Amatorski miernik pola elektromagnetycznego – ocena przydatności

Amatorskie mierniki pola elektromagnetycznego zalewają polski rynek z gadżetami (inaczej ich nazwać nie można). Ostatnie 3 lata w Polsce to okres wzmożonego zainteresowania tematem pola elektromagnetycznego (PEM) wytwarzanego przez sieci komórkowe. Co było przyczyną nagłego wzrostu zainteresowania zarówno PEM jak i miernikami pola elektromagnetycznego? Przeczytaj część pierwszą naszej wnikliwej analizy.

Aktywatorem tego fenomenu były dwa główne czynniki – zmiana dopuszczalnych poziomów PEM w środowisku w grudniu 2019 r. oraz rozpoczęty w 2020 r. rollout sieci 5G. Bezpodstawne kontrowersje dotyczące sieci piątej generacji to narracja wspólna dla wszystkich krajów, w których ta technologia została wdrożona. Do tej pory pomiary PEM były domeną profesjonalistów (i na szczęście nadal są), wspomniane czynniki wygenerowały jednak znaczący popyt na urządzenia, które mają umożliwiać samodzielną weryfikację poziomów PEM w środowisku. 

W niniejszym artykule autorzy podejmują próbę oceny czy amatorskie mierniki pola elektromagnetycznego mogą stanowić wiarygodne źródło informacji nt. poziomów PEM o częstotliwościach radiowych w środowisku.

Miernik Gigahertz Solutions, model HFE35C – obiekt testowy

W zasobach Instytutu Łączności – PIB znajduje się kilkanaście takich urządzeń, których cena rynkowa waha się od kilkudziesięciu złotych do nawet kilku tysięcy. Na potrzeby tego artykułu odrzuciliśmy te, co do których mamy pewność, że mimo deklaracji producenta, nie mierzą pola elektromagnetycznego o częstotliwościach radiowych, a ich przydatności ogranicza się, co najwyżej, do wykrywania przewodów pod napięciem (i to też z różnym skutkiem i dokładnością).

Wybraliśmy urządzenie, którego cena sugeruje, iż faktyczne parametry techniczne są zgodne z tymi wskazanymi przez producenta – miernik firmy Gigahertz Solutions, model HFE35C, o deklarowanym zakresie pomiarowym 27-2700 MHz. Podczas pomiarów miernik był wyposażany zamiennie w dwie anteny: UBB27 (zakres częstotliwości pracy pokrywający się z zakresem pracy miernika, charakterystyka omni) lub HFE v2 (zakres częstotliwości pracy 800-2700 MHz, antena logarytmiczno-periodyczna). Zarówno pierwsza jak i druga antena obejmują zakresem pracy wszystkie dostępne obecnie w Polsce sieci komórkowe (790-2690 MHz), niezależnie od ich technologii (od GSM po 5G).

Amatorski miernik pola elektromagnetycznego – jak wypadły testy?

Uzyskane wyniki pomiarów zestawiono z wynikami pomiarów wykonanymi przez akredytowane laboratoria, udostępnionymi w Systemie Informacyjnym o Instalacjach Wytwarzających Promieniowanie Elektromagnetyczne (SI2PEM, si2pem.gov.pl).

Pomiary były wykonywane w otoczeniu czterech stacji bazowych (po jednej stacji sieci Play, Orange, T-Mobile oraz Plus), a punkty pomiarowe zostały dobrane tak, aby możliwie najwierniej odpowiadały punktom pomiarowym ujętym w SI2PEM, co miało stworzyć warunki do jak najlepszego porównania zmierzonych wartości. 

Pomiary wykonywano przy temperaturze powietrza wynoszącej 17°C i wilgotności wynoszącej 71% [1], brak opadów atmosferycznych. Warunki mieściły się w granicach wyznaczonych rozporządzeniem Ministra Klimatu w sprawie sposobów sprawdzania dotrzymania dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz wynikających ze specyfikacji technicznej przyrządu. Pomiary były przeprowadzane w godzinach pracy, w których zwykle występuje wzmożony ruch w sieciach komórkowych – w ten sposób starano się odtworzyć możliwie skrajne parametry pracy instalacji

Dobierając punkty pomiarowe starano się uchwycić te, które dają największe prawdopodobieństwo zarejestrowania wysokiego poziomu pola elektromagnetycznego – znajdujące się na podwyższeniu terenu, jak najbliżej osi głównej wiązki, oraz będące w odległości od kilkunastu do ok. 100 metrów od stacji bazowej.

Wyniki pomiarów prezentuje poniższa tabela:

W mierniku HFE35C, podczas pomiarów, używana była funkcja „Peak”, a więc teoretycznie pokazująca najwyższy chwilowy wynik. W tabeli ujęto tylko najwyższe zarejestrowane wartości, natomiast zmierzone wartości średnie czy minimalne były istotnie niższe.

Analizując tabelę z wynikami pomiarów można dojść do wniosku, że pomiary miernikiem HFE35C wykazują istotnie niższe wartości niż te zmierzone profesjonalnym sprzętem pomiarowym (w punktach 4, 5, 6 pomiary wykonano miernikiem Narda NBM550 z dołączona sondą EF9091). Powodów takiego stanu rzeczy może być kilka, a najbardziej prawdopodobne to:

• Pomiary prowadzone przez akredytowane laboratoria zgodnie z obowiązującą metodyką pomiarową pokazują występujące teoretyczne, najbardziej skrajne warunki pracy mierzonej instalacji. Takie parametry nie występują w faktycznych warunkach pracy instalacji.
• Można oczekiwać, że wyniki pomiarów wykonanych przez akredytowane laboratorium, uwzględniają rozszerzoną niepewność pomiaru, zatem są „zawyżone” w stosunku do surowych wyników wskazywanych przez przyrząd.
• Miernik HFE35C nie zapewnia parametrów deklarowanych przez producenta, tj. wyniki pomiarów wykonanych tym urządzeniem nie odpowiadają faktycznemu poziomowi PEM.
• Zakres pracy miernika i zakres pracy anteny omni powodował, że teoretycznie mierzyliśmy moc sygnałów wszystkich urządzeń pracujących w okolicy – od CB radia począwszy, poprzez rozgłośnie, krótkofalówki, systemy łączności policji i służb, systemy dyspozytorskie np. w taksówkach, telewizję, a na sygnałach WiFi i sieci komórkowych kończąc. To bardzo szeroki fragment spektrum fal elektromagnetycznych, co prowadzić może do konkluzji, że odczytany wynik powinien być istotnie wyższy niż ten podany w SI2PEM.

Miernik HFE35C i deklarowany zakres pomiarowy

U autorów artykułu pewną podejrzliwość wzbudza deklarowany zakres pomiarowy miernika HFE35C, wynoszący od 1 do 1999 μW/m² (0,01 – 0,86 V/m). Niczego nie sugerując, warto zestawić to z zakresem pomiarowym zestawu miernik NBM550 z dołączoną sondą EF9091, gdzie minimalny próg czułości zestawu wynosi 0,7 V/m, a więc nieco tylko poniżej maksymalnego progu czułości miernika HFE35C. Drugą sprawą budzącą wątpliwości autorów jest fakt, że po rozebraniu urządzenia i zdjęciu osłony ekranującej, w torze wejściowym znaleziono tekturę. Taką samą tekturę znaleziono w drugim mierniku, HFW35C, co sugeruje, że praktyka umieszczania tektury w tych urządzeniach może być standardową praktyką producenta tego sprzętu. Użycie tekturki w charakterze materiału ekranującego w sposób oczywisty zwiększa podatność urządzenia na zakłócenia pomiaru ze źródeł wykraczających poza deklarowany przez producenta zakres pracy urządzenia. Dla przykładu miernik HFE35C okazał się bardzo wrażliwy na zakłócenia pochodzące od piezoelektrycznej zapalarki kuchenki gazowej. Miernik o deklarowanym zakresie pracy wynoszącym 27-2700 MHz wskazywał wartość powyżej maksymalnej w odległości nawet kilku metrów od uruchomionej zapalarki. W tym miejscu należałoby się zastanowić, czy konstrukcja miernika zapewnia wymaganą odporność elektromagnetyczną. Inaczej mówiąc – czy sygnały spoza zakresu pomiarowego nie będą zaburzały wyników pomiaru.

Poddaje to w wątpliwość użyteczność tego miernika do określania rzeczywistych poziomów PEM w środowisku. Za to może wyjaśniać, dlaczego pomiary na amatorskich filmach zamieszczanych przez przeciwników sieci komórkowych pokazują zwykle wartości wyższe niż maksymalny zakres pracy miernika HFE35C – czyli powyżej 1999 μW/m² (0,86V/m). Autorzy byli w stanie odtworzyć taką sytuację (za wyjątkiem celowego uruchomienie piezoelektrycznej zapalarki) jedynie w takim przypadku, gdy w pobliżu miernika znajdował się telefon komórkowy z aktywną transmisją danych. To może prowadzić do wniosku, że poziomy pola elektromagnetycznego prezentowane na filmach nie pochodzą od „mierzonych” stacji bazowych, ale paradoksalnie od telefonu, którym pomiar był filmowany, bądź innych urządzeń zakłócających pracę miernika HFE35C.

W części 2 artykułu przedstawimy wyniki pomiarów wykonanych urządzeniem HFE35C oraz miernikiem wzorcowanym w tym samym miejscu i czasie. Umożliwi to pełną, obiektywną ocenę przydatności HFE35C do pomiarów PEM w środowisku.

Źródła:

[1] Warunki meteorologiczne w dniu pomiaru określono w oparciu o dane ze stacji pomiarowej Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej

Artykuł opublikowany został w czasopiśmie „Elektronik” 4/2023. Autorzy: Michał Połzun, Kinga Graczyk