ALTA FREQUENZA

IMPIANTI BROADCASTING
Introduzione alla misura di campi elettromagnetici

di Luigi Trezzi*

* Ingegnere Responsabile
Product Testing Division
Nemko Spa

L'utilizzo sempre più massiccio delle trasmissioni via etere e di apparecchiature elettriche ed elettroniche ha portato ad un crescente interesse verso le problematiche riguardanti i campi elettromagnetici. Nel presente articolo ci proponiamo di effettuare un'analisi tecnica delle modalità utilizzate per la misura di campi elettromagnetici su sistemi broadcasting installati.

Per chi fosse interessato alla problematica della misura dei campi e.m. prodotti da impianti broadcast, proponiamo questa volta un contributo di tipo introduttivo alla questione. Ci riferiamo a misure non relative alla marcatura del sistema ricetrasmettitore, ma all'impatto elettromagnetico da esso provocato: un impatto chiamato anche, comunemente, "elettrosmog".
Quello che viene misurato è una tipica emissione intenzionale dove il campo elettromagnetico generato è funzionale allo svolgimento del servizio. Considerando impianti di diffusione radiofonica e televisiva si parla di emissione intenzionale a diffusione, ovvero con sorgente che irradia in tutte le direzioni inviando il segnale anche a grande distanza. Nella tabella 1 vengono riportati i valori tipici di frequenza utilizzati nel settore radiocomunicazioni per la radiodiffusione.

Grandezze di riferimento
Per definire le modalità e gli strumenti da utilizzare nella misura è indispensabile conoscere quali sono le grandezze da valutare.
Il parametro fondamentale risulta essere la densità di potenza S. In condizioni di spazio libero e campo lontano, ovvero quando ci si pone ad una distanza d dalla sorgente che è la risultante ottenuta assumendo la più restrittiva delle seguenti condizioni:

(, espressa in metri, rappresenta la lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica di frequenza f e D espressa sempre in metri è la dimensione massima dell'antenna radiante), i vettori campo elettrico E e campo magnetico H sono mutuamente perpendicolari e l'onda elettromagnetica può essere approssimata ad un'onda piana.
In tali condizioni E ed H sono legati dall'impedenza caratteristica del vuoto, pari a 377 ohm, e la densità di potenza S è facilmente calcolabile una volta misurato il campo elettrico utilizzando le formule:

In campo vicino, si devono, invece, misurare sia il campo elettrico che quello magnetico per ottenere la densità di potenza.

Strumentazione e tecnica di misura
E' fondamentalmente possibile effettuare due tipi di misure: la misura a banda larga e la misura a banda stretta.
Le misure a banda larga sono misure di campo che non discriminano le varie componenti in frequenza del campo elettromagnetico; quelle in banda stretta (o selettive), invece, analizzano le diverse componenti spettrali del segnale elettromagnetico.
Le misure in banda larga vengono effettuate utilizzando misuratori di campo. Questi ultimi sono strumenti che forniscono l'indicazione del valore di campo indipendentemente dal numero, dalle tipologie e dal valore in frequenza delle sorgenti elettromagnetiche. Forniscono, quindi, il valore del campo complessivo presente nel punto di misura considerato.
Esistono sensori isotropi (costruiti con 3 sonde anisotrope) e anisotropi che misurano, cioè, la somma di tutte le componenti del campo o di una singola componente. Ovviamente, la misura in un punto effettuata con sensori anisotropi implica la necessità di tre rilevamenti, in modo da ottenere le 3 componenti E del campo: E = ( E2 x + E2 y + E2 z .
Per quanto riguarda le misure selettive, la strumentazione utilizzata è normalmente costituita dai seguenti elementi fondamentali: antenna elementare elettrica o magnetica accordata di volta in volta sulla banda di frequenza in esame, cavo di collegamento e analizzatore di spettro. L'analizzatore visualizza lo spettro della radiazione rilevata dall'antenna.
Ne consegue, ovviamente, che una misura selettiva risulta più accurata, in quanto permette di attribuire il livello a ciascuna sorgente, ma anche più complessa da eseguire. Inoltre, per il numero delle variabili in gioco, l'accuratezza di questo tipo di misure è proporzionale all'esperienza del tecnico che la esegue. Vanno valutati, ad esempio, la bontà dei cavi, l'adattamento al connettore d'ingresso, l'ingresso a larga banda con possibilità di sovraccarico, ecc.

Procedura di base
Vediamo ora come procedere in linea di massima per eseguire una misura di campi elettromagnetici generati da impianti broadcasting.
È utile, innanzitutto, effettuare un'indagine preliminare utilizzando una pianta topografica per poter stimare a grandi linee l'andamento del campo. Per questa prima valutazione, è necessario conoscere la potenza del o dei trasmettitori, la frequenza della portante, i diagrammi di irradiazione, le caratteristiche della modulazione.
Una volta raccolte queste informazioni si possono già individuare approssimativamente le zone più significative dove effettuare le misure.
L'identificazione dei punti salienti viene, quindi, eseguita con una misura in banda larga, cercando di evitare i cosiddetti "punti caldi", punti in cui si misura un valore di campo alto ma non omogeneo dovuto, ad esempio, a riflessioni di strutture metalliche (sono punti dove, spostando leggermente il sensore, il valore misurato cambia radicalmente).
Ricordiamo, infatti, che questo tipo di misure deve essere sempre mediato in spazio e tempo. Una volta selezionati i punti significativi con il misuratore in banda larga, si procede con la misura selettiva andando ad identificare le portanti.
Bisogna sempre avere un "occhio di riguardo" per le caratteristiche dell'analizzatore utilizzato, facendo attenzione a non sovraccaricare l'ingresso (è consigliabile avere sempre una serie di attenuatori).
Va ricordato, inoltre, che l'analizzatore di spettro rileva una tensione in ingresso da cui si risale al campo con un coefficiente correttivo che è funzione del guadagno d'antenna.
Per identificare le portanti si parte da una banda ampia che si deve restringere gradualmente per discriminare i singoli contributi.
Durante questa procedura di discriminazione bisogna fare attenzione che non vi sia una sensibile diminuzione dei segnali man mano che si restringe la banda dell'analizzatore (al massimo è possibile avere la riduzione di 1db).
Infatti, la banda di risoluzione dell'analizzatore (RBW) deve essere sufficientemente stretta in modo che si possano discriminare i singoli contributi e sufficientemente ampia da poter contenere tutto il segnale modulato, onde evitare un'analisi inesatta.
La scelta dei punti di misura deve essere tale da contenere un andamento significativo del campo elettromagnetico, tenendo conto delle variazioni del campo e degli eventuali "punti caldi".
La misura in ogni punto viene effettuata polarizzando ogni volta l'antenna lungo i 3 assi e calcolando successivamente il campo risultante.
Per concludere, va ricordato che tutto questo lavoro va riferito alle normative nazionali ed internazionali che fissano i limiti per quanto riguarda l'esposizione umana ai campi elettromagnetici: norme di cui in questi mesi sentiamo parlare quotidianamente, data l'attualità della questione. Sono norme attualmente in via di revisione e definizione da parte dei competenti organismi ministeriali e dunque non siamo entrati nel merito di tale aspetto, poichè avrà solo tra qualche tempo delle certezze che al momento di scrivere questo articolo ancora non sussistono.

 Tabella 1

Servizio radiofonico Onda lunga Onda media Onda corta Modulazione di frequenza	155 ÷ 285 kHz 525 ÷ 1605 kHz 3950 ÷ 26100 kHz 87.5 ÷ 108 MHz
Servizio televisivo VHF I-II VHF III VHF IV VHF V	52.5 ÷ 88 MHz 174 ÷ 223 MHz 470 ÷ 590 MHz 614 ÷ 838 MHz