ITU-R RAPPORT BS 2037 FRENCH-2004 Evaluating fields from terrestrial broadcasting transmitting systems operating in any frequency band for assessing exposure to non-ionizing radiat.pdf

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1、 Rap. UIT-R BS.2037 1 RAPPORT UIT-R BS.2037 Evaluation des champs rayonns par des systmes dmission de radiodiffusion de Terre fonctionnant dans une bande de frquences quelconque aux fins dvaluation de lexposition des rayonnements non ionisants (Question UIT-R 50/6) (2004) TABLE DES MATIRES Page 1 In

2、troduction 3 2 Caractristiques des champs lectromagntiques. 3 2.1 Caractristiques gnrales 3 2.1.1 Composantes du champ 3 2.1.2 Champ lointain 4 2.1.3 Champ proche. 6 2.1.4 Polarisation . 7 2.1.5 Modulation 7 2.1.6 Diagrammes de brouillage 13 2.2 Niveaux du champ proximit dantennes de radiodiffusion.

3、 13 2.2.1 Bandes des ondes kilomtriques/hectomtriques (150-1 605 kHz) 13 2.2.2 Bandes des ondes dcamtriques (3-30 MHz) 13 2.2.3 Bandes des ondes mtriques/dcimtriques 14 2.2.4 Bande des ondes centimtriques (3-30 GHz), (0,1-1 m) 14 2.3 Champ de frquence mixte . 16 2.4 Champs lectromagntiques lintrieur

4、 de btiments. 17 3 Calculs 17 3.1 Procdures. 17 3.1.1 Solutions en boucle ferme. 17 3.1.2 Procdures numriques. 18 2 Rap. UIT-R BS.2037 Page 4 Mesures. 21 4.1 Procdures. 21 4.1.1 Bandes des ondes kilomtriques/hectomtriques . 21 4.1.2 Bandes des ondes dcamtriques 21 4.1.3 Bandes des ondes mtriques/dci

5、mtriques 21 4.1.4 Bandes des ondes centimtriques . 22 4.2 Instrumentation. 22 4.2.1 Introduction. 22 4.2.2 Caractristiques des instruments de mesure du champ lectrique et du champ magntique 23 4.2.3 Types dinstruments bande troite et spcifications de ces instruments 24 4.3 Comparaison entre les prvi

6、sions et les mesures 25 5 Prcautions prendre au niveau des stations dmission et leur proximit . 25 5.1 Prcautions prendre pour limiter les effets directs des rayonnements RF sur la sant 25 5.1.1 Mesures de prcaution pour les employs (travailleurs) 26 5.1.2 Mesures de prcaution pour le public. 27 5.2

7、 Prcautions prendre pour se protger contre les effets indirects des rayon-nements RF . 28 Appendice 1 Exemples des valeurs calcules du champ proximit dantennes de radio-diffusion 29 Appendice 2 Comparaison entre prvisions et mesures 42 Appendice 3 Limites et niveaux 64 Appendice 4 Autres mthodes dva

8、luation 72 Appendice 5 Dispositifs lectromdicaux. 77 Appendice 6 Rfrences bibliographiques 78 Rap. UIT-R BS.2037 3 1 Introduction Les effets des rayonnements lectromagntiques sont tudis depuis de nombreuses annes et on a essay de fixer des limites prcises qui permettraient de protger lhomme contre d

9、es effets indsi-rables de ces rayonnements. Les tudes effectues par diffrents organismes dans de nombreux pays ont abouti llaboration de divers rglements administratifs. On notera, et ceci est comprhensible, que tous ces efforts nont pas abouti llaboration dune norme unique dans ce domaine. Le prsen

10、t Rapport est destin fournir une base unique pour calculer et estimer les valeurs des rayonnements lectromagntiques provenant dune station de radiodiffusion certaines distances bien prcises du site de lmetteur. Les organismes responsables pourront alors, sur la base de ces informations, laborer des

11、normes appropries susceptibles dtre utilises pour protger lhomme contre une exposition indsirable des rayonnements nocifs. Les valeurs effectives appliquer, quelle que soit la rglementation, dpendront bien entendu des dcisions auxquelles les organismes sanitaires concerns seront parvenus, lchelle na

12、tionale ou internationale. On notera que ce Rapport et les Recommandations UIT-T traitent de sujets similaires tout en faisant ressortir diffrents aspects du mme thme gnral. Par exemple, la Recommandation UIT-T K.51 (Critres de scurit des quipements de tlcommunication) et la Recommandation UIT-T K.6

13、1 (Directives pour la mesure et la prdiction numrique des champs lectromagtiques pour lobser-vation des limites dexposition humaine aux rayonnements des installations de tlcommunication) donnent des indications sur lobservation des limites dexposition pour les systmes de tlcom-munication. Des rensei

14、gnements pertinents de rfrence sont inclus dans lAppendice 6. 2 Caractristiques des champs lectromagntiques 2.1 Caractristiques gnrales Le prsent paragraphe sintresse aux caractristiques particulires des champs lectromagntiques prsentant un intrt pour le prsent Rapport, et fait en particulier la dis

15、tinction entre champ proche et champ lointain. Des quations simples sont donnes pour calculer la densit de puissance et le champ dans la rgion de champ lointain. Les termes de polarisation et de diagrammes de brouillage sont dfinis la fin du paragraphe. 2.1.1 Composantes du champ Le champ lectromagn

16、tique rayonn par une antenne comprend diverses composantes de champ lectrique et magntique dont les valeurs diminuent en fonction de la distance, r, par rapport la source du rayonnement. Les principales composantes sont les suivantes: le champ lointain (Fraunhofer), appel galement champ de rayonneme

17、nt, dont la valeur diminue de faon inversement proportionnelle la distance, 1/r; le champ proche rayonnant (Fresnel), appel galement champ inductif. Sa structure dpend beaucoup de la forme, des dimensions et du type de lantenne, mme si divers critres ont t dfinis et sont couramment utiliss pour cara

18、ctriser ce comportement; le champ proche ractif (Rayleigh), appel galement champ quasi statique, dont la valeur diminue dans un rapport de 1/r 3. 4 Rap. UIT-R BS.2037 Etant donn que les valeurs du champ inductif et du champ quasi statique diminuent rapidement au fur et mesure que la distance par rap

19、port la source de rayonnement augmente, ces champs ne sont significatifs qu proximit de lantenne dmission, cest-dire dans la rgion dite de champ proche. Par ailleurs, le champ de rayonnement est llment dominant dans la rgion dite de champ lointain. Cest en effet ce champ que traverse un signal radio

20、phonique ou un signal de tlvision depuis lmetteur jusqu un rcepteur distant. 2.1.2 Champ lointain Dans la rgion de champ lointain, le champ lectromagntique prsente essentiellement la forme dune onde plane, cest-dire que le champ lectrique et le champ magntique sont en phase et que le rapport de leur

21、s amplitudes est constant. En outre, le champ lectrique et le champ magntique sont en angle droit lun par rapport lautre et sont situs dans un plan perpendiculaire au sens de la propagation. On considre souvent que les conditions propres au champ lointain sappliquent des distances suprieures 2D2/, o

22、 D est la dimension linaire maximale de lantenne. Toutefois, il faut tre prudent si on applique ce critre une antenne de radiodiffusion pour les raisons suivantes: ce critre dcoule de considrations relatives des antennes plans; on suppose que D est grande par rapport . Lorsque les conditions susment

23、ionnes ne sont pas remplies, il convient dutiliser pour le champ lointain une distance suprieure 10 . 2.1.2.1 Densit de puissance Le vecteur densit de puissance, vecteur de Poynting S, dun champ lectromagntique est donn par le produit vectoriel de la composante lectrique E et de la composante magnti

24、que H du champ: S = E H (1) Pour la rgion de champ lointain, dans des conditions idales, cest-dire lorsquil est important que le sol ou dautres obstacles naient pas dinfluence, cette quation peut tre simplifie car le champ lectrique, le champ magntique et le sens de propagation sont perpendiculaires

25、 entre eux. Par ailleurs, le rapport des amplitudes du champ lectrique, E, et du champ magntique, H, est une constante Z0, appele impdance caractristique de lespace libre1, gale environ 377 (ou 120 ). Ainsi, dans la rgion de champ lointain, la densit de puissance, S, en espace libre est donne par lq

26、uation non vectorielle suivante: S = E 2/Z = H 2Z0 (2) 1En gnral, limpdance caractristique dun milieu est donne par la formule )/( =z o est la permabilit magntique (= 1,2566 106F/rn en espace libre) et est la permittivit (= 8,85418 1012H/rn en espace libre). HES rrr =Rap. UIT-R BS.2037 5 La densit d

27、e puissance quelle que soit la distance et quelle que soit la direction peut tre calcule dans la rgion de champ lointain laide de lquation suivante: S = P Gi/(4 r 2) (3) o: S : densit de puissance (W/m2) dans une direction donne P : puissance (W) fournie la source de rayonnement, dans lhypothse dun

28、systme sans perte Gi: facteur de gain de la source de rayonnement dans la direction considre, rapport un lment rayonnant isotrope r : distance (m) par rapport la source de rayonnement. Le produit PGidans lquation (3) est appel p.i.r.e. et reprsente la puissance quun lment rayonnant isotrope fictif d

29、evrait mettre pour produire la mme intensit de champ au point de rception. Il faut tenir compte du diagramme dantenne pour des densits de puissance dans dautres directions. Pour utiliser lquation (3) avec une antenne dont le gain Gaest rapport une antenne de rfrence de gain isotrope Gr, par exemple

30、un doublet demi-onde ou une antenne unipolaire courte, il faut remplacer le facteur de gain Gi par le produit Gr Gacomme dans lquation (4). Le facteur Gr pertinent est donn dans le Tableau 1: S = P GrGa/(4 r 2) (4) TABLEAU 1 Facteurs de gain isotrope pour diffrents types dantenne de rfrence Ainsi, l

31、orsque le gain dantenne Gd(Ga= Gd) est rapport celui dun doublet demi-onde: S = 1,64 PGd/(4 r 2) (5) o: Gd: gain de lantenne rapport un doublet demi-onde. De mme, lorsque le gain de lantenne Ga= Gmest rapport celui dune antenne unipolaire courte: S = 3,0 PGm/(4 r 2) (6) o: Gm: gain de lantenne rappo

32、rt une antenne unipolaire courte. Type dantenne de rfrence Facteur de gain isotrope GrApplications types concernes par le type dantenne de rfrence Elment rayonnant isotrope 1,0 Radar, liaison radiolectrique par satellite ou de Terre Doublet demi-onde 1,64 Tlvision, radiodiffusion en ondes mtriques e

33、t parfois en ondes dcamtriques Antenne unipolaire courte 3,0 Radiodiffusion en ondes kilomtriques, hectomtriques et parfois dcamtriques 6 Rap. UIT-R BS.2037 2.1.2.2 Champ Dans les quations (2) (10) on suppose que les conditions sont celles propres la rgion de champ lointain o le champ se prsente sou

34、s forme dune onde plane; elles ne concernent pas les calculs pour la rgion de champ proche. Si on insre lquation (2) dans lquation (3) pour liminer S et si on introduit un facteur C pour tenir compte de la caractristique de direction de la source de rayonnement, on obtient alors lquation (7) qui per

35、met de calculer le champ lectrique, dans la rgion de champ lointain, dune source de rayonnement: iiPGrCCrPGZE 3040= (7) o: E : champ lectrique (V/m) Z0= 377 , impdance caractristique de lespace libre P : puissance fournie la source de rayonnement (W), dans lhypothse dun systme sans perte C : facteur

36、 (0 C 1) qui tient compte de la caractristique de direction de la source de rayonnement (dans la direction principale du rayonnement, C = 1). Si le gain de lantenne est rapport celui dun doublet demi-onde ou dune antenne unipolaire courte et non celui dun lment rayonnant isotrope, il convient dutili

37、ser en lieu et place de Gi, les facteurs Gdet Gmrespectivement dans les quations (8) et (9). ddPGrCCrPGZE 2,4964,140= (8) mmPGrCCrPGZE 90340= (9) Pour calculer le champ magntique, dans la rgion de champ lointain, dune source de rayonnement, on utilise lquation (10): H = E / Z0 (10) o: E : champ lect

38、rique (V/m) H : champ magntique (A/m) Z0= 377 (120), impdance caractristique de lespace libre. 2.1.3 Champ proche La structure du champ dans la rgion de champ proche est plus complexe que celle dcrite ci-dessus pour la rgion de champ lointain. Dans la rgion de champ proche, il y a une relation de ph

39、ase et damplitude arbitraire entre le vecteur champ lectrique et le vecteur champ magntique et les valeurs de champ varient considrablement dun point un autre. Par consquent, pour dterminer la nature du champ proche il faut calculer ou mesurer la phase et lamplitude du champ lectrique et du champ ma

40、gntique, ce qui, dans la pratique peut savrer trs difficile. Rap. UIT-R BS.2037 7 2.1.3.1 Densit de puissance et champ Il nest pas facile de dterminer le vecteur de Poynting dans la rgion de champ proche en raison de la relation de phase et damplitude arbitraire dont on vient de parler. Il faut mesu

41、rer ou calculer sparment en chaque point les amplitudes E et H ainsi que leur relation de phase, ce qui rend la tche particulirement complexe et longue. En utilisant des formules analytiques, on ne peut faire une estimation du champ dans la rgion de champ proche que pour des lments rayonnants parfai

42、ts simples comme une antenne doublet lmentaire. Dans le cas de systmes dantennes plus complexes, il faut utiliser dautres techniques mathmatiques pour estimer les niveaux du champ dans la rgion de champ proche. Ces autres techniques permettent de faire des estimations relativement prcises du champ,

43、de la densit de puissance et dautres caractristiques utiles du champ, mme dans la rgion de champ proche qui est complexe. Il est encore plus difficile de faire des mesures du champ dans la rgion de champ proche tant donn quil nexiste aucune mthode dtalonnage pouvant servir de rfrence. La Commission

44、lectrotechnique internationale travaille actuellement llaboration dune norme sur les mesures du champ lectromagntique aux frquences comprises entre 9 kHz et 300 GHz, en particulier dans la rgion de champ proche 1. En outre, la Norme EN 61566 (Mesures dexposition aux champs lectromagntiques radiofrqu

45、ence intensit du champ dans la gamme de frquences 1 kHz-1 GHz, 6.1.4) donne davantage dinformations sur ce sujet. 2.1.4 Polarisation La polarisation est dfinie comme tant la direction du vecteur champ lectrique rapporte au sens de propagation du front de londe. En radiodiffusion, on utilise diffrent

46、s types de polarisation, essentiellement la polarisation verticale et la polarisation horizontale (par rapport un front donde se dplaant paralllement la surface de la Terre) mais il y a dautres types de polarisation, par exemple la polarisation oblique et la polarisation elliptique. 2.1.5 Modulation

47、 La modulation est une caractristique trs particulire de lmission dun metteur de radiodiffusion. Etant donn que certains effets des rayonnements lectromagntiques dpendent du type de modu-lation utilis il sensuit quil faut tenir compte de la modulation lors des valuations de scurit. Il faut galement tenir compte de la modulation lorsquon effectue des mesures ou des calculs pour dterminer si les limites sont dpasses. La modulation se traduit souvent par une variation du signal en amplitude et en frquence. Cest la rais