. B. bei der Nutzung eines Handys) oder im Abstand von mindestens mehreren Metern, wie bei einem Mobilfunk-Sendemast.

Bei größerer Entfernung zur Sendeantenne befindet man sich in deren Fernfeld, unter dessen Bedingungen die magnetische und die elektrische Feldstärke direkt miteinander verknüft sind und man aus der Kenntnis einer Größe daraus die andere oder auch die Leistungsflussdichte berechnen kann.
Deshalb messen alle gängigen Verfahren in diesem Frequenzbereich alleine die (am einfachsten zu messende) elektrische Feldstärke, aus welcher dann die anderen Größen bereits geräteintern oder rechnerisch abgeleitet werden können.

Bei Mobilfunk-Sendemasten sind die Bedingungen des Fernfeldes im Abstand von wenigen Metern gegeben.

 

 

Messgeräte

 
Breitbandige Messgeräte

Breitbandige Messungen dienen dazu, sich einen Überblick über die Gesamtfeldstärke in einem bestimmten, vom Messgerät vorgegebenen Frequenzbereich zu verschaffen, etwa um eventuelle Grenzwertüberschreitungen festzustellen. Angezeigt wird das stärkste Signal bzw. die Summe verschiedener Signale, unabhängig von deren Frequenz.

Messungen dieser Art haben den Nachteil, dass sie nicht nur vergleichsweise unempfindlich sind, sondern vor allem auch keine Information über die Art und Quelle der gemessenen Felder ergeben. Gerade bei zeitlich veränderlichen Feldern wie denen von Mobilfunk-Basisstationen sind so keine exakten Aussagen möglich.
 

Für professionelle Breitbandmessungen verwendet man bevorzugt handliche Messgeräte mit einer eingebauten ungerichteten Antenne, einer sogenannten Feldmeßsonde. Solch eine Sonde besteht intern aus drei zusammengeschalteten Dipolen, welche in die drei verschiedenen Raumrichtungen ausgerichtet sind und somit in Summe ein ungerichtetes (isotropes) Verhalten haben. Dadurch muss bei der Messung das Gerät nicht in Richtung des zu messenden Senders gehalten werden, auch spielt dessen Polarisation keine Rolle.
Mit Feldmeßsonden sind jedoch genaue Feldstärkemessungen nur bis etwa 0,6 V/m herunter realisierbar, was für Grenzwertuntersuchungen jedoch völlig ausreicht.
Manche Geräte besitzen zusätzlich auch die Möglichkeit, eine externe Antenne anzuschliessen.

Im Bild rechts ist ein solches Messgerät der gehobenen Preisklasse (komplett ca. 5.800 €) abgebildet. Die Feldmessonde befindet sich in der Kugel und hat einen kalibrierten Frequenzbereich von 100 KHz - 3 GHz, womit die Frequenzen aller wichtigen Sendeanlagen abgedeckt sind.
Die Sonde ist ein Stück vom eigentlichen Messgerät abgesetzt, um die Beeinflussung des zu messenden Feldes durch das Gerät und die Hand des Bedienenden zu verringern.
 

Anspruchslosere Ausführungen derartiger Messgeräte (wie auf dem Bild links, ca. 100 €) besitzen aus Kostengründen meist keine ungerichtete Antenne, sondern verwenden wie die Handys kurze Stummel- oder Stabantennen. Diese besitzen jedoch eine, wenn auch nicht besonders ausgeprägte (vertikale) Richtwirkung, so dass bei der Messung durch Kippen des Gerätes bzw. der Antenne der maximale Anzeigewert gesucht werden muss.
Da zudem die Teleskopantennen auch in ihrer Länge einstellbar sind, was von den Herstellern gerne als eine Möglichkeit der Frequenzselektion dargestellt wird, ist der angezeigte Wert mehr eine Orientierung als eine tatsächliche Messung.
Manche Geräte dieser Art erlauben über einen eingebauten Lautsprecher auch eine akustische Wiedergabe des empfangenen Signals, sofern dieses eine Amplitudenmodulation besitzt oder gepulst ist. Damit können bei Kenntnis der Tonbilder gewisse Zuordnungen getroffen werden, allerdings muss der wiedergegebene Ton nicht zwangsläufig von dem an dieser Stelle am stärksten zu empfangenden Sender stammen.

Solche einfachen Geräte dienen damit mehr als Indikatoren für vorhandene Felder oder zu Vergleichsmessungen, ohne dass jedoch wirklich quantitativ genaue Aussagen über Art oder Stärke der elektromagnetischen Felder gemacht werden können.

 

Frequenzselektive Messgeräte

Professionelle Messungen arbeiten stets mit frequenzselektiven Methoden, da nur so eine zweifelsfreie Zuordnung der gefundenen Messwerte zu einzelnen Sendestationen möglich ist.
Als Messempfänger dienen wegen der Übersichtlichkeit der Messergebnisse meist Spektrumsanalysatoren, welche auf einem Bildschirm in einem bestimmten Frequenzbereich die darin vorkommenden Signale und deren jeweilige Stärke anzeigen.
Damit können die Beiträge einzelner Sender unabhängig von anderen getrennt bestimmt werden. Die mit gerichteten Messantennen erreichbare Empfindlichkeit ist besser als 0,001 V/m.

Ein solches, mit etwa 6.000 € noch vergleichsweise günstiges Gerät ist rechts im Bild dargestellt, anspruchsvollere Geräte dieser Art können ein Vielfaches teurer sein.

 
Messantennen

Für frequenzselektive und empfindliche Präzisionsmessungen werden in aller Regel gerichtete Messantennen verwendet, welche bei der Messung entweder in Richtung des Maximums ausgerichtet werden müssen oder bei welchen das Signal durch Addition der Messwerte in alle drei Raumrichtungen erfasst wird (= normgerechte quasiisotropische Messung).

Eine für frequenzselektive Messungen im Frequenzbereich des Mobilfunks bevorzugt verwendete Antenne ist die logarithmisch-periodische Antenne (rechtes Bild).
Solch eine Antenne besteht aus mehreren Resonanzelementen, deren Abmessungen sich gem den Gliedern einer geometrischen Reihe abstufen, sie ist dadurch eine sehr breitbandige Richtantenne.
Derartige Antennen können zur exakten Positionierung auf einem Stativ montiert sein (wie im nebenstehenden Bild), oder zum Aufsuchen eines Maximums auch in der Hand gehalten werden.
Durch ihre vergleichsweise hohe Richtwirkung ist der Einfluss einer Person hinter der Antenne relativ gering, sodass sie für den mobilen Einsatz, wo sie in der Hand gehalten wird, besonders gut geeignet ist.
 


Im Bild links ist eine andere Art von Messantenne abgebildet, nämlich eine auf einem Ständer montierte sehr kleine bikonische Messantenne. Die Richtwirkung von bikonischen Antennen entspricht in einem weiten Frequenzbereich jener von -Dipolen.
Bei diesen Antennen ist die Richtwirkung in radialer Richtung gering, daher sollte sich während der Messung niemand in der Nähe der Antenne befinden, um eine Beeinflussung des Feldes zu vermeiden.

Mit der links abgebildeten Anordnung kann die Antenne zur quasi-isotropen Messung einfach und präzise in alle drei Raumrichtungen ausgerichtet werden, sie wurde durch das Österreichische Forschungszentrum Seibersdorf entwickelt und nennt sich dort Add3D (Addition of 3 Dimensional Field Components); damit sind Präzisionsmessungen im Frequenzbereich von 80 MHz - 2,5 GHz möglich.

 

Kauf von eigenen Messgeräten?

Beim Lesen der beiden vorangegangenen Artikeln wird klar, dass professionelle Messtechnik ihren Preis hat und für den Privatmann oder Kleinunternehmen erschwingliche Messgeräte technische Einschränkungen aufweisen werden.
Dennoch möchte sich der Eine oder Andere vielleicht doch ein eigenes Gerät anschaffen, um sich zumindest eine grobe Übersicht über die vorhandenen Feldstärken zu verschaffen. Für solche Zwecke gibt es eine ganze Palette von breitbandigen Messgeräten für unter 1000 Euro, die jedoch alle verschiedene Schwächen aufweisen. Diese werden von den Herstellern natürlich nicht gerne gezielt erwähnt; im Gegenteil, zugeschnitten auf ein meist fachunkundiges Klientel werden gelegendlich phantastische Eigenschaften versprochen, welche oft noch nicht einmal von Profigeräten eingehalten werden können.

 

 

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Zuletzt geändert: 09.03.09