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III. Densidade de Potência Próximo a uma ERB  

III.1. Teórica  

      Em condições de campo distante e espaço-livre, que corresponde à menor atenuação possível com a distância, a densidade de potência a uma distância d da ERB é dada por:  

         (3)  

onde EIRP é a potência irradiada pelo setor em questão da ERB multiplicada pelo ganho da antena em relação à antena isotrópica.

      Conforme destacado previamente, a população em geral tem demonstrado apreensão quanto aos efeitos associados ao campo irradiado pelas ERB, quando o problema dominante analisado pelas pesquisas é o da irradiação do terminal portátil sobre a cabeça do usuário. Tomando-se a equação (3) e a densidade de potência limiar de segurança mais restritiva da equação (2), é possível estimar a distância da ERB associada a este limiar. Para essa estimativa teórica, será adotada uma análise de “pior caso”. Nesta abordagem, considera-se uma ERB típica TDMA com três setores, com o número máximo de portadoras por setor alocados (vinte e um), e o ponto onde a densidade de potência será avaliada se encontra na direção de máxima irradiação de uma das antenas. Apenas uma das antenas será considerada no cálculo, já que a contribuição das demais é naturalmente muito pequena na direção analisada, em função da diretividade associada a cada uma. Considera-se ainda que todas as portadoras estão em operação no momento da estimação da densidade de potência, e todas com o mesmo nível de intensidade. Com valores típicos de potência transmitida variando entre 30 e 45 dBm, e uma antena com ganho típico de 10 dBi, calcula-se as distâncias associadas ao limiar de segurança da ICNIRP, conforme apresentadas na tabela 2. Neste cálculo, a consideração sobre o número de canais é tomada aditivamente, somando-se as potências das vinte e uma portadoras citadas previamente.

Tabela 2. Distâncias teóricas estimadas associadas ao limiar de segurança europeu para densidade de potência.

        Os valores acima estimados são tão pequenos que mal caem na zona de campo distante de uma antena típica de uma ERB – para uma antena operando em 900 MHz com dimensão máxima de 1 a 2 m, a distância mínima de campo distante seria de 6 a 24 m. Ainda assim, eles servem como indicação que existem circunstâncias onde o público pode ter acesso a áreas onde os limiares podem ser ultrapassados. A situação mais representativa deste caso corresponde a um apartamento à mesma altura de uma antena de uma ERB, com visada direta para a direção principal da antena. De fato, tal situação é mencionada por Moulder [5], que cita a distância típica de 6 m, em concordância com os valores da tabela 2.

      Deve-se ressaltar que as potências utilizadas no cálculo acima são tipicamente macro ou mini-celulares. As potências para microcélulas ficam num patamar bem mais baixo, sendo 20 dBm um valor típico. Esta distinção é importante pois é comum a instalação de antenas microcelulares em postes ou paredes de edifícios em alturas relativamente baixas (3 m), sem área ou grade de proteção.

      É importante acrescentar ainda que a situação exemplificada de “pior caso” é bastante improvável. Primeiramente, apenas estações em área de muita demanda utilizam todas as portadoras, e apenas em horários de pico elas estarão ocupadas simultaneamente. Mais ainda, a equação (4) representa uma situação de propagação idealizada. Na prática, o índice de decaimento com a distância assume valores maiores que 2 (3 a 5 tipicamente). Outro argumento relevante se refere à grande atenuação em direções verticais em função do diagrama de irradiação da antena. Próximo a estações macro-celulares que ocupem uma área própria, torres com diferentes alturas são utilizadas. Além da proteção natural conferida pela irradiação reduzida na vertical, a distância que separa a antena do solo atenua ainda mais o sinal recebido nesta condição. Com relação a antenas sobre tetos de edifícios, moradores de um andar imediatamente abaixo têm a proteção do próprio teto, que atenua bastante o sinal (10 a 20 dB tipicamente), além da já citada atenuação direcional vertical da antena.  

III.2. Medida  

      A avaliação teórica sobre o problema indica que apenas muito próximo à antena de uma ERB é possível, porém improvável, estar exposto a valores em torno do limiar de segurança. Entretanto, a melhor forma de se verificar isto é através de medidas.

      Utilizando uma antena e amplificador apropriados, ligados a um analisador de espectro cuja saída de vídeo é amostrada digitalmente por um computador com placa aquisitora de dados, é possível verificar a densidade de potência em um determinado local, nos moldes do equacionamento detalhado a seguir. Sob a condição de campo distante, o nível de potência recebido, na entrada de uma antena receptora é dado por:  

       (4)  

onde P_R é a potência na entrada da antena receptora, P_med é a potência medida, G_R é o ganho da antena receptora, L_C contabiliza a perda no cabo e nos conectores, e G_LNA é o ganho do amplificador de baixo ruído (LNA – “Low Noise Amplifier”) necessário para realizar a medição. Sendo A_ef, a área efetiva da antena receptora, a relação entre potência recebida e densidade de potência é dada por:  

       (5)  

A área efetiva de uma antena é definida por:  

  (6)  

      Recentemente, nosso grupo de pesquisa vem realizando medidas próximo a ERBs de uma das operadoras de telefonia celular locais. Utilizando uma antena discônica (ganho de 2,14 dBi), o procedimento adotado consiste inicialmente em buscar a portadora estável de controle mais forte. Em seguida, grava-se no computador portátil o valor de potência medido durante um período de tempo pré-determinado. Toma-se a média temporal ao longo do período de medição como o valor de potência no local analisado. Acrescenta-se um fator de “pior caso”, que corresponde à mesma consideração aplicada na sub-seção anterior, ou seja, considera-se a presença de vinte e uma portadoras de igual intensidade naquele local. Por fim, calcula-se a densidade de potência estimada com base nas equações (4) a (6), conforme previamente indicado. A tabela 3 apresenta os valores mais altos verificados em medições realizadas próximo a ERBs nas cidades do Rio de Janeiro e Nova Friburgo.

Tabela 3. Valores de densidade de potência estimada (S) próximo a ERBs de uma operadora de telefonia celular a partir de medidas nas cidades do Rio de Janeiro e Nova Friburgo. 

      Conforme esperado, observa-se que os valores verificados são muito menores que os limiares de segurança estabelecidos tanto na norma do IEEE quanto na do ICNIRP (6 e 4,5 W/m², respectivamente). Mais ainda, a ordem de grandeza dos valores está em conformidade com outras medidas ou estimativas encontradas na literatura. Segundo Moulder, por exemplo, uma ERB a 10 m do solo, na maior potência possível, pode produzir uma densidade de potência de até 0,1 W/m² no solo próximo à torre. Mas as densidades de potência efetivamente verificadas no solo têm valores na casa de 0,0001 a 0,005 W/m², muito abaixo dos níveis das diretrizes de segurança [5]

      Petersen [17], por sua vez, realizou medidas próximo a torres com 40 a 83 m de altura, irradiando uma potência efetiva (incluindo ganho da antena) de 1600 W (62 dBm). O valor de densidade de potência máximo medido no solo, entre 20 e 80 m afastado da torre, foi de 0,02 W/m². Porém, a 1 m da antena, mediu-se 20 W/m², valor maior que o limiar do IEEE (6 W/m²).

      Thansandote [18] realizou medidas em 5 escolas em Vancouver, Canadá, 3 das quais com ERBs próximas ou dentro delas. O máximo nível encontrado foi de 0,026, correspondente a uma base analógica sobre o telhado de uma das escolas, mas pelo menos em duas escolas, os níveis ficaram abaixo de 0,0001 W/m².

      Em 2000, a UKNRPB (“United Kingdom National Radiation Protection Board”) [19] mediu 118 pontos ao redor de 17 ERBS. O valor máximo medido foi de 0,0083 W/m², com valores típicos menores que 0,001 W/m². Outra confirmação importante, embora esperada, foi a de que os níveis em ambientes fechados eram muito menores que ao ar livre.

      A agência de radiocomunicações do Departamento de Indústria e Comércio britânico mediu, em 2001, níveis de irradiação de RF em 100 escolas que possuíam ERBs nas proximidades. O máximo nível encontrado foi menor que 1% do limiar estabelecido pela ICNIRP para áreas públicas, sendo que na maioria das escolas não ultrapassou 0,1% daquele limiar [20].