Personenschutzabstand

Gesamtkurs E

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Personenschutz

  • Es darf zu keiner Gefährdung von Menschen durch Amateurfunkanlagen kommen
  • Jeder Funkamateur muss sich mit dem Personenschutz in elektromagnetischen Feldern auskennen

Der Betreiber der ortsfesten Amateurfunkstelle ist für die Sicherstellung der "elektromagnetischen Verträglichkeit in der Umwelt" (EMVU) verantwortlich.

  • Grenzwerte finden sich in der "26. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes" (26. BIm-SchV) und in der "Verordnung über das Nachweisverfahren zur Begrenzung elektromagnetischer Felder" (BEMFV)
  • In der Verordnung über das "Nachweisverfahren zur Begrenzung elektromagnetischer Felder" (BEMFV) ist das Anzeigeverfahren beschrieben
  • Funkamateur stellt vor Inbetriebnahme eigenständig sicher und dokumentiert, dass keine Gefährdung für Personen besteht

Effektive Strahlungsleistung (ERP)

Groundplane-Antenne strahlt in alle Himmelsrichtungen nahezu gleichmäßig ab, aber nicht nach oben oder unten
Yagi-Uda-Antenne bündelt die Funkstrahlen nach vorn und reduziert in alle anderen Richtungen
Bei der Berechnung der Grenzwerte für den Schutzabstand wird die *Hauptstrahlrichtung* verwendet
  • Wie viel besser eine Antenne in Hauptstrahlrichtung im Vergleich zu einem Halbwellendipol abstrahlt
  • Gewinnfaktor $\num{2}$: Antenne strahlt in Hauptstrahlrichtung doppelt so stark wie ein Halbwellendipol in seine Hauptstrahlrichtung

Sendeleistung zur Antenne multipliziert mit Gewinnfaktor

Beispiel: $5 W$ auf eine Antenne mit Gewinnfaktor $\num{2}$ ergibt die effektive Strahlungsleistung von $10 W$

Äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP)

1) Kurzbeschreibung: Perspektivische Darstellung eines isotropen Strahlers mit kugelförmiger Abstrahlung, drei schwarzen Achsen und einem blau eingezeichneten Segment auf der Kugeloberfläche. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung zeigt perspektivisch einen isotropen Strahler mit kugelförmiger Abstrahlung. Der Strahler ist in der Mitte als kleiner, roter Punkt eingezeichnet. Von ihm gehen drei schwarze Pfeile aus: ein Pfeil nach oben, ein Pfeil nach rechts und ein Pfeil nach vorn zum Betrachter. Um die Mitte liegt eine hellgraue, kugelförmige Fläche, die durch eine perspektivische Ellipse dargestellt ist. Links neben der Mitte steht in roter Schrift „Isotroper Strahler“. Vom Mittelpunkt aus verlaufen zwischen dem Pfeil nach rechts und dem Pfeil nach vorn zwei dünne graue Linien zum Rand der Kugeloberfläche. Von den Schnittpunkten mit dem Rand gehen zwei Kreisbögen nach oben entlang der Kugeloberfläche und treffen sich am Pfeil nach oben. Zwischen den beiden Linien gibt es auf halber Höhe eine blau eingefärbte, viereckige Fläche, deren Eckpunkte durch blaue Linien mit dem Mittelpunkt verbunden sind.">
    Abbildung NE-20.3.1: Isotroper Strahler in der Mitte einer Kugel, der an allen Stellen der Kugeloberfläche die gleiche Strahlungsleistung erzeugt
    • * Theoretische Antenne * Unendlich klein * Funkwellen werden gleichmäßig in alle Richtungen abgestrahlt * Es existiert keine Hauptstrahlrichtung
    • Bei Berechnung der Strahlungsleistung in Bezug zum isotropen Strahler wird von "äquivalenter isotroper Strahlungsleistung" gesprochen
    • Englisch "equivalent isotropic radiated power" (EIRP)
    • Erfolgt gleich zu ERP
    • Hat eine Antennen einen Gewinnfaktor von $\num{3}$ bezogen auf den isotropen Strahler, dann strahlt diese Antenne in Hauptstrahlrichtung dreimal so stark wie ein isotroper Strahler in jede beliebige Richtung
    • Bei $5 W$ Sendeleistung auf Antenne mit Gewinnfaktor $\num{3}$ gegenüber dem isotropen Strahler ergibt das die Strahlungsleistung $15 W$ EIRP
    • Halbwellendipol hat den Gewinnfaktor $\num{1,64}$ gegenüber isotropen Strahler
    • Antenne mit Gewinnfaktor $\num{2}$ gegenüber Halbwellendipol hat einen Gewinnfaktor von $2 \cdot 1,64 = 3,28$ gegenüber isotropen Strahler

    Äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) II

    • Verluste $a$ durch Kabel, Stecker oder andere Bauteile abziehen
    • Erst dann mit dem Gewinnfaktor multiplizieren
    • Es folgen diverse allgemeine Formeln für ERP und EIRP

    Aus Klasse N bekannt:

    $P_{\mathrm{ERP}} = (P_{\mathrm{Sender}} - P_{\mathrm{Verluste}}) \cdot G_{\mathrm{Antenne}}$

    Bei der Rechnung mit $dB$ zu verwenden:

    $P_{\mathrm{ERP}} = P_{\mathrm{Sender}} - a + g_d$

    Aus der Formelsammlung mit Umwandlung von $dB$ in Leistungsfaktor:

    $P_{\mathrm{ERP}} = P_{\mathrm{Sender}} \cdot 10^{\frac{g_d - a}{10 dB}}$

    Umrechnung ERP zu EIRP:

    $P_{\mathrm{EIRP}} = P_{\mathrm{ERP}} + 2,15 dB$

    Aus der Formelsammlung mit Umwandlung von $dB$ in Leistungsfaktor:

    $P_{\mathrm{EIRP}} = P_{\mathrm{Sender}} \cdot 10^{\frac{g_d - a + 2,15 dB}{10 dB}}$

    Wenn der Gewinn in $dBi$ angegeben ist:

    $P_{\mathrm{EIRP}} = P_{\mathrm{Sender}} \cdot 10^{\frac{g_i - a}{10 dB}}$

    Eine ortsfeste Amateurfunkanlage ist nach § 9 BEMFV bei der BNetzA anzuzeigen, wenn eine Strahlungsleistung von $10 W$ EIRP überschritten wird.

    Lösungsweg

    • gegeben: $P_{\mathrm{Sender}} = 250 mW$
    • gegeben: $g_i = 26 dBi$
    • gegeben: $a = 0 dB$
    • gesucht: $P_{\mathrm{EIRP}}$
    $\begin{split} P_{\mathrm{EIRP}} &= P_{\mathrm{Sender}} \cdot 10^{\frac{g_i - a}{10 dB}}\\ &= 250 mW \cdot 10^{\frac{26 dBi}{10 dB}}\\ &= 250 mW \cdot 398\\ &\approx 100 W \end{split}$

    Lösungsweg

    • gegeben: $P_{\mathrm{EIRP}} = 10 W$
    • gegeben: $g_i = 5,15 dBi$
    • gegeben: $a = 0 dB$
    • gesucht: $P_{\mathrm{Sender}}$
    $\begin{split} P_{\mathrm{EIRP}} &= P_{\mathrm{Sender}} \cdot 10^{\frac{g_i - a}{10 dB}}\\ \Rightarrow P_{\mathrm{Sender}} &= \dfrac{P_{\mathrm{EIRP}}}{10^{\frac{g_i - a}{10 dB}}}\\ &= \dfrac{10 W}{10^{\frac{5,15 dBi}{10 dB}}}\\ &\approx \frac{10 W}{3,27} \approx 3 W \end{split}$
    • gegeben: $P_{\mathrm{Sender}} = 5 W$
    • gegeben: $g_d = 5 dBd$
    • gegeben: $a = 2 dB$
    • gesucht: $P_{\mathrm{EIRP}}$
    $\begin{split} P_{\mathrm{EIRP}} &= P_{\mathrm{Sender}} \cdot 10^{\frac{g_d - a + 2,15 dB}{10 dB}}\\ &= 5 W \cdot 10^{\frac{5 dBd - 2 dB + 2,15 dB}{10 dB}}\\ &= 5 W \cdot 3,27\\ &\approx 16,4 W \end{split}$

    Sendeleistung Klasse N

    • $2 m$- und $70 cm$-Band: $6,1 W$ ERP / $10 W$ EIRP
    Ein Funkgerät mit $5 W$ Sendeleistung und einem Gewinnfaktor von $\num{1,8}$ bezogen auf den isotropen Kugelstrahler darf damit betrieben werden:
    $5 W \cdot 1,8 = 9 W$ EIRP

    Anzeige ortsfester Amateurfunkanlagen

    • vor der Aufnahme des Betriebs der ortsfesten Amateurfunkanlage
    • bei zuständiger Außenstelle der BNetzA

    Nachvollziehbare zeichnerische Darstellung mit

    • Standortbezogener Sicherheitsabstand
    • Vom Betreiber kontrollierbarer Bereich

    An der Funkstation liegend und auf Verlangen der BNetzA vorzulegen:

    • Einhaltung der Anforderungen
    • ggf. Antennendiagramme
    • Lageplan
    • Bauzeichnung oder Skizze mit Bemaßung
    • Konfiguration der Funkanlage
    • Fortlaufend prüfen, ob die Anlage gleich zu der in der Anzeige ist
    • Bei wesentlichen Änderungen erneute Anzeige durchführen
    * Berechnung des Personen-Sicherheitsabstands * Während des Sendebetriebs dürfen keine unbefugten Personen in diesem Bereich sein * Ist erfüllt, wenn dieses im kontrollierbaren Bereich stattfindet, z.B. eigenes Grundstück
    Hilfsmittel: * Software "Watt Wächter" * vereinfachtes Bewertungsverfahren * Feldstärkemessung * Fernfeldberechnung * Nahfeldberechnung
    • Es können mehrere Funkamateure gleichzeitig an einer Anlage auf verschiedenen Frequenzen senden
    • In der Regel über verschiedene Antennen
    • Alle Antennen zusammen müssen für den Personenschutzabstand berücksichtigt werden

    Standortbescheinigung

    • Eine Standortbescheinigung kann auf Antrag kostenpflichtig durch die BNetzA ausgestellt werden
    • Funkamateur muss alle notwendigen Unterlagen und Informationen für die Berechnung bereitstellen
    * Lageplan * Bauzeichnung mit Montageort der Antennen * Informationen zum Abstrahlverhalten von allen Antennen

    Verpflichtend ist eine Standortbescheinigung, wenn sich am Standort der vorgesehenen ortsfesten Amateurfunkstelle bereits ortsfeste Funkanlagen befinden, die selbst eine Standortbescheinigung benötigen.

    Personenschutzabstand II

    • Müssen ab einer EIRP von $10 W$ nachgewiesen werden
    • Trotz kleiner Leistung kann es einen hohen Antennengewinn geben
    • Dann besteht eine Pflicht zur Nachweisführung
    • Bewertungsverfahren nach BEMFV (Verordnung über das Nachweisverfahren zur Begrenzung elektromagnetischer Felder)
    • Fernfeldberechnung ist für das Fernfeld möglich
    • Fernfeld bildet sich bei Dipolen in einem Abstand von etwa bei 4λ aus
    • Bei Berechnung mit der Fernfeldnäherung gilt der Sicherheitsabstand von jedem Punkt der Antenne

    Grenzwerte

    • Die Strahlung wird dabei in Wärme umgewandelt
    • Thermoregulation des Körpers schafft begrenzt einen Ausgleich

    Eindringtiefe der Strahlung:

    • $MHz$ ca. $10-30 cm$
    • $GHz$ wenige $cm$
    • $>10 GHz$ ca. $<1 mm$
    * Resonanz bei $\textrm{Körpergröße} \approx \frac{\lambda}{2}$ * Hohe Aufnahme von Strahlungsenergie bei Resonanz * Deshalb sind die *Feldstärkegrenzwerte* für den Schutz von Personen in elektromagnetischen Feldern *von der Frequenz abhängig*
    • In der "26. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes" wird ein zeitlicher Bezug zur Einhaltung der Feldstärke-Grenzwerte hinzugefügt
    • Es muss nach drei Fällen für Grenzwerte unterschieden werden
    • Maximaler momentaner Spitzenwert
    • Elektrische Feldstärke in $kV/m$
    • Grenzwerte sind bis $10 MHz$ frequenzabhängig
    • z.B. $0,083 kV/m$ bei $3,5 MHz$
    • Da nicht ständig gesendet wird, Verwendung des quadratischen Mittels der Feldstärke ($V/m$) über 6 Minuten
    • Grenzwerte sind frequenzabhängig
    • z.B. $28 V/m$ bei $14 MHz$
    • Berechnung erfolgt mit Näherungsformel (im nächsten Abschnitt)
    • Schnelles Ein- und Ausschalten
    • Als Faktor für den momentanen Spitzenwert oder das 6-Minuten-Intervall
    • Grenzwerte sind frequenzabhängig
    • z.B. 32-fache des 6-Minuten-Intervalls bei $14 MHz$
    • Aktive Körperhilfen (z.B. Herzschrittmacher) dürfen nicht in elektrische Felder gebracht werden, deren Stärke die Grenzwerte der aktiven Körperhilfe überschreiten
    • Der Grenzwert ist hier immer der maximale Momentanwert

    Näherungsformel I

    * Berechnung der elektrischen Feldstärke * Im Abstand zu einem Strahler * Bei gegebener Leistung und Gewinn * Gilt nur im Freiraum
    ($d > \frac{\lambda}{2\pi}$)
    $\begin{split} E &= \dfrac{\sqrt{30 Ω \cdot P_A \cdot G_i}}{d}\\ &= \dfrac{\sqrt{30 Ω \cdot P_{\textrm{EIRP}}}}{d} \end{split}$
    * Bei gegebener Feldstärke * Umstellen nach $d$
    $\begin{split} d &= \dfrac{\sqrt{30 Ω \cdot P_A \cdot G_i}}{E}\\ &= \dfrac{\sqrt{30 Ω \cdot P_{\textrm{EIRP}}}}{E} \end{split}$
    * gegeben: $E = 28 V/m$ * gegeben: $g_d = 7,5 dBd$ * gegeben: $P_S = 100 W$
    * gegeben: $a_{\textrm{Kabel}} = 1,5 dB$ * gesucht: $P_{\textrm{EIRP}}$ * gesucht: $d$
    $\begin{split} P_{\textrm{EIRP}} &= P_S \cdot 10^{\frac{g_d - a + 2,15 dB}{10 dB}}\\ &= 100 W \cdot 10^{\frac{7,5 dBd - 1,5 dB + 2,15 dB}{10 dB}}\\ &\approx 100 W \cdot 6,5\\ &= 650 W \end{split}$
    $\begin{split} d &= \dfrac{\sqrt{30 Ω \cdot P_{\textrm{EIRP}}}}{E}\\ &= \dfrac{\sqrt{30 Ω \cdot 650 W}}{28 V/m}\\ &\approx 5 m \end{split}$

    Liegen die errechneten $5 m$ nicht im Nahfeld für das $10 m$-Band aus der Frage?

    $\begin{split} d &> \frac{\lambda}{2\pi}\\ 5 m &> \frac{10 m}{2\pi}\\ 5 m &\gtrapprox 1,6 m \end{split}$
    • Personenschutz-Sicherheitsabstand gilt nur im Freiraum
    • $d > \frac{\lambda}{2\pi}$
    • $160 m$-Band: $25,5 m$
    • $80 m$-Band: $12,7 m$

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