LA TESI ARPA Rivista N. 4 luglio-agosto 2008 Tessuti organici e assorbimento specifico da tecnologia WiFi Il campo elettrico prodotto dal sistema di rice-trasmissione nello standard 802.11b è stato monitorato per verificare il rispetto dei valori imposti dai criteri di radioprotezione. In particolare lo studio ha riguardato la risposta alla perturbazione elettromagnetica di due differenti tessuti organici, muscolare e adiposo, attraverso la grandezza fisica definita dal SAR (rateo di assorbimento specifico). Muscolo MHz del primo fino ai 2488.5 MHz del tredicesimo e ultimo canale distanziati tra di loro di 5MHz. I canali che possono essere scelti per la comunicazione sono al massimo 3, nelle configurazioni 1-6-11, 2-7-13 oppure 3-8-13. La configurazione solitamente adottata per la comunicazione è la prima con un centro frequenza pari a 2137 MHz. Nei tessuti biologici esposti l’elemento di maggiore importanza, per le proprietà elettriche che dona al sistema vivente analizzato, è l’acqua. Le caratteristiche elettriche possedute dai vari tessuti sono strettamente correlate alla concentrazione di acqua contenuta. Sulla base della quantità d’acqua contenuta è possibile classificare i tessuti in: 1. tessuti ad altissimo contenuto di acqua con concentrazione fino al 90% del proprio peso, come il sangue e il liquido celebrospinale 2. tessuti ad alto contenuto di acqua con concentrazione fino al 80% del proprio peso, come i muscoli, la pelle, il cervello, organi interni (es. fegato, milza, reni) 3. tessuti a basso contenuto di acqua fino al 50% del peso, come il grasso, i tendini, le ossa I due grafici in figura 1 mostrano gli andamenti della costante dielettrica relativa εr e della conducibilità elettrica σ dei due materiali biologici analizzati (tessuto muscolare e tessuto adiposo) al variare della frequenza del campo incidente. La differente risposta che i tessuti biologici presentano, a parità di frequenza del campo incidente, è da attribuire alla quantità d’acqua contenuta. Dalla lettura dei grafici si evince che la conducibilità elettrica aumenta all’aumentare della frequenza del campo incidente poiché aumenta l’eccitazione dei portatori di carica mentre la costante dielettrica relativa decresce con l’aumentare della frequenza a causa della progressiva diminuzione dei meccanismi di polarizzazione. Alla frequenza prossima a quella emessa dal sistema di comunicazione WiFi per lo standard 802.11b, i valori di conducibilità elettrica e di costante dielettrica relativa sono rispettivamente di: • σ = 1,740 S/m - εr = 53 per i tessuti muscolari alla frequenza di 2450 MHz • σ = 0,150 S/m - εr = 5,3 - per i Muscolo Grasso Grasso 100000 10 100 1000 10000 100000 0,1 0,01 Frequenza in MHz ρ 10000 1000 100 10 1 0,001 - Università di Bologna, Alma Mater Studiorum, Facoltà di scienze matematiche, fisiche e naturali - Anno accademico 2005-2006 - Corso di laurea in Fisica, indirizzo Biosistemi Relatore: Giovanni Testoni Correlatore: Pier Luca Rossi Candidato: Fabrizio Pizzotti ANALIZZATI Costante dielettrica relativa 0,1 Misure di campi elettromagnetici prodotti da tecnologia WiFi nello standard IEEE 802.11b e determinazione del rateo di assorbimento specifico DEI TESSUTI BIOLOGICI 10 1 Tesi di laurea PROPRIETÀ DIELETTRICHE 100 Conducibilità Elettrica in S/m 36 La tecnologia wireless, nei vari standard IEEE 802.11 esistenti, è un sistema di comunicazione estremamente versatile che permette agli apparati di essere liberi dai vincoli e dai limiti – meccanici, tecnici e logistici – imposti dai normali collegamenti cablati. Si può immaginare un futuro non molto prossimo nel quale essi possano ricoprire un ruolo fondamentale e sostitutivo alle normali reti LAN. I vantaggi che questo tipo di rete offre, sono basati sulla mobilità fisica dell’utente, sull’installazione rapida e semplice con una riduzione dei costi di realizzazione, la scalabilità e la compatibilità ai differenti standard, proprietà che lo rendono un ottimo e interessante prodotto commerciale. La normativa europea limita l’emissione in potenza fino a 100 mWatt, con una copertura del segnale che, a secondo dell’antenna utilizzata, può essere da qualche decina di metri (nel caso di ambienti confinati) fino a qualche centinaio di metri (per ambienti aperti). La frequenza utilizzata nella comunicazione dello standard IEEE 802.11b qui analizzato, comprende un intervallo che và dai 2399.5 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 Frequenza in MHz Fig. 1 Andamento della costante dielettrica relativa e della conducibilità elettrica al variare della frequenza del campo incidente in tessuto muscolare e tessuto adiposo σ - la conducibilità σ include la perdita dipolare in funzione del tipo di tessuto e dalla frequenza del campo incidente - ρ è la densità del materiale considerato - E è il valore del campo elettrico espresso in V/m utilizzando lo strumento in banda larga - l’unità di misura del SAR è il Watt/kg Fig. 2 Grandezza dosimetrica del SAR ARPA Rivista N. 4 luglio-agosto 2008 tessuti adiposi alla frequenza di 2450 MHz. La verifica dei criteri radioprotezionistici possono essere risolti introducendo la grandezza dosimetrica del SAR che esprime la densità di potenza assorbita dai tessuti attraverso la relazione matematica in figura 2. Il modello matematico utilizzato per la determinazione del SAR considera una persona di sesso maschile del peso di 70 kg, di altezza pari a 175 cm, di densità uniforme che per l’intero corpo ha un valore pari a: ρ=(1,096 ± 0,007) g/cm3. PROTOCOLLO DI MISURA La procedura utilizzata per la misura del campo elettrico, nella condizione di massima esposizione, è stata di fissare la sonda EMR 300 a un’altezza costante dal piano di calpestio pari a 1,5 metri in modo tale da poter misurare il valore del campo prodotto dal lobo principale dell’antenna. Le misure sono state eseguite a tre differenti distanze dalla sorgente (50 CONFRONTO DEL SAR ALLA DISTANZA DI 50 CM Muscolo Grasso 1000 SAR (µ WATT/KG) 750 500 250 cm, 100 cm e 150 cm), in modo da avere un significativo decadimento del campo con la distanza, mantenendo la sonda sempre lungo l’asse del lobo principale emesso dall’apparato WiFi. I valori di campo elettrico sono stati misurati per un intervallo di 3 minuti e registrati nelle celle di memoria dello strumento con tempi di acquisizione del segnale pari a 1 secondo. Al momento dell’indagine il sistema si trovava in comunicazione e ricezione con alcuni portatili presenti in una stanza attigua. È stata eseguita una misura in condizioni di campo vicino ponendo il sensore dello strumento “a contatto” con l’antenna; montato lo strumento sul puntale, questo ha fornito un valore di campo elettrico pari a 2,46 V/m. CONCLUSIONI 0 0 50 100 150 200 INTERVALLO DI TEMPO IN SECONDI Fig. 3 Confronto del SAR per i due tessuti alla distanza di 50 cm dall’antenna WiFi Tab. 1 - Misure di campo elettrico e relativi valori di SAR per i due tessuti analizzati Punto di misura Distanza tra la sonda e la sorgente WiFi Altezza della sonda da terra EMIN istantaneo [V/m] EMAX istantaneo [V/m] EMEDIO [V/m] 1° 50 cm 150 cm (0,18 ± 0,09) (1,1 ± 0,6) (0,41 ± 0,22) 2° 100 cm 150 cm (0,13 ± 0,07) (0,77 ± 0,43) (0,42 ± 0,23) 3° 150 cm 150 cm (0,56 ± 0,31) (0,32 ± 0,18) (0,42 ± 0,23) Punto di misura Tessuto muscolare Tessuto adiposo SARMIN istantaneo [µW/Kg] SARMAX istantaneo [µW/Kg] SARMEDIO [µW/Kg] SARMAX istantaneo [µW/Kg] SARMIN istantaneo [µW/Kg] SARMEDIO [µW/Kg] 1° (26 ± 14) (960 ± 530) (133 ± 74) (83 ± 46) (2,2 ± 1,1) (11,5 ± 6,3) 2° (13 ± 7) (471 ± 263) (140 ± 76) (41 ± 23) (12,1 ± 6,6) 3° (1,2 ± 0,6) (81 ± 45) (249 ± 138) (140 ± 76) (22 ± 12) (12,1 ± 6,6) (7,0 ± 4,0) Tab. 2 - Valori ottenuti in condizioni di campo vicino Punto di misura EMAX istantaneo [V/m] SARMAX istantaneo Per il tessuto muscolare [mW/Kg] A contatto con l’antenna (2,5 ± 0,9) (4,8 ± 1,9) (414 ± 162) SARMAX istantaneo Per il tessuto adiposo [µW/Kg] Tutti i risultati ottenuti sono pienamente inferiori al valore minimo di soglia del SAR fissato a 1 W/kg, valore per cui si possono presentare, per tempi esposizione maggiori di 30 minuti, variazioni di temperatura corporea attorno al grado centigrado. Alle distanze analizzate di 50 cm, 100 cm, 150 cm e a contatto con l’antenna il valore massimo di SAR registrato è di 4.8 mWatt/kg. Si può pertanto affermare che il campo elettrico emesso nello standard 802.11b produce un valore di rateo di assorbimento specifico che rientra nei fenomeni classificati “di interazioni”. A tali fenomeni è associata una variazione dell’equilibrio termico con un leggero aumento di temperatura solo se associato a lunghi tempi di esposizione. In conclusione gli effetti diretti registrati sul materiale biologico esposto al campo elettrico emesso dalla tecnologia WiFi ad alta frequenza (standard IEEE 802.11b) sono del tutto trascurabili. Fabrizio Pizzotti Arpa Emilia-Romagna 37