Elektromanyetik Alan Ölçüm Verimliliğinin Arttırılması

Başta baz istasyonları olmak üzere, ortamdaki çeşitli elektronik haberleşme cihazlarının ölçüm sürelerinin ne kadarlık bir zamanda gerçekleştirilmesi gerektiği hususunda çeşitli çalışmalar yapılmakta. Ortalama ölçüm zamanının (averaging time)  belirlenmesi için farklı ölçüm sürelerinde edilen ölçüm değerleri birbirleri ile kıyaslanıyor ve en uygun ortalama ölçüm süresi belirlenmeye çalışılıyor.

Ölçümlerde kullanılan ortalama zaman için  pek çok tanım bulunuyor. Elektromanyetik dalganın insan vücudunda oluşturduğu etkinin belirlenmesi için geçen süre ile konuşma trafiğine bağlı olarak çıkış gücü değişen sistemlerin elektrik alan şiddet değerlerinin ölçülmesinde kullanılan “ortalama zaman” kavramları birbirinden çok farklı değerler olarak karşımıza çıkıyor. Bu sebeple elektromanyetik dalgaların insan vücuduna etkileri konusunda çalışmalar yapan ve bu çalışmalar neticesinde limit değer belirleyen ICNIRP, IEEE gibi kuruluşlar,  “ortalama zaman” kavramını, vücudun ısısal düzenlemesi (thermoregulasyon) için belirlenen “ısı zaman sabiti-thermal time constant” olarak ifade ediyor.

ICNIRP tarafından yapılan çalışmalarda ortalama 4 W/kg’lık bir SAR değerine ortalama zaman olarak 30 dakika boyunca maruz kalınması halinde, insan vücut sıcaklığının 1⁰C artacağı ifade ediliyor. Bunun yanında, ICNIRP yayımlamış olduğu EMF Kılavuzlarında, “Tüm SAR değerleri, 6 dakikalık bir süre boyunca ortalama alınacaktır-“All SAR values are to be averaged over any 6-min period.” şeklinde ifadeler yer alıyor.

IEEE C95.1 standardında ise ortalama zaman; Maksimun izin verilen maruziyet (MPE) veya referans seviyeleri ile uyumun belirlenmesi amacıyla belirlenen uygun maruziyet zamanı olarak tanımlanıyor. Buna göre, elektromanyetik alana maruz kalma süresi, ısı zaman sabitinden (> 6 dakika ) büyük olduğunda, vücut sıcaklığının yükselmesinin enerji soğurma oranı ile yakın ilişkili olduğu belirtiliyor. [1].

Örneğin IEEE C95.1 standartları, standart belirlenirken, bir saatlik ortalama sürenin onda birini (altı dakika)  ortalama zaman/süre olarak kabul ediyor. 6 dakikalık ortalama süre bir insan vücudunun elektrik alan şiddetine maruz bırakılması durumunda limit değer belirlenmesine esas bir kriter olarak karşımıza çıkıyor. Bununla birlikte” tüm vücut termal zaman sabitinin bir saat veya daha fazla olduğu kabul ediliyor.” Ancak 6 dakikalık ortalama zamanın, kısmi vücut ısınması için bir zaman sabitine karşılık geldiği biliniyor.

Standart belirlemenin yanı sıra, ortamın ölçülen elektrik alan şiddet değerinin belirlenmiş standart değerlerle kıyaslanması ve uluslararası kuruluşlarca belirlenen maruziyet değerlerinin aşılıp aşılmadığının belirlenmesi için de “Ortalama ölçüm zamanı”na ihtiyaç duyuluyor. Bunun için ölçüm değerlerinin belli bir süre izlenmesi ve anlık ölçüm değerlerinden çok herhangi bir ortalama zaman içindeki ortalama değerin esas kabul edilmesi gerekiyor. Maksimum maruziyet değeri belirlenirken örneğin birkaç saniye süre ile 1000 V/m’ye izin verilirken, uzun süreli maruziyet için 41 V/m’ye izin veriliyor. Bu durum maruziyet belirlenirken kullanılan “ortalama ölçüm zamanı” ile ortamın elektrik alan şiddet değerinin belirlenmesi için gereken kullanılan ortalama ölçüm zamanı tabirinin farklı tanımlamalar içermesi gerektiği sonucunu ortaya koyuyor.

Evet şimdi baz istasyonlarının ortamda oluşturduğu elektrik alan şiddet değerinin ölçülmesi için ne kadarlık bir süre bekletilmesi gerektiği (ortalama zaman) konusuna gelelim;

Baz istasyonlarının ortamda oluşturduğu elektromanyetik alan şiddet değerleri, konuşma yoğunluğuna veya indirilen verinin (data) büyüklüğüne göre değişir. Burada “ölçüm zamanı” , “ortalama zaman”dan daha büyük bir öneme sahip.

Dolayısıyla, örneğin,  kabul edilen herhangi bir ortalama ölçüm zamanı için (1 dakika, 6 dakika, ½ saat)   elde edilen ölçüm sonuçları, o ölçümün hangi zaman diliminde yapıldığına bağlı olarak çok daha büyük değişiklik gösterir. Bu nedenle, “ortalama zaman”ın ne olduğundan çok, ölçümün günün hangi zaman diliminde yapılacağı çok daha önemlidir.

Şekil 1’de bir baz istasyonunun 24 saat boyunca ölçülen elektrik alan şiddet değerinin zamana bağlı değişimi görülmektedir.

Şekil 1) Baz istasyonunun ortamda oluşturduğu elektrik alan şiddet değerinin zamana bağlı değişimi

Şekil 1’e bakıldığında elektrik alan şiddet değerinin en düşük, gece saatlerinde 4.00, 5.00 civarında 6V/m civarında olduğu,  en fazla öğle saatlerinde 13.00, 14.00 civarında ve akşam üzeri saat 20.00- 21.00 civarında ise 8,5 V/m olduğu görülmektedir.

Elektrik alan şiddetinin konuşma yoğunluğuna bağlı olarak zaman içinde artması yada azalması, baz istasyonunun harcadığı güce bağlı olarak değişmektedir. Konuşma trafiğine bağlı olarak bir baz istasyonunun harcadığı güç Şekil 2’de görülmektedir.

Şekil 2) Bir baz istasyonunun konuşma trafiğine bağlı güç tüketimi

Şekil 2’ye bakıldığında baz istasyonu tarafından ortama yayılan güç değerinin konuşma trafiğine bağlı olarak 450 W ila 580 W arasında değiştiği görülmektedir. Her iki durumda da ortamda oluşan elektrik alanını matematiksel formülle hesaplamak oldukça kolay. Örneğin antenden yayılan gücün 450 W olduğu durumda, söz konusu antenden 15 metre uzaklıkta oluşan elektrik alan şiddet değeri, E= 7,74 V/m olacak. Trafiğin yoğun olduğu zaman diliminde ortama yayılan gücün en fazla 580 W’a kadar yükseldiği dikkate alındığında ise, antenden 15 metre uzaklıkta elektrik alan şiddet değeri, E=8,79 V/m olacaktır.  Görüldüğü üzere, güç değerinin 450 W’dan 580 W’a yükselmesi yani, abone yoğunluğuna bağlı olarak bir baz istasyonunun ortalama güç değerinin yüzde % 30 artması durumunda, elektrik alan şiddeti 7,74V/m’den 8,79 V/m’ye yükselir. Burada şöyle bir varsayım yapmak hiç de yanlış olmaz,  “söz konusu baz istasyonu için, konuşma trafiğinin en düşük olduğu gece saatlerinde ölçülen elektrik alan şiddet değeri, ölçümlerin en yoğun saatte yapılması durumunda dahi, ölçülen elektrik alan şiddet değerinde en fazla % 13 lük bir artış gösterecektir.

Benzer şekilde, bir baz istasyonundan kaynaklanan elektrik alan şiddet değerinin günlere bağlı değişimi de Şekil 3’de görülüyor. Bu örnekte de ölçülen elektrik alan şiddet değeri gün içerisinde zamana bağlı değişiklik gösteriyor. Günlere bağlı olarak, en düşük ölçüm değeri 09-11 tarihleri arasında 2,37 V/m, en fazla 17-18 tarihleri arasında ise  4,16 V/m olarak kaydedilmiştir.

Şekil 3) Elektrik alan şiddetinin günlere bağlı değişimi

Neskoviç’in optimum “ortalama ölçüm zamanının” belirlenmesine yönelik yaptığı bir çalışmada, 15 s, 30 s ve 1 dakika ve 6 dakikalık ortalama ölçüm zamanlarına yapılan ölçüm sonuçlarının bir kıyaslaması yapılmıştır [2].

Bu çalışmada,  ortalama ölçüm zamanı kabul edilen  “6 dakika”dan daha az sürelerde elde edilen örneğin “1 dakikalık” “ölçüm değerleri”nin ve “ölçüm belirsizlikleri”nin  “6 dakikalık ortalama ölçüm zamanı” sonuçlarına elde edilen değerlere göre düşük seviyelerde olduğu ve bu ölçüm prosedürlerinin kabul edilebilir olduğu görülüyor.

Bu çalışmada aynı zamanda otomatik güç kontrolü, konuşma süreleri gibi sebepler yüzünden baz istasyonlarının zamanın % 50 sinde pasif (inaktif) rol oynadıkları teorik olarak belirlendi.

Çalışmada, ölçümlerin 3 hafta boyunca 16 ölçüm noktasında gerçekleştirildiği belirtiliyor. Abone ve trafik yoğunluğuna bağlı olarak, baz istasyonlarının ortama yaydığı ortalama güç seviyesinin,  % 25 ila % 55 arasında değiştiği, bunun da konuşma trafiğinin nispeten az olduğu durumlarda, ölçülen elektrik alan şiddet değerinin yoğun saat (busy hours) zaman dilimine göre  % 35 daha düşük olacağı anlamına geldiği ifade ediliyor.

Tablo-1’de yer alan başka bir çalışmada da ortalama zaman olarak 10 saniye ile 360 saniye aralığında ölçülen elektrik alan şiddet değerleri arasındaki farkın 1 dB’den az olduğu gösteriliyor.

Tablo 1-  6 farklı baz istasyonunun farklı zaman ortalamaları için (360 s- 10 saniye)  elektrik alan şiddetinin değişimi.

Sonuç olarak, 1 dakikalık ortalama ölçüm zamanı ile 6 dakikalık ortalama ölçüm zamanı kıyaslandığında, ölçüm değerleri arasındaki farkın, ölçüm sonucunu etkilemeyecek oranlarda olduğu görülmekte olup özellikle ölçümlerin bina içinde yapılması nedeniyle, hem hane halkının “uzun ölçüm sürelerinden” rahatsızlık duymasının önüne geçilmesi, hem de ölçüm prosedürü verimliliğinin arttırılması açısından her bir ölçüm noktasında 6 dakika beklemek yerine, “1 dakika” beklemenin daha uygun olacağı değerlendiriliyor.

Yazan: Bilişim Uzmanı Ali Rıza ÖZDEMİR

Kaynaklar:

[1] International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP), Exposure to high frequency electromagnetic fields, biological effects and health consequences (100 kHz-300 GHz), ICNIRP 16/2009.

[2]  N. Neskovic v.d., Improving the efficiency of measurement procedures for assessing human exposure in the vicinity of mobile phone (GSM/DCS/UMTS) base stations, Radiation Protection Dosimetry, Volume 149, Issue 3, 1 April 2012, Pages 238–244.

[3] ITU Telecommunication Standardization Sector, Guidance for assessment, evaluation and monitoring of human exposure to radio frequency electromagnetic fields, 01/2018.