Warum messen wir Expositionswerte?

Elektromagnetische Felder sind in unserem Lebensumfeld zunehmend präsent. Aus diesem Grund erwecken sie immer mehr Besorgnis und werfen Fragen über die möglichen schädlichen Auswirkungen dieser Felder auf die Gesundheit auf.

Als Teil ihrer Charta für die öffentliche Gesundheit und als Reaktion auf die wachsenden Bedenken hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) im Jahr 1996 das Internationale Projekt für elektromagnetische Felder ins Leben gerufen. Ziel dieses Projekts ist die Bewertung der Gesundheits- und Umweltauswirkungen statischer oder variabler elektrischer und magnetischer Felder mit Frequenzen von 0 bis 300 GHz.

Grundlegende Beschränkungen und Referenzwerte

Zum Schutz des Einzelnen vor den möglichen gesundheitlichen Auswirkungen von Funkwellen wurden von der Internationalen Kommission für den Schutz vor nichtionisierender Strahlung (ICNIRP) Richtlinien erlassen. Diese basieren auf veröffentlichten biomedizinischen Studien zu den gesundheitlichen Auswirkungen elektromagnetischer Wellen. Im Hochfrequenzbereich werden sie als spezifische Absorptionsrate (SAR) ausgedrückt. Nachweisbare biologische Auswirkungen treten oberhalb von 4 Watt pro Kilogramm für den gesamten Körper (Erhöhung der Körpertemperatur um mehr als ein Grad) und über 100 Watt pro Kilogramm lokal auf.

Die Basisgrenzwerte berücksichtigen Unsicherheiten in Bezug auf die individuelle Empfindlichkeit, Umweltbedingungen sowie Unterschiede im Alter und Gesundheitszustand der betroffenen Bevölkerung. Für Arbeitnehmer wurden die Schutzwerte auf ein Zehntel dieser Expositionswerte festgelegt, die eine Auswirkung haben, und auf das Fünfzigfache dieser Werte für die Allgemeinheit.

Für die Allgemeinheit sehen die grundlegenden Beschränkungen vor, dass die absorbierte Leistung pro Kilogramm (SAR) 0,08 W/kg für den gesamten Körper und maximal 2 W/kg für 10 Gramm Gewebe nicht überschreitet.

Angesichts der Komplexität der SAR-Messung vor Ort hat die ICNIRP Referenzwerte definiert, die aus den grundlegenden Beschränkungen abgeleitet und in Volt pro Meter oder Watt pro Quadratmeter ausgedrückt werden. Die Einhaltung aller empfohlenen Referenzwerte stellt sicher, dass die Basisgrenzwerte eingehalten werden. Wenn die gemessenen Werte höher als die Referenzwerte sind, bedeutet dies nicht unbedingt, dass die Basisgrenzwerte überschritten werden. In diesem Fall sollte geprüft werden, ob diese Expositionswerte niedriger sind als die Basisgrenzwerte.

Regulierung und Verbindung mit den Expositionswerten

In Europa folgen die Expositionsgrenzwerte der Empfehlung des Rates 1999/519/EG vom 12. Juli 1999 über die Exposition der Bevölkerung gegenüber elektromagnetischen Feldern. Die Expositionsgrenzwerte werden regelmäßig überarbeitet, wenn erforderlich. Der letzte Bericht des Wissenschaftlichen Ausschusses für neu auftretende und neu identifizierte Gesundheitsrisiken (SCENIHR), ein unabhängiges Gremium der Europäischen Kommission, über die gesundheitlichen Auswirkungen elektromagnetischer Felder wurde im Januar 2009 veröffentlicht.

Die Schlussfolgerungen dieses Berichts bestätigen die in der oben erwähnten europäischen Empfehlung vorgeschlagenen Expositionsgrenzwerte. Die Mehrheit der Mitgliedsstaaten der Europäischen Union folgt dieser Empfehlung, indem sie diese entweder in ihre nationalen Vorschriften oder in Form von Empfehlungen übernehmen.

Aktuelle Entwicklungen in der Expositionsmessung

Die Microwave Vision Group (MVG), einer der führenden Anbieter von Technologien zur Messung elektromagnetischer Felder, hat innovative Lösungen zur Prüfung von Expositionswerten entwickelt. Durch modernste Messtechnik und computergestützte Simulationen ermöglicht MVG eine präzise Erfassung von elektromagnetischen Feldern in Echtzeit.

Zu den neuesten Technologien gehören:

• Tragbare Breitbandmessgeräte, die eine schnelle und effiziente Vor-Ort-Analyse erlauben.
• IoT-basierte Messnetzwerke, die eine kontinuierliche Überwachung elektromagnetischer Felder in urbanen Gebieten ermöglichen.
• Kombinierte Simulations- und Messlösungen, die eine detaillierte Kartierung von Expositionswerten ermöglichen.

Durch diese technologischen Fortschritte wird es möglich, elektromagnetische Felder mit hoher Genauigkeit zu erfassen und Schutzmaßnahmen gezielt anzupassen.

Zukunftsperspektiven der Expositionsmessung

Mit der zunehmenden Verbreitung neuer drahtloser Technologien wie 5G, IoT und autonomem Fahren wird die Messung elektromagnetischer Felder immer wichtiger. Die Integration von künstlicher Intelligenz und Big Data-Analysen in die Messtechnik wird dazu beitragen, umfassendere und genauere Bewertungen der Expositionswerte zu ermöglichen.

MVG plant, in den kommenden Jahren weiterhin in innovative Messtechnologien zu investieren, um eine sichere Nutzung elektromagnetischer Strahlung zu gewährleisten. Mit hochmodernen Messverfahren und wissenschaftlich fundierten Analysemethoden trägt MVG dazu bei, die Auswirkungen elektromagnetischer Felder besser zu verstehen und zu regulieren.

Wie bestimmt man, wie stark man einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist
Die Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern wird im Allgemeinen mit einer Sonde und einem Empfänger (Voltmeter oder Leistungsmesser) gemessen.

Eine Sonde für elektromagnetische Felder ist eine „Antenne“, die für die Messung der Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern optimiert wurde. Es gibt zwei Arten von Sonden, die zur Messung der Exposition elektromagnetischer Felder verwendet werden: „breitbandige“ Sonden und „frequenzselektive“ Sonden.

Eine Breitbandsonde besteht im Allgemeinen aus einem Dipol und einer Diode, die direkt zwischen die beiden Pole der Antenne angeschlossen wird. Mit dieser Art von Sonde wird die Spannung proportional zur Feldstärke gemessen. Die Qualität dieser Art von Sonde hängt daher von ihrer Fähigkeit ab, die gleiche Spannung im gleichen Feld sowie unabhängig von der Frequenz (die Frequenz liegt natürlich innerhalb der Nutzungsbandbreite) zur Verfügung zu stellen.
Diese „breitbandigen“ Sonden liefern Informationen über den Grad der Exposition, geben aber nicht die Frequenz des Feldes, dem der Benutzer ausgesetzt ist wieder. Sie werden meist in Warnprodukten (Messgeräte für die Exposition von Arbeitnehmern) verwendet oder für eine schnelle Messung der Konformität, wenn die gemessenen Werte niedrig bleiben. Diese Art von Sonde ist durch ihre Isotropie definiert, ihre Bandbreite, Empfindlichkeit, Messdynamik, Frequenzstabilität sowie ihre Linearität.

Der zweite Sondentyp liefert je nach Empfängertopologie Informationen über die Frequenz und der Amplitude des gemessenen Feldes sowie Informationen über den Pegel. Sie werden in verfeinerten Produkten zur Messung von Konformität oder Information verwendet. Sie sind definiert durch ihre Isotropie, ihre Bandbreite und ihren Antennengewinn oder -faktor:
Dynamik, Empfindlichkeit und Linearität sind in diesem Fall abhängig von der Empfängertopologie der verwendeten Sonde.

Begriffsklärung

Isotropie:
Die Isotropie kennzeichnet die Fähigkeit der Feldmesssonde, immer die gleiche Antwort auf eine Feldstärke zu liefern, unabhängig von der Richtung des Eintreffens dieses Feldes oder seiner Polarisationen. Dies ist ein Parameter, der von den meisten aktuellen Messnormen gefordert wird.
Es gibt keine einzige von Natur aus isotrope Antenne. Bei Sonden für elektromagnetische Felder wird diese Isotropie durch die Kombination der Strahlungsdiagramme von drei Elementarantennen (Dipol oder Monopol) erreicht, die in geeigneter Weise zueinander angeordnet sind.

Bandbreite:
Die Leistungen einer Sonde zur Messung elektromagnetischer Felder hängt von der Frequenz des zu messenden Feldes ab. Sie sind daher für den Einsatz in einem begrenzten Frequenzbereich, der so genannten Nutzungsbandbreite definiert.

Empfindlichkeit:
Die Empfindlichkeit einer elektromagnetischen Feldmess-Sonde oder eines -Systems ist der Mindestpegel des Feldes, der mit diesem Gerät gemessen werden kann.

Dynamischer Bereich:
Der dynamische Bereich einer elektromagnetischen Feldmesssonde oder -Systems ist die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Feld, das mit diesem Gerät gemessen werden kann. Er wird im Allgemeinen in dB ausgedrückt.

Frequenzabflachung:
Dieser Parameter charakterisiert die Qualität einer Breitbandsonde. Er stellt die Schwankungen des gemessenen E-Feldes bei einer festen Frequenz dar, wenn der Pegel des E-Feldes über den dynamischen Bereich der Sonde variiert wird.

Linearität:
Dieser Parameter charakterisiert die Qualität einer Breitbandsonde. Er stellt die Schwankungen des gemessenen Pegels bei fester Frequenz fest, wobei der Pegel des gemessenen Feldes über den Messbereich variiert.

Antennenverstärkung und/oder -faktor:
Ein Antennengewinn (bzw. einer elektromagnetischen Feldmess-Sonde) charakterisiert deren Fähigkeit, in eine bestimmte Richtung Strahlung zu emittieren, bzw. zu empfangen.
Er wird im Allgemeinen in dBi ausgedrückt und bezieht sich auf eine isotrope Antenne, die gleichmäßig in alle Richtungen abstrahlt. Der Gewinn dieser Antenne ist also 1 oder 0 dBi (dBi für dezibel-isotrop). Die Aufgabe einer elektromagnetischen Feldsonde ist die Umwandlung des empfangenen elektromagnetischen Feldpegel in HF-Leistung.
Der Antennenfaktor ist definiert als das Verhältnis des von dieser Antenne eingefangenen elektromagnetischen Feldes und der Spannung an den Klemmen.