Elektromagnetische Felder und Personenschutz

Was das Feld im Körper bewirkt

Für Menschen in der Nähe deiner Antenne zählt, was das HF-Feld im Körper bewirkt und wie stark es dort ist, wo sie sich aufhalten. Wie du den Sicherheitsabstand ermittelst, zeigt Lektion 2, was für die Anzeige gilt, Lektion 4.

Hochfrequente Felder üben im Körper Kräfte auf geladene Teilchen und polare Moleküle aus, deren zusätzliche Bewegungsenergie zu Wärme wird. Nach dem Bundesamt für Strahlenschutz ist für mögliche gesundheitliche Wirkungen die Erwärmung ausschlaggebend^[2].

Wie viel Leistung ein Kilogramm Gewebe aufnimmt, gibt die spezifische Absorptionsrate (SAR) in W/kg an. Nimmt der ganze Körper im Mittel 4 W/kg auf, kann seine Temperatur um etwa 1 °C steigen^[2]. Zusätzliche Wärme gibt der Körper über Durchblutung und Schweiß ab, mit Folgen für die Gesundheit ist zu rechnen, wenn Schwellenwerte überschritten werden und diese Regulierung gestört ist^[2].

Erwärmung braucht Zeit. Die ICNIRP mittelt die Belastung des ganzen Körpers über 30 Minuten, weil die Temperatur etwa so lange braucht, bis sie sich eingestellt hat^[3]. Deshalb zählt auch, wie lange sich jemand im Feld aufhält.

Erwärmt wird nicht erst bei Mikrowellen und nicht erst auf UKW. Besonders viel Energie nimmt der Körper auf, wenn er etwa eine halbe Wellenlänge groß ist und wie eine Empfangsantenne wirkt, beim frei stehenden Erwachsenen um 70 MHz^[2]. Steht er auf leitendem Boden, tritt das schon bei einer Viertelwelle auf, ausgeprägt ist der Effekt bei senkrechter Polarisation^[3]. Auch auf Kurzwelle nimmt der Körper Energie auf, die Grenzen der ICNIRP für die Erwärmung des ganzen Körpers gelten ab 100 kHz^[3].

Unterhalb von etwa 10 MHz kann ein starkes Feld außerdem Nerven reizen, über das elektrische Feld, das es im Körper erzeugt. Um 100 kHz wird das meist als Kribbeln beschrieben, mit steigender Frequenz überwiegt die Erwärmung, bei 10 MHz wird das Feld meist als Wärme empfunden^[3]. Die Bänder von 160 m bis 40 m liegen in diesem Bereich.

Die dritte Wirkung braucht einen leitenden Gegenstand. Fasst jemand ein Geländer, eine Dachrinne oder ein Auto an, das im Feld steht, fließt zwischen Gegenstand und Körper ein Berührungsstrom. Ist er stark, kann er Nerven reizen, schmerzen und Gewebe schädigen, und je kleiner die Berührungsfläche, desto stärker wirkt derselbe Strom. Das betrifft etwa den Bereich von 100 kHz bis 110 MHz^[3]. Was beim Berühren der Antenne selbst geschieht, zeigt Lektion 3.

Für Träger aktiver Körperhilfen wie Herzschrittmacher gelten zusätzliche Werte (Lektion 4). Belastbare Hinweise auf gesundheitsschädliche Wirkungen unterhalb der international empfohlenen Grenzwerte liefern die Studien nach dem Bundesamt für Strahlenschutz nicht^[1].

Was am Aufenthaltsort zählt

Der Körper reagiert auf das Feld dort, wo er sich befindet. Für ortsfeste Funkanlagen verlangt die BEMFV die Grenzwerte der 26. BImSchV mindestens an den Orten, an denen auch diese Verordnung sie verlangt^[4], an Orten, die zum dauerhaften oder vorübergehenden Aufenthalt von Menschen bestimmt sind^[5].

Zwischen 10 und 400 MHz sind es 28 V/m und 0,073 A/m, zwischen 1 und 10 MHz $87/\sqrt{f}$ V/m und $0{,}73/f$ A/m mit $f$ in MHz, jeweils als Effektivwert, wie gemittelt wird, zeigt Lektion 2. Zwischen 3 kHz und 10 MHz nennt Anhang 1a zusätzlich 83 V/m und 27 µT, für diese Werte ohne Angabe einer Mittelung^[6].

Wie stark das Feld an einem Platz ist, legt die Senderleistung nicht allein fest. Es hängt ab von

• der Leistung, die an der Antenne ankommt,
• der Bauart der Antenne, ihrer Bündelung und ihrem Nahfeld,
• dem Abstand und der Richtung vom Platz zur Antenne,
• der Umgebung, denn Metallteile wie Masten, Zäune oder Regenrinnen können als Sekundärstrahler erregt werden und das Feld in ihrer Nähe erhöhen^[10].

Für die Erwärmung kommt die Aufenthaltsdauer hinzu.

Gleiche Leistung, verschiedene Antennen

Wie stark eine Antenne bündelt, beschreibt ihr Gewinn (Modul 8, Lektion 3). Die EIRP, die äquivalente isotrope Strahlungsleistung, verbindet ihn mit der Leistung. Sie ist das Produkt aus der Leistung an der Antenne und ihrem Gewinn gegenüber dem isotropen Strahler in einer bestimmten Richtung^[7].

Ein Halbwellendipol mit einem Richtfaktor von 2,15 dBi, dem 1,64-Fachen^[8], kommt bei 100 W an der Antenne ohne Verluste in Richtung seiner stärksten Abstrahlung auf 164 W EIRP (12db-Rechnung). Dieselbe Senderleistung ergibt deshalb je nach Antenne eine andere EIRP, was daraus für die Anzeige folgt, zeigt Lektion 4.

Die EIRP beschreibt, wie sich die Leistung in der Ferne verteilt, beim Personenschutz geht es aber um wenige Meter. Für diesen Bereich enthält das vereinfachte Verfahren der Bundesnetzagentur Tabellen aus Feldberechnungen typischer Amateurfunkantennen (Lektion 2).

Auf 14,175 MHz nennen sie bei 100 W an der Antenne für den Halbwellendipol 2,6 m, für die Yagi W3DZZ 3,2 m und für die Vertikalantenne 4-BTV mit Groundplane 4,6 m^[8].

Die Yagi hat die größte EIRP, den größten Abstand braucht die Vertikalantenne.

Nach der Studie bestimmt die Richtwirkung die Bündelung im Fernfeld, die Bauart dagegen, wie weit das Nahfeld mit seinen starken Feldern reicht und ob es vor allem elektrisch oder magnetisch ist. Bei kleinen Leistungen liegen die Abstände nach der Studie im Nahfeld^[8]. Gleiche Leistung heißt deshalb nicht gleicher Abstand, und aus der EIRP lässt er sich nicht ablesen.

Welches Feld im Nahfeld überwiegt, zeigen die Feldgleichungen für einen kurzen Dipol und eine kleine Loop, beide klein gegen die Wellenlänge^[9]: neben dem Dipol das elektrische Feld, neben der Loop das Magnetfeld (12db-Rechnung). Die Grafik zeigt dazu das Verhältnis der elektrischen Feldstärke $E$ zur magnetischen Feldstärke $H$. Es hat die Einheit Ohm, im Strahlungsfeld ist es der Feldwellenwiderstand (Modul 1, Lektion 1).

Weiter draußen nähern sich beide Kurven den 377 Ω des Strahlungsfelds. Zur kleinen Loop passt das Modell gut, zum Halbwellendipol nur eingeschränkt, denn er ist nicht klein gegen die Wellenlänge, und nahe seiner Mitte, wo der Strom am größten ist, ist auch das Magnetfeld stark.

Bei der Loop fließt im Ring ein großer Strom, auf dem Koax ein viel kleinerer (Modul 7, Lektion 1). Im Beispiel dort sind es bei 100 W rund 22 A im Ring. Am Speisepunkt eines Dipols mit 50 Ω fließen bei derselben Leistung rund 1,4 A (12db-Rechnung). Der Richtfaktor der Loop liegt mit rund 1,5 unter dem des Dipols^[8], ihr Wirkungsgrad meist ebenfalls, auf den unteren Bändern noch deutlicher (Modul 7, Lektion 3).

Die Tabellenwerte stehen hier ohne die Zuschläge für Boden, Höhe und Umgebung, die das Verfahren vorsieht^[8]. Sie sind Beispiele, kein Nachweis für eine eigene Anlage.