Auswertung der Messungen


Die bei Messungen gewonnenen Werte stellen für sich alleine betrachtet noch kein Ergebnis dar, sondern müssen stets in Relation zu Grenz- oder Vorsorgewerten gestellt werden, um überhaupt eine Aussagekraft zu besitzen.

Da sowohl die Grenz- auch als manche Vorsorgewerte zudem frequenz- oder signalartabhängig sein können, muss für eine korrekte Auswertung auch die jeweilige Frequenz und Art des gemessenen Signals mit einbezogen werden, was bei breitbandigen Messungen natürlich nicht möglich ist. Dort muss dann als Grenzwert der niedrigste im Frequenzbereich des Messgerätes anzunehmende Grenzwert angesetzt werden, es sei denn, der stärkste Sender ist bekannt.

Weiterhin müssen Toleranzen des Meßsystems berücksichtigt sowie je nach verwendetem Messgerät oder gewünschter Darstellungsweise eventuell Umrechnungen zwischen verschiedenen Maßeinheiten durchgeführt werden.

 

Auswertung bei frequenzselektiven Messungen

Frequenzselektive Messungen erlauben eine Zuordnung der einzelnen gemessenen Signale. Im Bild rechts ist ein Beispiel (Bildschirmanzeige) der mit einem Spektrumsanalyzer aufgenommenen Signale im Frequenzbereich von 50 bis 1000 MHz, was ausser Mobilfunkstationen bei 900 MHz auch Radio- und Fernsehsender mit einschliesst.

Für die Ermittlung der Gesamtfeldstärke müssen alle Signale zusammengezählt werden, was durch quadratische Addition der Einzelfeldstärken geschieht:

Diese quadratische Addition der elektr. Feldstärken entspricht einer Addition der einzelnen Leistungen.

In der Praxis genügt es, dafür alleine die stärkeren Signale heranzuziehen, da die schwachen nicht viel zur Gesamtfeldstärke beitragen.

 

Besonderheiten beim GSM-Mobilfunk ("gepulst" und mit Leistungsregelung)

GSM-Mobilfunksendeanlagen mit mehr als einem Sendekanal haben vom Gesprächsaufkommen und Entfernung der jeweiligen Teilnehmer abhängige Sendeleistungen.

Daher ergibt die gemeinsame Messung aller Signale (z. B. bei Breitbandmessungen) ein zufälliges Ergebnis für einem bestimmten Zeitpunkt, jedoch nicht das für Grenzwertbetrachtungen wichtige mögliche Maximum.

Bei frequenzselektiven Messungen ist es jedoch möglich, den permanent mit maximaler Leistung sendenden Sender 1 (BCCH-Träger) einzeln zu messen und zur Ermittlung der maximal möglichen Gesamtfeldstärke der Anlage diesen Wert durch quadratische Addition mit der Anzahl n der Sendekanäle zu multiplizieren:

Diese Gesamtfeldstärke würde erreicht werden, wenn die Station auf allen Kanälen gleichzeitig mit voller Sendeleistung sendet. Die ist allerdings sehr unwahrscheinlich, im Mittel sind die zusätzlichen Sendekanäle nur zu etwa 30% ausgelastet.

 

Sonderfall "Frequency Hopping"

Beim GSM-Mobilfunk hat der Netzbetreiber die Möglichkeit, bei Anlagen mit mehr als einem Kanal pro Funkzelle bei einer Mobilfunkverbindung die Sendefrequenz von Zeitschlitz zu Zeitschlitz zu wechseln, um interferenzbedingte Störungen zu minimieren. Es werden dabei meist 5 - 15 Frequenzen je Zelle freigegeben. Bei der frequenzselektiven Messung mit einem Spektrumsanalyzer werden daher mehr Frequenzen angezeigt, als tatsächlich gleichzeitig vorhanden sind. Bei 15 freigegebenen Frequency-hopping-Frequenzen ergibt sich eine mögliche Überschätzung der Immissionen von ca. 9 dB, d.h. die dokumentierte Summenfeldstärke der betreffenden Anlage ist bis um etwa den Faktor drei größer, als sie in Wirklichkeit vorhanden ist. Um solche Fehlinterpretationen zu vermeiden, müssen vor der Messung von den Netzbetreibern Informationen zur eventuellen Nutzung von Frequency-hopping der jeweiligen Anlagen eingeholt werden.

 

Besonderheiten bei UMTS

Die korrekte Messung des UMTS-Signals stösst auf mehrere Schwierigkeiten, die durch das Übertragungsverfahren bedingt sind und bei der fachgerechten Durchführung berücksichtigt werden müssen:

Bestimmung der realen Feldverteilung von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern in der Umgebung von UMTS-Sendeanlagen
Im Abschlussbericht Teil 2 dieses Projekts des Deutschen Mobilfunk-Forschungsprogramms wird ausführlich auf die Messmethodik von UMTS-Signalen eingegangen.

 

Besonderheiten bei LTE

Siehe die Informationsseite zu LTE

 

Besonderheiten bei DECT

Abgesehen davon, dass bei vielen Messungen innerhalb von Wohnhäusern die Immissionen von eigenen DECT-Schnurlostelefonanlagen den höchsten Beitrag zur Gesamtexposition liefern, hönnen bei der Messung von deren Feldern aufgrund des verwendeten Zeitschlitzverfahrens und Frequenzwechsels erhebliche Fehler gemacht werden.

Immissionen von DECT-Geräten und deren Messung

 

Besonderheiten bei ISM-Frequenzen, UWB, WiMAX und WLAN

Siehe hierzu die weiterführenden Informationen auf den Seiten zu ISM-Frequenzen, UWB, WiMAX und WLAN.

 

Grenzwertbetrachtungen bei mehreren Signalen sehr unterschiedlicher Frequenz

Wenn bei einer Messung mehrere vergleichbar grosse Signale in unterschiedlichen Frequenzbereichen gemessen werden, für welche unterschiedliche Grenz- oder Vorsorgewerte gelten, müssen diese für eine Gesamtbetrachtung entsprechend berücksichtigt werden.

Dazu addiert man in quadratischer Addition die jeweiligen Verhältnisse Feldstärke/Grenzwert, wobei das Ergebnis kleiner 1 sein muss, damit die Gesamtfeldstärke kleiner als der Gesamtgrenzwert ist:

Darin ist:  Esumme =
Relative Summenfeldstärke im kompletten Frequenzbereich, muss kleiner 1 sein
E1, E2, E3,... =
Einzelfeldstärken unterschiedlicher Frequenz
EG1, EG2, EG3,... = 
Jeweiliger Grenzwert der Einzelfeldstärken

 

 

Toleranzen (Messunsicherheiten)

Jede Messung ist mit einer gewissen Unsicherheit (Toleranz, Ungenauigkeit) behaftet. Deshalb könnnen sich bei mehreren Messungen der gleichen Situation voneinander abweichende Resultate ergeben.
Diese Unsicherheiten kommen durch verschiedene Faktoren zusammen:

Instrumentelle Unsicherheit:
Dies sind Ungenauigkeiten der verwendeten Messeinrichtung wie etwa deren Linearitätsabweichung, Frequenzgang, Temperaturabhängigkeit oder Unsicherheit der Kalibrierung von Messgerät, Antenne und Antennenkabel. Dabei spielt die Qualität der Messeinrichtung und die Genauigkeit der Kalibration ein wesentliche Rolle, die besonders bei einfachen Amateur-"Mess"geräten gerne falsch dargestellt bzw. eingeschätzt wird.
Methodenbedingte Unsicherheit:
Damit sind die Ungenauigkeiten bei der Durchführung der Messung gemeint, also etwa die Genauigkeit der Auffindung des Feldstärkemaximums. Hier sind Erfahrung und Routine des Durchführenden von wesentlicher Bedeutung.
Unwägbarkeit bei Breitbandmessungen:
Wie bereits mehrfach erwähnt, können bei Breitbandmessungen von Mobilfunkstationen weder auslastungsabhängige Emissionen dieser Anlage noch fremde Signale beurteilt bzw. zugeordnet werden. Die dadurch enstehenden Messfehler können im Extremfall mehrere hundert Prozent betragen.

Zusammenfassend wird bei frequenzselektiven Messungen je nach Aufwand und Qualität der Messeinrichtung eine Unsicherheit von etwa 2 - 3 dB (bezogen auf die Leistung) erreicht, das ist auf die Feldstärke bezogen der Faktor 1,2 bis 1,4 (20 - 40%).
Ein gefundener Feldstärke-Messwert muss daher mit diesem Faktor multipliziert werden, um die Messunsicherheiten mit einzubeziehen.

Bei einfachen Messgeräten, wie sie z. B. gerne von Baubiologen oder Privatleuten verwendet werden, kann allerdings bereits die instrumentelle Unsicherheit der Leistungsmessung bis zu 10 dB (und mehr) betragen, was auf die Feldstärke bezogen einen Faktor von 3 ergibt (300%).
Manche Hersteller verschleiern diese Unsicherheiten leider mit äusserst fragwürdigen Methoden bei der Angabe von technischen Daten. Nach den seit Anfang 2002 gesetzlich erweiterten Bedingungen der Gewährleistung begeben sie sich damit jedoch auf gefährliches Terrain, da seither bei Nichteinhaltung von versprochenen Eigenschaften problemlos der Kauf eines Artikels rückgängig gemacht werden kann.

 

 

Umrechnungen

Je nach benutztem Messgerät werden die gefundenen Ergebnisse in verschiedenen Einheiten angezeigt. Nachfolgend werden die jeweiligen Umrechnungen zwischen den verschiedenen gebräuchlichen Einheiten aufgeführt.

Vor allen Umrechnungen müssen natürlich noch die Kabelverluste, Antennencharakteristika und weitere Korrekturwerte (siehe bei Toleranzen). einkalibriert bzw. berücksichtigt werden.

 

Elektr. Feldstärke <—> Leistungsflussdichte

Sowohl die elektrische als auch die magnetische Feldstärke sind mit der Leistungsflussdichte im Fernfeld fest miteinander verknüpft und können daher ineinander umgerechnet werden:

bzw.
Darin ist:
E:
Elektrische Feldstärke in V/m
 
S:
Leistungsflussdichte in W/m²
 
Zo:
Feldwellenwiderstand, dieser beträgt ca. 377 Ohm

Die magnetische Feldstärke H [A/m] berechnet sich zu: H = E/Zo bzw. E = H*Zo

Oft wird die Leistungsflussdichte statt in der Einheit W/m² in der Einheit nW/cm² angegeben.
Aus der Tatsache, dass 1m² dabei 10.000cm² entsprechen und 1W wiederum 1.000.000.000nW sind, kann man ableiten, dass eine Leistungsflussdichte von 1W/m² soviel wie 100.000nW/cm² sind.
Das berühmte "Salzburger Milliwatt" ( eine Leistungsflussdichte von 1mW/m²) entsprechen also 0,001W/m² oder 100nW/cm².
Besonders Mobilfunkkritiker nutzen daher gerne die Einheit nW/cm², um mit möglichst hohen Zahlenwerten bei Laien den Eindruck einer starken "Belastung" zu erzeugen, sei sie auch faktisch noch so klein. Manchmal kommen sie mit ihren vielen Nullen dann aber auch etwas durcheinander ;-)

Bei manchen Messgeräten wird die elektr. Feldstärke auch in der logarithmischen Einheit "dbµV/m" angezeigt. Die Umrechnung in die lineare Einheit V/m erfolgt in nachstehender Weise:

bzw.

Darin ist e der Feldstärkewert in [dbµV/m] und lg der Logarithmus zur Basis 10


Gemessene Leistung —> Leistungsflussdichte

Viele Hochfrequenzmessgeräte zeigen lediglich die an ihrem Messeingang anliegende Leistung an, sodass zur Anzeige bzw. Berechnung der Leistungsflussdichte noch die Frequenz und die Eigenschaften der Messantenne hineinberechnet werden müssen.
Bei Kenntnis von deren Antennengewinn [G] berechnet sich die Leistungsflussdichte dann folgendermassen:

Darin ist S: Leistungsflussdichte in W/m²
  P: Angezeigte Leistung in W
  G: Antennengewinn als lineares Verhältnismass (siehe dazu mehr)
Der Antennengewinn z. B. einer Stabantenne (/4-Antenne) beträgt 3,28
  : Wellenlänge in m  (beträgt bei 950 MHz ca. 0,32 m)

 

In der Hochfrequenzmesstechnik ist die Anzeige der Leistung in Watt allerdings sehr ungebräuchlich. Meist wird diese in dem logarithmischen Mass "dBm" angezeigt, welches sich auf eine Bezugsgrösse von 1 mW bezieht (0 dBm sind 1 mW).
Bezieht man die Umrechnung von dBm in W in die obige Formel mit ein, so lautet diese dann:

Darin ist p die angezeigte Leistung in dBm, der Rest ist wie oben.

 

Grösseneinheiten

1 Nano = 1/1.000.000.000
1 Mikro... = 1/1.000.000
1 Milli... = 1/1.000
1 Kilo... =

x1.000

1 Mega...  x1.000.000
1 Giga... =   x1.000.000.000

Beispiel: 0,015 V/m = 15 mV/m = 15.000 µV/m

 

 

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Zuletzt geändert:14.11.10