• FDTD
• SAR
• WiMax

L’aumento della domanda di accesso e dell’ utilizzo della rete internet e mobile ha determinato negli ultimi anni un interesse crescente verso i segnali digitali a banda larga, tra i quali i segnali WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). La tecnologia WiMAX basata sullo standard IEEE 802.16 garantisce la copertura di aree molto vaste e fornisce l’accesso wireless a servizi a banda larga nelle zone dove non è presente alcun tipo di collegamento tradizionale (fibra ottica o tecnologie DSL). Inoltre, risulta essere meno sensibile alla distorsione multicammino del canale e all'interferenza intersimbolica (ISI). I segnali WiMAX costituiscono una possibile sorgente di inquinamento elettromagnetico, pertanto sono necessari studi dosimetrici rigorosi per valutare l’esposizione del corpo umano a questa tipologia di segnali, in modo da quantificare la potenza assorbita e da permettere una valutazione sui potenziali rischi sui sistemi biologici.
Dall’analisi della letteratura risulta un numero limitato di studi riguardanti la distribuzione del SAR su modelli umani a corpo intero alle frequenze tipiche del segnale WiMAX e non è presente alcun caso che riguardi l’esposizione di un modello eterogeneo di bambino e di uomo adulto a segnali wireless con frequenza pari a 3.5 GHz.
L’obiettivo di questo lavoro è dettato dal crescente utilizzo da parte dei bambini e degli adulti di tablet o laptop che recano al loro interno antenne wireless. Lo scopo del lavoro consiste nella valutazione dell’interazione tra i segnali digitali di tipo WiMAX e i modelli biologici al fine di quantificare la potenza assorbita da un organismo biologico e di valutare la distribuzione della potenza in diverse condizioni di esposizione.
La prima parte di questo lavoro di tesi ha riguardato le misure sperimentali dei parametri caratteristici dei segnali WiMAX in prossimità delle Stazioni Radio Base ubicate nelle province di Lucca e Livorno. Le misure sono state effettuate durante studi di monitoraggio ambientale dell’Agenzia Regionale della Protezione dell’Ambiente della Regione Toscana (ARPAT) di Pisa.
E’ stata condotta una campagna di misure in situ presso impianti Mobile WiMAX nelle province di Livorno e Lucca con strumentazione in banda stretta che utilizza un analizzatore supereterodina. Mediante l’uso dell’analizzatore di spettro è stato possibile applicare a tale tipologia di impianti metodiche analoghe a quelle utilizzate per altri segnali a banda larga quali il DVB-T e DVB-H (che utilizzano la stessa tecnica di modulazione OFDM) per la determinazione dei livelli di esposizione (misura della potenza in modalità Channel Power). Le misure effettuate hanno inoltre mostrato come l’analizzatore di spettro supereterodina consenta di individuare alcuni parametri del segnale WiMAX, anche in mancanza di un analizzatore di spettro vettoriale. In particolare risultano individuabili i tempi tipici del frame WiMAX, quali la durata del preambolo, la durata dell’ FCH e la durata complessiva del DL subframe che consente di individuare la frazione della durata del frame (5 ms) riservata alla trasmissione da parte della SRB. L’analisi sulle singole sottoportanti ha inoltre permesso di verificare i boosting factor delle sottoportanti attive durante il preambolo e di quelle utilizzate per la trasmissione delle sottoportanti pilota.
La seconda parte del lavoro di tesi ha riguardato dapprima la realizzazione, mediante il software XFDTD (Remcom), di un’ antenna a patch a forma di E operante alla frequenza di 3.5 GHz, tipica del segnale WiMAX e successivamente l’esposizione dei modelli biologici, in diverse configurazioni, a tale antenna.
Per verificare che l’antenna fosse ben adattata sono stati misurati il coefficiente di riflessione S11 ed il VWSR (Voltage Wave Standing Ratio). Un modello di bambino, Thelonius, ed un modello di uomo adulto, Duke, sono stati esposti all’antenna WiMAX, in diverse configurazioni, e sono stati stimati i valori di SAR medio su 10 g di tessuto e i valori di SAR massimo.
Solo nel caso di esposizione del modello di bambino quando l’antenna risultava parallela al piano frontale del modello stesso ed al livello degli occhi, nella posizione più ravvicinata, si è verificato il superamento delle restrizioni di base imposte dalle Linee Guida dell’ICNIRP (effetti a breve termine), alle potenze tipiche dei segnali WiMAX.
Nei restanti casi i valori medi del SAR e i valori massimi non superano i limiti di sicurezza imposti dalle normative vigenti, ma i massimi valori di SAR locale per condizioni di esposizione realistiche, si verificano in organi altamente sensibili quali gli occhi e i genitali.
Poiché esistono studi discordanti riguardo l’effetto delle radiofrequenze a lungo termine e poiché non è disponibile un sufficiente numero di studi a lungo termine sugli effetti delle esposizioni a RF che riguardi il cancro e i disagi neurologici, gli esperti raccomandano misure di precauzione per ridurre i livelli di esposizione.