ایمنی در برابر تشعشعات غیریون‌ساز

مقدمه

طیف الکترومغناطیسی را میتوان به دو قسمت تقسیم کرد. قسمت یونساز و غیر یونساز. بخش یونساز طیف دارای انرژی کافی برای خارج کردن الکترونها از اتم یا مولکول میباشد. درنتیجه ذرات باردار یا یون ایجاد میکند. بخش غیر یونساز انرژی کافی برای ایجاد یون ندارد اما اثرات دیگری ایجاد میکند که همراه با راهکارهای حفاظتی در این فصل شرح داده میشود.

طیف الکترومغناطیسی

شواهدی در ارتباط با افزایش سرطان خون در کودکان و سقط جنین ناشی از تشعشعات الکترومغناطیس غیر یون‌ساز وجود دارد که لازم است اقدامات پیشگیرانهای انجام شود. همچنین افزایش استفاده از تلفن همراه و در دسترس بودن اینترنت بیسیم با افزایش ایستگاههای پایه[1] همراه است. این پدیده باعث توسعه تحقیقات در چند دهه گذشته در مورد اثرات نامطلوب احتمالی تشعشعات غیر یون‌ساز[2](NIR) ساطع‌شده از ایستگاههای پایه، ایستگاههای پخش همگانی و رادیویی شده است. مطالعات در این موضوع از سال 1974 در انجمن بینالمللی حفاظت در برابر تشعشعات(IRPA) [3] آغاز شده است. پس از تشکیل کمیته بین‌المللی اشعه غیر یون‌ساز[4] (INIRC)در سال 1977 و کمیته بینالمللی حفاظت در برابر تشعشعات غیر یونساز(ICNIRP[5]) در سال 1992و انجام مطالعات در این زمینه، دستورالعملهایی از سوی سازمان جهانی بهداشت(WHO)[6] و چارچوب نظارتی در رابطه با این موضوع وضع شد. بخش ITU-T مسئول استانداردسازی و هماهنگی میدان ارتباطات مخابراتی است که وظیفه حفاظت انسان در برابر تشعشعات الکترومغناطیسی را بر عهده دارد.

در بسیاری از کشورها مسئولیت نظارت در رابطه با حفاظت در برابر تشعشعات غیر یون‌ساز بر عهده مدیریت طیف قرار دارد. بنابراین سرویسهای پایش و بازرسی اندازهگیری سطح NIR را انجام میدهند. این اندازهگیریها ممکن است در ارتباط با موضوع مجوز دهی، به‌طور منظم و با توجه به طرح کنترل و نظارت NIR و یا به علت درخواست‌های عمومی یا رسمی انجام شود‏[5].

اندازهگیری NIR

اندازهگیری NIR به‌سادگی اندازهگیری قدرت میدان است، اما محدودیتهایی وجود دارد که باید در ارزیابیها مورد توجه قرار گیرد (ارزیابی تشعشعات گوشیهای تلفن همراه در نزدیکی با سر انسان). تعیین اصول اولیه و سطح مرجع به ‌منظور ارزیابی میدان الکترومغناطیسی و مقایسه با سطح مرجع، لازم و ضروری است. محدودیتهای اساسی در مورد NIR که مستقیماٌ مربوط به اثرات بیولوژیکی هستند در بیشتر مواقع اندازهگیری آنها مشکل است (مانند اندازهگیری چگالی جریان در سطح بدن) و محدودیت در تعیین سطح مرجع است. محدودیتهای اساسی قرارگیری در میدانهای الکتریکی و مغناطیسی متغیر با زمان و مستقیماً به اثرات مضر بر سلامتی وابسته است. علاوه بر این به فرکانس میدان، چگالی جریان، نرخ ویژه جذب انرژی SAR[7])) و چگالی توان S نیز بستگی دارد. تعیین سطح مرجع برای ارزیابیها مشکل است اما گاهی با تکنیکهای محاسباتی و یا اندازهگیری اثرات غیرمستقیم قرارگیری در میدان مغناطیسی به دست میآید. مقادیر به دست آمده از اندازهگیری میدان الکتریکی (E)، میدان مغناطیسی(H) و چگالی شار توان(S) در وضعیت قرارگیری، با سطح مرجع مقایسه میشود. در صورت عدم تطابق مقادیر اندازهگیری با سطح مرجع لازم است اقدامات حفاظتی انجام شود.

‏جدول 6-1مقادیر RMS سطح مرجع E، H و S بر اساس محدوده فرکانسی نشان میدهد. بهره پرتوگیری نسبت حداکثر چگالی توان (یا شدت) میدان الکترومغناطیسی به سطح مرجع در یک فرکانس مشخص تعریف میشود. مقادیر بزرگ‌تر از 1 از حد مرجع بیشتر هستند و نیاز به اقدامات حفاظتی به وجود میآید‏[5]. به علت اثرات فیزیولوژیکی متفاوت منابع فرکانس پایین و فرکانس بالا، این منابع باید به‌صورت مجزا بررسی شوند(‏شکل 6-2) در فرکانسهای کمتر از 10MHz اثرات فیزیولوژیکی به علت چگالی جریان القایی و در فرکانسهای بالای 100 kHz اثرات فیزیولوژیکی به علت SAR ایجاد میشود‏[24].

اثر بیولوژیکی مؤثر تشعشعات غیر یون‌ساز

ممکن است چندین مورد پرتوگیری در یک مکان وجود داشته باشد که محاسبه پرتوگیری کل نیاز به توجه دارد. در محدوده فرکانسی که اثرات الکتریکی حاکم است، محاسبه پرتوگیری کل بر پایه جهت میدان انجام میشود. در محدوده فرکانسی که اثرات دمایی حاکم است پرتوگیری کل بر پایه مربع مقادیر میدان یا چگالی شار توان محاسبه میشود.

محاسبه پرتوگیری کل با اثرات الکتریکی به‌صورت ‏(6-1) محاسبه میشود

میدان الکتریکی

حد وابسته به فرکانس[8]

برای پرتوگیری عمومی یا برای پرتوگیری مربوط به مشاغل

مقدار میدان H اندازهگیری شده در فرکانس j

حد وابسته به فرکانس

برای پرتوگیری عمومی یا برای پرتوگیری مربوط به مشاغل

محاسبه پرتوگیری کل با اثرات دمایی به‌صورت ‏(6-2) محاسبه میشود.

میدان الکتریکی

حد وابسته به فرکانس[9]

برای پرتوگیری عمومی یا برای پرتوگیری مربوط به مواجهه شغلی

مقدار میدان H اندازهگیری شده در فرکانس j

حد مرجع در فرکانس j

برای پرتوگیری عمومی یا برای پرتوگیری مربوط به مواجهه شغلی

سطح مرجع برای قرار گرفتن در میدان الکتریکی و مغناطیسی

نوع قرار گیری	محدوده فرکانسی	قدرت میدان الکتریکی (V/m)	قدرت میدان مغناطیسی(A/m)	چگالی توان موج معادل(W/m²)
مواجهه شغلی	تا 1Hz	–	2×10⁵	–
	1-8 Hz	20000	1.63×10⁵/f²	–
	8-25 Hz	20000	2×10⁴/f	–
	0.025-0.82 kHz	500/f	20/f	–
	0.82-65 kHz	610	24.4	–
	0.065-1 MHz	610	1.6/f	–
	1-10 MHz	610/f	1.6/f	–
	10-400 MHz	61	0.16	10
	400-2000 MHz	3f^1/2	0.008 f^1/2	f/40
	2-300 GHz	137	0.36	50
عموم مردم	تا 1Hz	–	2×10⁴	–
	1-8 Hz	10000	3.2×10⁴/f²	–
	8-25 Hz	10000	4000/f	–
	0.025-0.8 kHz	250/f	4/f	–
	0.8-3 kHz	250/f	5	–
	3-150 kHz	87	5	–
	0.15-1 MHz	87	0.73/f	–
	1-10 MHz	87/f^1/2	0.73/f	–
	10-400 MHz	28	0.073	2
	400-2000 MHz	1.375 f^1/2	0.0037 f^1/2	f/200
	2-300 GHz	61	0.16	10

محدودیت قرارگیری در میدان الکتریکی( نمودار خط چین برای مواجهه عمومی و خط ممتد برای مواجهه شغلی)
محدودیت قرارگیری در میدان مغناطیسی( نمودار خط چین برای مواجهه عمومی و خط ممتد برای مواجهه شغلی)

در ‏جدول 6-1 f فرکانس را نشان میدهد. برای فرکانس 100kHz-10GHz مدت زمان متوسط 6 دقیقه در نظر گرفته میشود. برای فرکانس تا 100kHz مقدار پیک با ضرب مقدار RMS در محاسبه میشود. همچنین در فرکانس 100kHz-10MHz مقادیر پیک برای شدت میدان با درونیابی از 1.5 برابر پیک در 100MHz تا 32 برابر پیک در 10MHz تعیین میشود. برای پالس با طول فرکانس معادل برابر با است. در فرکانس بیش از 10GHz زمان متوسط دقیقه است. محدودیت قرارگیری در میدان الکترومغناطیسی گاهی به‌صورت مقدار شدت میدان در مدت زمان قرارگیری اعمال می‌شود به این صورت که‏[24]

شدت میدان الکتریکی یا مغناطیسی در طول پرتوگیری i

مدت زمان پرتوگیری i

مرجع شدت میدان

متوسط زمان

محدودیت چگالی توان نیز به‌صورت است

چگالی توان در طول پرتوگیری i

مدت زمان پرتوگیری i

مرجع چگالی توان

متوسط زمان

ارزیابی قرارگیری در میدان الکترومغناطیسی

ارزیابی قرارگیری در میدان الکترومغناطیسی در سه ناحیه بررسی میشود ( مطابق با ‏شکل 6-5)

ناحیه قابل قبول: در این ناحیه مقدار EMF کمتر از حد مجاز چه در مواجهه شغلی و چه به‌صورت عمومی است
ناحیه شغلی: در این منطقه EMF کمتر از حد مجاز برای مواجهه شغلی است اما در مواجهه عمومی از حد مجاز بیشتر است.
ناحیه خطر: در این منطقه سطح EMF برای هر دو نوع مواجهه از حد مجاز بیشتر است.
- ارزیابی نواحی قرارگیری در میدان الکترومغناطیسی

در ارزیابی سطح قرارگیری در میدان باید به دو نکته توجه کرد یکی بدترین شرایط انتشار و دیگری حضور همزمان چندین منبع EMF حتی با فرکانسهای مختلف. همچنین پارامترهای زیر را نیز باید در نظر گرفت:

حداکثر EIRP سیستم آنتن( حداکثر مقدار EIRP برای متوسط توان فرستنده محاسبه میشود. در اکثر منابع متوسط توان فرستنده همان توان نامی فرستنده است. در فرستنده TV آنالوگ متوسط توان فرستنده کمتر از مقدار نامی است)
بهره آنتن G یا بهره عددی نسبی F که شامل بهره ماکزیمم و پهنای بیم است
فرکانس کاری
ویژگی‎های مختلف نصب مانند موقعیت آنتن، ارتفاع آنتن، جهت بیم کجی بیم

نصب و راه‌اندازی تجهیزات از نظر ایمنی در برابر تشعشعات به سه دسته تقسیم می‌شود: دسته اول به‌طور ذاتی منابع امنی هستند که میدان تولیدشده‌ی آن‌ها در چند سانتیمتری در حد مجاز است. درنتیجه در مواجهه با آن‌ها احتیاط خاصی لازم نیست. به‌عنوان مثال فرستنده‌ها با در این گروه قرار می‌گیرند. اگر توان تشعشعی کل 100mW و یا کمتر باشد و آنتن بهره کم، دهانه مؤثر کوچک داشته باشد در این دسته‌بندی قرار می‌گیرد. دسته دوم به طور عادی ایمن هستند اما EMF تولیدی این منابع می‌تواند از حد مجاز تجاوز کند. در هر حال استفاده این منابع به‌منظور ارتباطات ضرورت دارد اما مناطق خطر آن نباید در دسترس افراد عادی باشد. به عنوان مثال آنتن‌هایی که روی برج‌های به اندازه کافی بلند سوار هستند یا ایستگاه‌های زمینی که پرتو باریکی به سمت ماهواره می‌فرستند.. موارد احتیاطی برای افرادی در نزدیکی این نوع فرستنده‌ها قرار می‌گیرند نیز ضرورت دارد. دسته سوم موقتاً نیاز به اندازهگیری خاص دارد تا منطقه بیخطر آن تعیین شود(مانند ایستگاههای پخش همگانی).

هر نصب و راه‌اندازی باید متعلق به یکی از این سه دسته باشد. روشی برای تعیین نوع دسته وجود دارد به طوری که:

مجموعهای از پارامترهای آنتن مرجع یا نوع آنتن تعریف میشود.
مجموعهای از شرایط دسترسی تعریف میشود. این دستهبندیها به دسترسیهای مناطق مختلف در نزدیکی فرستنده وابسته است.
برای هر تلفیقی از پارامترهای آنتن مرجع و شرایط دسترسی باید EIRP آستانهای تعیین شود. این سطح آستانه، مقداری متناظر با محدودیت قرارگیری براساس چگالی توان یا میدان از آنتن مرجع در شرایط دسترسی است.
برای دسته اول که به طور ذاتی امن هستند نیاز به هیچ ملاحظهای نیست.
برای هر مکانی، اگر رابطه زیر برقرار باشد متعلق به دسته دوم است متوسط توان تشعشعی موقتی آنتن در یک فرکانس خاص است و آستانه مرتبط با پارامترهای آنتن و شرایط دسترسی است. برای نصب آنتن چندتایی دو مورد زیر باید از هم تفکیک شوند
اگر الگوی تشعشعی منابع با توجه به شرایط پهنای بیم نصف توان همپوشانی دارند معیار میانگین زمانی حداکثر EIRP باید برآورده شود.
اگر هیچ همپوشانی بین منابع وجود نداشته باشد هر منبع به طور مجزا بررسی میشود.
مکانهایی که جز دسته دوم نیستند و EIRP از حد آستانه بیشتر باشد جزء دسته سوم محسوب میشوند[24]

معیارهای پیشنهادی برای تعیین اینکه نصب و راهاندازی جز دسته دوم قرار میگیرد شامل سه مورد دسترسی، جهت آنتن و فرکانس میدان تابش است. انواع دسترسی که یک فرد میتواند با تجهیزات داشته باشد در ‏شکل 6-6 همراه با شکل نشان داده شده است. همچنین جهت آنتن نیز معیار پر‌اهمیت دیگری است زیرا جهت میدان، الگوی قرارگیری را مشخص میکند. جهت زیاد به معنای این است که بیشتر قدرت تابش در یک بیم باریک متمرکز میشود و اجازه میدهد که کنترل مناسبی در منطقه امن وجود داشته باشد. الگوی آنتن یک عامل تعیینکننده و یک عامل متغیر در تعیین میدان است . ‏جدول 6-2 دستهبندی آنتنها را نشان میدهد. مهمترین پارامتر در تعیین پرتوگیری در آنتنهایی که در ارتفاع قرار گرفتهاند الگوی عمودی آنتن است و الگوی افقی آنتن مرتبط نیست زیرا در ارزیابی پرتوگیری فرض بر این است که قرارگیری در جهت حداکثر تابش میدان در سطح افق است. اما هر دو الگوی افقی و عمودی در تعیین بهره آنتن نقش دارند و الگوی افقی منطقه ورود ممنوع را در دسته‌بندی دسترسی تعیین میکند.‏[24]

دستهبندی دسترسی

گروه ها	شرح نصب	شکل مرجع
1	آنتن روی یک برج غیرقابل دسترس قرار دارد و مرکز تعشعات درارتفاع از سطح زمین قرار دارد آنتن روی یک ساختار قابل دسترسی عمومی مانند پشت بام قرار دارد و مرکز تعشعات درارتفاع از سطح زمین قرار دارد.
2	آنتن در سطح زمین نصب شده است مرکز تشعشعات در ارتفاع از سطح زمین قرار دارد. یک ساختمان مجاور یا یک ساختار قابل دسترسی با ارتفاع حدود در فاصله d از آنتن و در جهت انتشار قرار دارد
3	آنتن سطح زمین نصب شده است و مرکز تشعشعات در ارتفاع از سطح زمین قرار دارد. یک ساختمان مجاور یا یک ساختار قابل دسترسی با ارتفاع حدود در فاصله d از آنتن و در جهت انتشار قرار دارد
4	آنتن روی یک ساختار در ارتفاع قرار دارد و یک ناحیه ممانعت شده در اطراف آنتن وجود دارد. که از نظر هندسی به دو صورت است یک ناحیه دایروی با شعاع a در اطراف آنتن یک ناحیه مستطیلی با اندازه در جلوی آنتن

دسته بندی جهت آنتن بر اساس الگوی افقی آنتن

دسته بندی جهت	توصیف آنتن	پارامترهای مرتبط
1	دوقطبی نیم موج[10]	الگوی تشعشعی عمودی یک دوقطبی نیم موج در پلاریزاسیون عمودی
2	آنتن پوشش گسترده[11]( همه‌جهته یا تکه‌ای) که در ارتباطات بیسیم یا پخش همگانی استفاده میشود	پهنای بیم نصف توان عمودی: ماکزیمم دامنه گلبرگ کناری کجی پرتو آنتن تکه ای
3	آنتن بهره بالا که بیم مدادی تولید میکند(پرتو متقارن دایروی) و برای ارتباطات نقطه به نقطه یا ایستگاه زمینی استفاده میشوند	مانند شکل دسته 2

عامل فرکانس حد مجاز برای چگالی توان تشعشعی ( )را مطابق استاندارد مشخص میکند.

همانطور که پیشتر گفته شد منطقه ممنوعه در گروه 4 دسترسی، به الگوی افقی آنتن وابسته است پارامترهای مرتبط، پوشش افقی آنتن است که ‏جدول 6-3 منطقه ممنوعه را بر اساس پوشش افقی آنتن بیم باریک، مقطعی و همه جهته نشان میدهد‏[24]

منطقه ممنوعه با توجه به پوشش افقی آنتن

پوشش افقی	منطقه ممنوعه
همه جهته	منطقه دایروی
	منطقه مستطیلی با b=0.866a
	منطقه مستطیلی با b=0.707a
	منطقه مستطیلی با b=0.5a
	منطقه مستطیلی با b=0.259a
کمتر از	منطقه مستطیلی با b=0.09a

در تعیین مقدار آستانه ابتدا باید میدان یا چگالی توان برای هر نقطه که امکان دریافت تشعشعات وجود دارد توسط آنتنهای خاص تعیین شود. سپس حداکثر چگالی توان در میان نقاط مشخص شود. زمانی که باشد مشخص میشود( حد مجاز مطابق با استاندارد در فرکانس مربوطه است).

مثال ارزیابی قرارگیری در معرض EMF

اگر هندسه قرارگیری در سطح زمین و در محدوده آنتنی که در سطح بالاتری قرار دارد به صورت ‏شکل 6-7 باشد و مرکز تشعشعات در ارتفاع h از سطح زمین در نظر گرفته شود. در ارزیابی چگالی توان درنقطه با ارتفاع 2متر از سطح زمین و در فاصله x از آنتن، فرض میشود که بیم اصلی موازی با زمین و بهره آنتن متقارن محوری (همه جهته) است. برای سادگی تعریف میشود درنتیجه

مثال محاسبه پرتوگیری در سطح زمین

با در نظر گرفتن انعکاس از سطح زمین چگالی توان برابر است با

بهره نامی آنتن است.

اگر منبع EIRP=1000W داشته باشد توان پرتوگیری با تابعی از x در ‏شکل 6-8 نشان داده می‌شود‏[24]

چگالی توان در سطح زمین بر حسب فاصله از برج آنتن با فرض آنتن با بهره

‏شکل 6-9 فلوچارت ارزیابی تشعشعات میدان الکترومغناطیسی را برای یک ایستگاه زمینی یا پایه را نشان میدهد. هماطور که مشخص است حداکثر EIRP مجاز برای یک فرستنده 2W یا کمتر است. در صورتی که کمتر از 2w باشد ایستگاه و تجهیزات به طور ذاتی امن هستند و نیازی به ارزیابی تشعشعات آن نمیباشد. اما اگر بیش از 2w باشد باید ارزیابی صورت گیرد ابتدا باید سطح مرجع EMF با توجه به فرکانس تعیین شود سپس با توجه به نوع دسترسی و جهت آنتن EIRP آستانه مشخص شود اگر EIRP ایستگاه کمتر از مقدار آستانه باشد یعنی این ایستگاه و تجهیزاتش به‌طور عادی امن هستند و نیاز به ارزیابی بیشتری نیست اما اگر از مقدار آستانه بیشتر باشد یعنی مطابقت موقت دارد و لازم است منطقه خطر بررسی شود و اگر در دسترس قرار دارد اقدامات حفاظتی انجام شود.

فلوچارت ارزیابی میدان الکترومغناطیسی

تجهیزات برای اندازهگیری NIR

دو نوع تجهیزات اندازهگیری وجود دارد

پهن باند که توزیع کلی سیگنال در یک باند فرکانسی بدون تمایز منابع، اندازهگیری میشود. در این روش حساسیت در حدود 1V/m است. این نوع اندازهگیری سریع است اما قادر به دنبال کردن سیگنالهایی که به خاطر مدولاسیون سریع تغییر میکنند نیست.
باند باریک که امکان تشخیص توزیع میدان در باندهای مختلف را میدهد و معمولاً نیاز به یک تحلیلگر طیف متصل به آنتن میباشد. آنتنهای مربوط به این نوع اندازهگیری شامل قطبی وفق‌یافته، قطبی دومخروطی(30-300MHz,250-600MHz,250-1000MHz) ، لگاریتمی تناوبی(200-1000MHz) و آنتن شیپوری(1-18GHz) است. این نوع اندازهگیری دارای حساسیت بالاتری است اما فرآیند اندازهگیری زمان بیشتری را میطلبد.

برخی مواردی که در اندازهگیری باید به آن توجه شود:

منبع EMF و برخی از ویژگیهای آن شناخته شده است. EMF از دیگر منابع قابل صرف‌نظر است و هدف تعیین منطقه امن برای منبع شناخته شده است. در این مورد باند فرکانس باید به صورت دقیق مشخص باشد. توان فرستنده، پلاریزاسیون و الگوی آنتن باید به طور تقریبی شناخته شده باشد.
منابع EMF مشخص نیست و هدف تعیین مطابقت یک منطقه خاص یا بررسی میدان الکترومغناطیسی در نواحی خارج از باند برای اطمینان از اینکه دیگر منابع قابل صرفنظر کردن هستند. در این صورت بررسی کل طیف فرکانسی ممکن است نیاز باشد که اندازه‌گیری با یک پروب پهنباند انجام میشود
هدف تعیین مطابقت در یک منطقه خاص است و اگر عدم مطابقت مشاهده شد توزیع مربوط به منابع بدون تطابق تعیین شود.

شدت میدان در یک موقعیت فضایی به علت اثرات انعکاس، پراکندگی از ساختارهای اطراف متغیر است. اندازه این تغییرات تابعی از طول‌موج است. بنابراین برای توجه به تغییرات، تعیین مکانی با حداکثر پرتوگیری اهمیت دارد. از آنجا که استانداردها محدودیت پرتوگیری روی بدن انسان را تعیین میکنند بنابراین اثر بدن روی الگوی میدان باید مورد توجه قرار گیرد‏[25]

اثر بدن در میدان

‏شکل 6-10 موقعیت حضور یک انسان را نشان میدهد که امواج برخوردی را جذب و یک ناحیه سایه ایجاد میکند که مانع انعکاس میشود در غیر اینصورت سبب افزایش میدان در موقعیت بدن میشود. این نوع اثر بهخصوص در فرکانسهای ماکرویو، میدان را در زمان اندازهگیری یا محاسبات عددی در نزدیکی اجسام منعکس کننده بیش از حد برآورد میکند‏[25]

پروب ایزوتروپیک پهن باند

پروب ایزوتروپیک پهنباند به طور خاص جهت بررسی خطرات الکتریکی و مغناطیسی طراحی و از المانهای آنتن و آشکاساز تشکیل شدهاست.در پروبهای میدان الکتریکی، به طور کلی از آرایههای دوقطبی استفاده میشود درحالی‌که در پروبهای مغناطیسی از آرایههای حلقهای استفاده میشود. این آنتنها طوری قرار میگیرند که به طور متقابل برهم عمود باشند تا دریافت در تمام پلاریزاسیونها و جهات ممکن شود. این پروبها معمولاً ولتاژی متناسب با قدرت میدان را نشان میدهند. این پروبها باید دارای ناهمسان‌گردی[12] بهتر از 1dB، قابلیت اندازهگیری مقدار RMS شدت میدان، سطح عملیاتی بیشتر از سطح مجاز قانونی، سطح نویز کمتر از حد قانونی حدوداً 10dB پایینتر از حداقل نیاز باشد. مزایا استفاده از این پروب شامل موارد زیر است

سرعت بالا تا یک سوم ثانیه، کاهش پرتوگیری فردی که با تجهیزات سر و کار دارد.
استفاده در EMF قوی و امکان اندازهگیری NIR، اگرچه حد بالای اندازهگیری بیش از 70V/m است و در برخی موارد به بیش از 100V/m نیز میرسد و ارزیابی چنین محیطی خطرات زیادی دارد
استفاده ساده
- دیاگرام ترتیب دوقطبیهای مقاوم برای ایجاد یک حسگر میدان الکتریکی(شکل سمت چپ)، نمونهای از حسگر ایزوتروپیک میدان الکتریکی(شکل وسط)، نمونه از حسگر ایزوتروپیک میدان مغناطیسی(شکل سمت راست)
آنتن سه محوری و شدت میدان سنج

این آنتنها برای اندازهگیری تشعشعات غیر یونساز در محل[13] طراحی و از سه آرایه عمود برهم دوقطبی، تک‌قطبی یا حلقهای تشکیل شدهاست. به‌جای ترکیب سیگنالهای RF از سه آرایه، آنها را به‌صورت پشت سر هم به پورت خروجی آنتن متصل میکند و قدرت میدانسنج یا تحلیلگر طیف میدان الکتریکی از خروجی آنتن را اندازهگیری میکند. یک کنترلکننده خارجی مانند کامپیوتر یا لپ‌تاپ برای کنترل سوئیچ آنتن و جمعآوری و پردازش دادههای اندازهگیری، گزارشدهی و مطابقت با قوانین و استانداردها ممکن است نیاز باشد. بنابراین راهکارهای موجود حاصل تجمیع سوئیچ آنتن و کنترلکنندههای کامپیوتری است. استفاده از آنتن سه محوری و شدت میدان سنج، اندازهگیری با انتخاب فرکانس برای چند سیگنال و ارزیابی توزیع طیف هر کاربر را ممکن میسازد. دقت این سیستم نیز بهتر از پروبهای ایزوتروپیک پهن باند است. همچنین حساسیت بالاتری از پروبهای ایزوتروپیک از درجه mV/m دارند. اما زمان اندازهگیری طولانیتر لازم دارند حتی ممکن است یک پویش دقیق در کل طیف حدود یک ساعت طول بکشد. همچنین سوییچینگ عوامل طیفی نامطلوبی را ایجاد میکند که ممکن است که در اندازهگیری سیگنال RF که دارای قلههای کوتاه هستند مناسب نباشد اگرچه آنتنها و واحد سوییچینگ در مقابل میدان قوی ایمن هستند اما تحلیلگر طیف و گیرنده اندازهگیری معمولاً نمیتوانند میدان بیش از 10 یا 20V/m تحمل کنند‏[5]

نمونهای از یک آنتن تک‌قطبی کوتاه سه محوری
بلوک دیاگرام سیستم همراه با کنترلکننده خارجی، تحلیلگر طیف یا گیرنده همراه با کنترلکننده آنتن

دیاگرام یک دوقطبی کوتاه ساخته شده برای اندازهگیری ایزوتروپیک میدان نزدیک

ایستگاههای قابل حمل

تجهیزات اندازهگیری میدان الکترومغناطیسی باید به صورت مستقل و قابل حمل برای اندازهگیریهای طولانی مدت در دسترس باشد بنابراین نوع قابلحمل ترجیح داده میشود. برخی کشورها ( برزیل، آلمان، ایتالیا، اسپانیا) پایش NIR را با ایستگاههای قابلحمل انجام میدهند تا بهصورت طولانیمدت و بلادرنگ مکانهای خاص را پایش کنند. یک ایستگاه قابلحمل از یک وسیله اندازهگیری NIR مانند پروب ایزوتروپیک پهنباند یا یک آنتن سه محوری و شدت میدان سنج همراه با زیرسیستمهایی مانند تغذیه، ذخیره داده و واحد کنترل، رابط ارتباطی و محافظ تشکیل شده است:

منبع تغذیه: پروبهای ایزوتروپیک به خاطر ویژگیهای ساختاریشان و پهنباند بودنشان به شدت به نویز خط توان حساس هستند. بنابراین برای کاهش این نویز پروبهای ایزوتروپیک مستقیماً به خط توان متصل نمیشوند و توانشان را از منبع DC مانند باتری یا پنل خورشیدی دریافت میکنند. ایستگاهها با آنتن سه محوری چنین مشکلی ندارند زیرا از فیلترهایی قبل آشکارساز RF استفاده میکنند که تداخل ناشی از این منابع را کم میکند.
واحد کنترل و ذخیره داده
رابط ارتباطی
محافظ: به علت قابل حمل بودن و قرارگیری تجهیزات اندازهگیری در محیط بیرون نیاز به محافظت در برابر رطوبت، گرما، سرما و خرابکاری وجود دارد‏[5]
- ویژگی تجهیزات

ویژگیهای زیر در انتخاب تجهیزات اندازهگیری اهمیت دارد

محدوده فرکانسی: تجهیزات معمولاً پهنباند یا باند باریک هستند. تجهیزات باند باریک معمولاً آنتنهایی با فاکتور آنتن یکنواخت در یک محدوده طیف دارند ( مانند آنتن دوقطبی) و برای اندازه‌گیری فرکانس انتخابی استفاده میشود. تجهیزات پهنباند(مانند پروبهای الکتریکی و مغناطیسی) اطلاعات روی طیف فرکانسی نمیدهند با این وجود اندازهگیری فرکانس انتخابی در یک باند بزرگ با استفاده از آنتنهای پهنباند کوچک ممکن است( مانند هورن، آنتن دومخروطی) که معمولاً تجهیزات پیچیده و گرانی هستند)
جهت آنتن: پاسخ آنتن ممکن است ایزوتروپیک یا جهتی باشد. در ایزوتروپیک، پاسخ آنتن مستقل از جهت EMF برخوردی است. در حالت جهتی، پاسخ وابسته به جهت EMF برخوردی است. تجهیزات جهتی معمولاً پلاریزه هستند و یک محور متقارن در الگوی انتشار دارند. بنابراین چرخش درست برای بازسازی میدان لازم است.
تعداد اندازهگیری: اکثر تجهیزات میتوانند هردو میدان الکتریکی و مغناطیسی را اندازهگیری کنند. اما تمایز ناحیه راکتیو[14] میدان اهمیت دارد. در ناحیه میدان دور [15] اندازهگیری هر دو جز میدان و تعیین چگالی توان معادل ممکن است. در هر حال تجهیزات اندازهگیری برای اجزاء میدان الکتریکی معمولاً ترجیح داده میشوند. چگالی توان معادل در ناحیه میدان دور به‌وسیله میدان اندازهگیری شده محاسبه میشود‏[25]
- روش اندازهگیری

در ادامه روش اندازهگیری NIR شرح داده میشود. مکان اندازهگیری باید طوری انتخاب شود که بیشترین سطحی که یک فرد ممکن است در معرض پرتو قرار گیرد را شامل شود. چنین مکانهایی را می‌توان با اندازهگیری و یا با روشهای نظری جستوجو کرد که در روشهای نظری زمان زیادی لازم است. تلفیق فرستندههای مختلف با الگوی آنتن متفاوت، ارزیابی بر اساس مهارتهای فنی شخص انجامدهنده اندازهگیری را، دشوار میکند. همچنین اندازهگیری در نقاط دور از مکانهای عمومی را میتوان با استفاده از محاسبات نظری تا زمانی که مقادیر محاسبه شده بسیار پایینتر از حد مجاز باشد انجام داد. در جستوجوی مکان با حداکثر سطح شدت میدان اندازهگیری با یک پروب برای پویش سریع انجام میشود. در این روش باید پروب به آرامی در مکان حرکت داده شود و به هیچ سطح فلزی و بدن کاربر نزدیک نباشد و از یک ارتفاع 1.1 m به 1.7m از سطح زمین جاروب شود. سرعت جاروب باید متناسب با زمان دستیابی حسگرهای مورد استفاده باشد. این روش اهمیت زیادی دارد زیرا روشهای محاسباتی تنها چند مترمربع (مانند پشت بام یک آپارتمان )را جستوجو میکند. علاوه بر مکان مناسب اندازهگیری، سنسورها یا آنتنها نیز باید روی یک سه پایه عایق به‌منظور کاهش اثر اغتشاش میدان الکترومغناطیسی نصب شوند و به همین دلیل کارکنان در طول مدت اندازهگیری باید از آنتنها فاصله داشته باشند. اگر محل انتخابشده در نزدیکی میدانهای الکتریکی و مغناطیسی باشد اندازهگیری باید با استفاده از پروبهای مجزا و یا آنتنهای مجزا انجام شود. اندازهگیری جزء الکتریکی میدان الکترومغناطیسی با آنتنهای مناسب مانند آنتن دوقطبی، دومخروطی، لگاریتمی تناوبی و جزء مغناطیسی میدان الکترومغناطیسی با آنتنهای حلقهای به‌راحتی اندازهگیری میشود. همچنین برای کاهش اثرات اغتشاش غیر یکنواخت میدان به علت انتشار چند مسیره توصیه میشود که سه اندازهگیری در ارتفاع 1.1 m ، 1.5 m و 1.7m انجام شود و سپس روی اندازهگیریها میانگینگیری شود. مدت زمان اندازهگیری نیز باید 6 دقیقه باشد. وقتی میدان الکترومغناطیسی قوی اندازه‌گیری میشود اقدامات ایمنی برای کارکنان و برای تجهیزات باید صورت گیرد‏[5]

اندازهگیری در ارتفاعهای مختلف

در زمان استفاده از پروب، سطح تشعشعات غیر یونساز به صورت کلی اندازهگیری میشود و لازم نیست سهم هر منبع به طور مستقل بررسی شود. پروب باید تمام محدوده فرکانسی را پوشش دهد و اگر لازم شد چند پروب به کار گرفته شود که نتیجه نهایی مطابق رابطه ‏(6-9) بدست میآید که n تعداد پروب‌ها را نشان میدهد

در صورتی که تنها یک منبع (فرستنده موج کوتاه و در یک فرکانس خاص) ارزیابی میشود کالیبراسیون میتواند نتایج اندازهگیری را بهبود دهد. گاهی نیاز به ارزیابی تشعشعات غیر یونساز در محدودههای فرکانسی وجود دارد. بهتر است ارزیابی با انتخاب فرکانس و با یک گیرنده یا تحلیلگر طیف انجام شود و از آنتنهای سبک، قوی و با کیفیت استفاده شود. آنتنهای پیشنهادی شامل پروب انتخابی سه محوره[16]، حلقه مغناطیسی برای باند HF، آنتن دوقطبی پهنباند یا لگاریتمی تناوبی، آنتن دومخروطی، آنتن جهتی است. کمترین فاصله بین آنتن و هر مانعی باید حداقل برابر باشد. اندازهگیری فرکانسهای کمتر از 600MHz در ارتفاع 50 cm بالای سطح زمین باید انجام شود. کنترل نرمافزاری گیرنده یا تحلیلگر طیف به علت حجم زیاد دادههایی که باید جمعآوری شود ضرورت دارد. نرمافزار باید اجازه تصحیح فاکتور آنتن و تلف کابل را داشته باشد. استفاده از نرم افزار، تنظیمات مختلف متناسب با محدوده فرکانسی در طول پایش به صورت خودکار فراهم میکند‏[5]

در ادامه تنظیمات مربوط به پهنایباند و گامهای فرکانسی گیرنده شرح دادهمیشود. این تنظیمات برای یک ارزیابی کلی و سریع طیف و با توجه به آشکارساز مورد استفاده پیشنهاد شدهاست. یک آشکارساز قله با نگهدارنده حداکثر[17] برای آشکارسازی فرستندهها مناسب است. برای ارزیابی پرتوگیری کلی، آشکارساز RMS باید به کار گرفته شود تا نتایج دقیق بدست آید.

برای یک گیرنده و تحلیلگر طیف تنظیمات مربوط به اندازهگیری به شرح ‏جدول 6-4 و ‏جدول 6-5 است. سطح آستانه باید 40dB زیر سطح مرجع انتخاب شود اگر هیچ تشعشعی از سطح آستانه تجاوز نکرد. دو تشعشعی که بیشترین سطح را دارند به عنوان مرجع انتخاب میشوند.

تنظیمات پهنای باند و گام فرکانسی گیرنده

Step size = 10kHz	BW=9 or 10 kHz	9kHz-30MHz
Step size = 100kHz	BW=100 KHz	30MHz-3GHz
Step size = 1 MHz	Bw=1 MHz	3GHz-6 GHz

تنظیمات مربوط به پهنای باند و جاروب تحلیلگرطیف

Sweep time= 50-100 ms	BW=10kHz	9kHz-30MHz
Sweep time= 100 ms	BW=100kHz	30MHz-300MHz
Sweep time= 700ms-1s	BW=100kHz	300MHz-3GHz
Sweep time= 700ms-1s	BW=1MHz	3GHz-6GHz

در مورد اندازهگیری سیگنال بالای 6GHz معمولاً آنتنهای جهتی مانند هورن، آنتن بشقابی، آنتن لگاریتمی تناوبی استفاده میشود که در این اندازهگیری مراحل زیر باید انجام شود

تنظیم فرکانس مرکزی برای هر کانال تشعشعات با تفکیکپذیری برابر با پهنای‌باند کانال(در صورت امکان)
انتخاب آشکارساز RMS
آنتن باید در جهت فرستنده قرار گیرد تا حداکثر سطح سیگنال با پلاریزاسیون مناسب دریافت شود

آشکارساز پیک برای مشاهده سریع و آشکارساز RMS برای ارزیابی کلی پیشنهاد میشود. سطح آستانه 40dB زیر سطح مرجع انتخاب میشود اگر هیچ تشعشعی در باند فرکانسی از سطح آستانه بیشتر نباشد، دو تشعشع در بالاترین سطح به عنوان مرجع در نظر گرفته میشود.

در مورد سیگنالهای گسسته، اگر پارامترهای فنی سیگنال ناشناخته باشد اندازهگیری به صورت زیر باید انجام شود

تنظیم فرکانس مرکزی روی هر کانال تشعشعات با تفکیکپذیری برابر با پهنای باند کانال
بررسی مقادیر پیک و RMS

در مورد سیگنالهای پالسی و یا راداری، انرژی در مدت زمان محدودی منتقل میشود. پالسها معمولاً در مقایسه با فاصله بین پالسها کوتاه هستند. رادارها انواع مختلفی دارند در کاربردهای هوانوردی پالسها در محدوده فرکانسی 100MHz تا 95GHz قرار دارند و توان پیک بین 1W تا 50MW دارند. بنابراین لازم است محدودیتهای برای توان پیک در سیستمهای راداری لحاظ شود. برای ارزیابی مقدار پیک باید مراحل زیر طی شود‏[5]

انتخاب یک فیلتر به اندازه کافی پهنباند که اندازهگیری را در زمان یک پالس انجام دهد در مواردی که پالس مدوله نشدهاست یک فیلتر با پهنای باند ( طول پالس) برای دریافت 99 درصد توان کل سیگنال کافی است.
انتخاب حالت آشکارساز پیک مثبت
انتخاب حالت نگهدارنده ماکزیمم برای 1 یا چند چرخش رادار تا زمانی یک سیگنال پایدار است.
انتخاب فاصله فرکانسی[18] صفر به مرکزیت فرکانس تشعشعات

عدم قطعیت در اندازهگیری NIR به دو قسمت عدم قطعیت به علت محیط و به علت تجهیزات تقسیم می‌شود. علت محیطی به پارامترهایی محوشدگی، چندمسیرگی و … وابسته است که افزایش تعداد اندازه‌گیریها و میانگینگیری عدم قطعیت را کاهش میدهد به طوریکه اگر تعداد نقاط اندازهگیری سه باشد عدم‌قطعیت 3 dB و اگر نقاط اندازهگیری شش نقطه باشد عدم‌قطعیت 2dB کاهش مییابد. عدم‌قطعیت به علت تجهیزات به ذات هر دستگاه مربوط است و در زمان خرید باید اطلاعات در مورد محاسبه عدم‌قطعیت همراه دستگاه باشد.همچنین نیاز به گواهینامه کالیبراسیون است‏[5]

نتایج اندازهگیری برای هر نقطه باید به صورت یک گزارش و ترجیحاً با جدول مستند شود. مقادیر مرتبط با H، E و S باید طبق روابط گفته شده محاسبه و یا اندازهگیری شود. مقادیر کمی اندازهگیری شده یا محاسبه شده با پایینترین سطح مرجع مقایسه میشود. اگر مقادیر بیشتر باشد باید در گزارش پررنگ و مشخص شود و طبق قوانین با متخلف برخورد شود. گزارش اندازهگیری باید شامل اهداف اندازهگیری، تاریخ و زمان شروع و پایان اندازهگیری، مختصات جغرافیایی، ارتفاع از سطح زمین و دیگر ویژگیهای مکان اندازهگیری، فهرست فرستندههای شناسایی شده، دما، تجهیزات استفاده شده همراه با شماره سریال و عدم‌قطعیت اندازهگیری باشد. به علاوه برایاینکه گزارش قابل فهم باشد استفاده از تصویر، دیاگرام و نقشه برای نمایش نتایج پیشنهاد میشود‏[5]

فعالیتهای ITU در زمینه تشعشعات غیر یونساز

ITU برای ارزیابی EMF توصیهنامههایی دارد. در توصیهنامهیITU-T K.91 چگونگی ارزیابی قرارگیری در میدان الکترومغناطیسی در محیطهایی که تجهیزات ارتباط رادیویی وجود دارد شرح داده میشود. در توصیهنامهی ITU-T K.83 چگونگی اندازهگیری طولانی مدت قرارگیری در میدان الکترومغناطیسی در محیطهای عمومی بررسی میشود. توصیهنامهی ITU-T K.70 روشهای ارزیابی EMF در اطراف آنتنهای فرستنده تعریف میشود که همراه با این توصیهنامه نرم افزار تخمین EMF نیز ارائه شده است.توصیه نامه ITU-T K.52 در مورد مطابقت با محدودیت قرارگیری در میدان الکترومغناطیسی برای تجهیزات و گوشی است. توصیهنامه ITU-T K.61 روش اندازهگیری و پیشبینی میدان الکترومغناطیسی تجهیزات مخابراتی برای بررسی تطابق با محدودیت قرارگیری را توصیف میکند. همچنین توصیهنامهی ITU-R BS.1698 بررسی میدان سیستمهای فرستنده زمینی پخش همگانی در همه باندها برای ارزیابی تشعشعات غیر یون‌ساز است. بخش استاندارسازی ITU تمام الزامات مربوط به اندازهگیری EMF ، EIRP و معیارهای عمومی برای نصب و راهاندازی آنتن و ایستگاههای مخابراتی را مشخص میکند‏[24]

مراجع

Radio Spectrum Management, ictregulationtoolkit,2014
National Spectrum management,ITU,2005
Economic aspects of spectrum management, ITU-R SM.2012-3,2010
Electronic exchange of information for spectrum management purposes, Recommendation ITU-R SM.668-1,1997
Handbook on spectrum Monitoring, ITU,2011
Design guidelines for developing automated spectrum management systems,ITU recommendation, SM.1370-2,2013
R-REC-SM.1537 ,Automation and integration of spectrum monitoring systems with automated spectrum management,2013
Recommendation ITU-R SM.443-4
Recommendation ITU-R SM.182-5-2007
Recommendation ITU-R SM.1880-2011
Recommendation ITU-R SM.1793-2007
RECOMMENDATION ITU-R SM.1600.1
Recommendation ITU-R SM.1541
Recommendation ITU-R SM.1875-1,2013
Recommendation ITU-R SM.854
Protection of fixed monitoring stations against interference from nearby or strong transmitter, Recommendation ITU-R SM.575-2
Report ITU -R SM.2130,Inspection of radio stations,ITU,2008
The role of spectrum monitoring in support of inspections, Report ITU-R SM.2156,2009
Radio Regulation Articles, ITU,2012
Available on line :http://www.itu.int/en/ITU-R/terrestrial/tpr/Pages/HarmfulInterference
Harmful interference and infringements of the radio regulations,ITU,regional radiocommunication seminar for asia pacific 2013
Report ITU-R SM.2093-1,Guidance on the regulatory framework for national spectrum management,ITU,2010
Radio regulation, Appendices, ,ITU,2012
Guidance on complying with limits for human exposure to electromagnetic fields, standardization sector of ITU,series k.52,2004
Guidance to measurement and numerical prediction of electromagnetic fields for compliance with human exposure limits for telecommunication installation, ITU-T recommendation,series k.61,2003
National Spectrum Management and related Human Resources Training, (ITU Handbook on NSM),ITU,2002و available on line: https://www.itu.int/md/R00-SG01-CIR-0054/en
Spectrum management training program,an ITU academy initiative,BD_SMTPbrochure,2013
ITU-R SM.1370-1
http://www.itu.int/en/ITU-D/Capacity-Building/Pages/CentresofExcellence(CoE)
The ITU radio regulation & space sustainability, Yvon Henri,2012
Harmful interference and infringements of the radio regulations,ITU,regional radiocommunication seminar for asia pacific 2013
Radio Regulation Appandices, ITU,2012
Parameters of and measurement procedures on H/V/UHF monitoring receivers and station,Report ITU-R SM.2125-1,2011

[1] Base Station

[2] Non-ionizing radiation

[3] International Radiation Protection Association

[4] International Non-Ionizing Radiation Committee

[5] International Commission for Non-Ionizing Radiation Protection

[6] World Health Organization

[7] specific absorption rate

[8] frequency dependent limit

[9] frequency dependent limit

[10] Half-wave dipole

[11] Broad coverage antenna

[12] Anisotropy

[13] on-site

[14] reactive field region.

[15] far-field region

[16] Selective 3-axis probe

[17] Max Hold

[18] Span