Berechnung der Hochfrequenz-Exposition von Personen in Szenarien mit Sendeeinrichtungen typischer Kommunikationssysteme

摘要

Untersuchungen zur Exposition eines Menschen durch die von Quellen in Kommunikationssystemen ausgehenden elektromagnetischen Hochfrequenz-Felder konzentrierten sich in der Vergangenheit häufig auf das Problem eines unmittelbar am Körper des Nutzers betriebenen Handys oder auf die im Bereich des Arbeitsschutzes wichtige Fragestellung des Sicherheitsabstandes zu Antennenstandorten von Rundfunk- oder Mobilfunk-Sendern.Seit der Einführung neuer digitaler Funk-Technologien finden aber zunehmend auch mobile Kommunikationssysteme Verbreitung, bei denen die Strahlungsquellen weder weit vom Körper entfernt noch in unmittelbarem Körperkontakt angeordnet sind. Typische Beispiele sind Notebooks, die über integrierte Antennen UMTS-Signale aussenden, oder die Endgeräte von ‚Wireless LANs', die im Prinzip an jedem Punkt eines Raumes und somit in sehr unterschiedlichen Abständen von Personen installiert sein können.Das wesentliche Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der Exposition von Personen durch derartige körpernah betriebene Kommunikationsendgeräte. Dabei steht nicht, wie in manchen Studien, das Immissionsfeld - charakterisiert durch die externe Feldstärke oder Leistungsdichte - im Vordergrund, sondern die tatsächlich im menschlichen Körper absorbierte Hochfrequenzleistung - dargestellt durch die Spezifische Absorptionsrate (SAR).Die SAR hängt - neben der Sendecharakteristik der Quelle, wie Leistung, Nah- oder Fernfeld-Verteilung und Modulation - auch von der geometrischen Gestalt des Körpers und der räumlichen Verteilung der komplexen Gewebe-Permittivität, von Form und Größe des Mittelungsvolumens, von Abstand und Orientierung des Körpers zur Strahlungsquelle, von den Eigenschaften des umgebenden Raumes usw., kurz, von der Konfiguration der Gesamtanordnung ab.In Anbetracht der Vielzahl möglicher Konfigurationen scheidet ein experimenteller Ansatz aus Kostengründen von vorneherein aus.Die Untersuchungen werden daher mit Hilfe numerischer Berechnungen für drei nach klaren Kriterien ausgewählte Endgeräte durchgeführt, die in unterschiedliche Szenarien eingebettet sind.Dabei kommen vier verschiedene Menschmodelle (Erwachsener und Jugendlicher, jeweils sitzend und stehend) zum Einsatz.Als Rechenverfahren wird die Finite Differenzen - Methode im Zeitbereich, umgesetzt in einen parallelisierten Programmcode, verwendet.Die angewandte Vorgehensweise und die Rechenergebnisse werden dargestellt.Zusätzlich werden die denkbaren Prinzipien zur weiteren Reduzierung der SAR körpernaher Endgeräte unter Berücksichtigung der bis dahin vorgestellten Resultate untersucht.Als weiteres Ziel dieser Arbeit wird ein modular aufgebautes, SAR-basiertes Berechnungsverfahren zur näherungsweisen Ermittlung der Exposition bei Einwirkung mehrerer verschiedenartiger Quellen auf eine Person beschrieben.Damit können die in Form eines Katalogs von Datenblättern vorliegenden SAR-Verteilungen, die aus Einzelberechnungen für konkrete körperberührende und körpernahe Quellen sowie für Fernfelder unterschiedlicher Frequenzen und Einfallsrichtungen gewonnen wurden, quellenspezifisch gewichtet und durch Superposition zu einer Summen-SAR zusammengefasst und hinsichtlich ihrer gemeinsamen Wirkung auf die Person bewertet werden.