In Gebäuden, im Zug, im Auto und im Freien

Die Messtechnik im Detail

11.5.2010 von Redaktion connect und Bernd Theiss

ca. 2:25 Min

Ratgeber

Die Spezifische Absorptionsrate (SAR) ist ein Maß für die Aufnahme elektromagnetischer Energie in menschlichem Gewebe. Der Spitzen-SAR-Wert bezieht sich auf den 10 Gramm großen Würfel in Kopf oder Hand, in dem unter den gegebenen Bedingungen am meisten Energie absorbiert wird.

Die Aufnahme von Energie geht mit einer Erwärmung des Gewebes einher, was aus naheliegenden Gründen am lebenden Menschen nicht zu messen ist. Doch auch das Suchen nach maximalen Temperaturerhöhungen in einem mit gewebeäquivalenter Flüssigkeit gefüllten Phantomkopf gestaltet sich ausgesprochen schwierig. Denn erst bei Einstrahlung von mehr als 100 Watt entstehen mit der nötigen Genauigkeit messbare Erwärmungen.

Stattdessen hat es sich bewährt, die Feldstärke mit drei Dipolen für die Raumkomponenten x-, y-, und z- zu messen - für bestimmte polarisierte Felder, deren Raumrichtung zeitabhängig ist, wird die Messung noch komplizierter. Bei Handy-SAR-Messungen muss nun im Phantomkopf mit den drei gegenüber der Wellenlänge kleinen Dipolen das Feldstärkemaximum gesucht werden, um daraus den maximalen SAR-Wert zu bestimmen. Dieser Suchprozess nimmt lange Zeit in Anspruch, für die Messung von Augenblicks-SAR-Werten ist er damit nicht geeignet.

Augenblicks-SAR-Werte

Doch mit Systematik ist das Zeitproblem zu lösen. So konnte das Team um Dr.-Ing. Georg bei den per Kamera aufgezeichneten Handygesprächen sechs charakteristische Haltungen des Mobiltelefons identifizieren. Für diese bestimmten die Forscher bei jeweils einer gegebenen Sendeleistung des Handys die Spitzen-SAR-Werte im D-, E- und UMTS-Netz. Sind diese Werte bekannt, kann mit ihnen der SAR-Wert für jede beliebige Leistung und jede Mobiltelefonhaltung genau berechnet werden.

Für die Messungen reicht es jetzt, die Netzmonitordaten des für das Gespräch verwendeten Mobiltelefons auszulesen. Mit ihnen lassen sich momentane Sendeleistung, Empfangspegel und viele netzspezifische Daten erfassen. Parallel zu den Messungen liefen Videoaufzeichnungen, sodass unterschiedliche Handyhaltungen mit ihrem Einfluss auf den SAR-Wert genau bestimmt werden konnten. Zusätzlich wurden die Messwerte zur Dokumentation in die Videosequenzen eingeblendet.

Im Maschek-Kopf steckt ein Sensor

Zur ergänzenden Messwerterfassung kam der ESM-120-Kopf von Maschek zum Einsatz. In der mit einer Flüssigkeit gefüllten Kugel steckt ein einzelner isotroper Feldsensor. Daher ist es wichtig, das zur Messung verwendete Handy so zu platzieren, dass maximale Einstrahlung erreicht wird. Damit sind zwar keine normgerechten Messungen von Handys möglich, dafür aber mobile Messungen mit ihnen.

Damit das Handy konstant sendet, strahlt der Maschek ESM-120 bei Bedarf einen Ton ab. Denn in Gesprächspausen ohne akustisches Signal reduzieren Mobiltelefone über den DTX-Modus die Sendeleistung. Der im Akkubetrieb 80 Stunden messfähige ESM-120 kann die Daten intern anzeigen oder direkt an einen PC ausgeben. Neben dem Maschek-Kopf und den diversen zur Messung eingesetzten Handys kam noch das Feldstärkemessgerät EMR-300 von Narda/Wandel & Goltermann zum Einsatz.

Simulation zur Abrundung der Studien

Neben den reinen Messungen wurden auch Simulationen zur Abrundung der Expositions-Studien eingesetzt. So diente das sogenannte Method-of-Moments-Verfahren (MoM) zur Berechnung des Zusammenhangs zwischen Handy-Position, Sendeleistung und maximalem SAR-Wert. Über die Finite-Difference-Time-Domain-Methode konnten etwa die Innenräume von Autos und Zugwaggons genau untersucht werden. Das half, lokale Strahlungsmaxima zu finden, aber auch auszuschließen.

Anzumerken ist, dass dort, wo Szenarien sowohl simuliert als auch gemessen wurden, die Messungen generell zu niedrigeren SAR-Werten führten. Das liegt auch daran, dass in den Simulationen die maximale Sendeleistung des Handys als Basis dient; in der Realität wird diese sehr oft per Befehl von der Basistation auf niedrigere bis deutlich niedrigere Werte gesenkt.