Sorveglianza fisica ambientale sulle emissioni elettromagnetiche provenienti dai
Radar in uso al Servizio Idro-Meteo-Clima di ARPA della Regione Emilia Romagna
P. Zanichelli, M. Fraschetta1, M. Tiberti, S. Righi2, M. Poli, S. Violanti1
ARPA Emilia Romagna - sezione provinciale di Reggio Emilia
(1) ARPA Emilia Romagna - sezione provinciale di Piacenza
(2) ARPA Emilia Romagna – SIMC
La rete radarmeteorologica della Regione Emilia Romagna è gestita dal Servizio IdroMeteo-Clima (SIMC) di ARPA ed è costituita da due radar: il primo, situato a San Pietro
Capofiume in Comune di Molinella (BO), è attivo dal 1990, il secondo, collocato in
Comune di Gattatico (RE), è invece operativo dal 2002. Nonostante l’attivazione di
quest’ultimo segua a più di un decennio quella di San Pietro Capofiume, i due radar sono
“gemelli” con operatività nella banda “C” alla frequenza di circa 5.5 GHz, tipica per queste
applicazioni.
La prerogativa della rete è quella di fornire sul territorio
regionale dati areali in tempo reale dell’intensità delle nubi e
delle precipitazioni in atto, con una risoluzione spaziale che
all’occorrenza può risultare inferiore al km2. La portata utile per
la stima quantitativa delle precipitazioni è di circa 125 km di
raggio (Fig. 1 – cerchi rossi), mentre si estende fino a 250 km
per informazioni qualitative (Fig. 1 – Cerchi blu). I due radar
forniscono inoltre i dati sul campo di vento e l´identificazione
delle idrometeore presenti nelle nubi, distinguendo tra
precipitazione liquida, grandine e neve.
Fig. 1 – Copertura operativa dei
radar del SIMC
Il Comune di Gattatico, con l’attivazione nel 2002 del radar, si è premurato, fin da subito, di
stipulare un accordo con ARPA per la sorveglianza fisica periodica delle emissioni
elettromagnetiche. L’accordo prevede l’esecuzione, con periodicità annuale, di rilevamenti
strumentali rivolti alla quantificazione delle esposizioni della popolazione residente
nell’area. Per il radar di San Pietro Capofiume, probabilmente perché installato in anni in
cui la problematica inerente le emissioni elettromagnetiche non era ancora così sentita e
alla ribalta della cronaca, non è in vigore un analogo accordo con il Comune di Molinella
ed i controlli sono eseguiti più saltuariamente.
Quanto riportato in seguito si riferisce pertanto al sito
di Gattatico, con l’illustrazione dei rilevamenti più recenti.
Il radar (Fig. 2) sorge in una zona a vocazione agricola in
prossimità di un luogo di storica memoria: la casa dove vissero
i 7 fratelli Cervi, barbaramente trucidati dai nazifascisti nel
1943. La casa colonica, da tempo recuperata, è sede
dell’Istituto Cervi e dell’omonimo Museo dedicato al mondo
agricolo rurale del passato. Il Museo è frequentato da molti
visitatori ed in particolare da gruppi di studenti di scuole
elementari e superiori. Per tale ragione e per la maggiore
prossimità alla sorgente (circa 80 m) rispetto agli altri edifici
circostanti, l’area del Museo Cervi è stata individuata come
sede di un punto di rilevamento dell’esposizione.
Un altro punto è stato individuato in corrispondenza dell’abitato
più vicino (distante circa 1.2 km), costituito dalla frazione
Fig. 2 – Radar di Gattatico visto dal
Museo Cervi
Caprara del Comune di Campegine.
Un ulteriore punto è stato collocato
nella frazione Taneto del Comune di
Sant’Ilario d’Enza e la sua distanza
dalla sorgente è di circa 3.6 km
(Fig. 3). Tutti i punti di rilievo sono stati
individuati in modo da essere in
visibilità ottica con il radar. Inoltre,
quello di Taneto, nonostante la
ragguardevole distanza (3.6 km), ha la
peculiarità di trovarsi circa 12 m più in
alto rispetto agli altri due, in quanto
collocato a monte. Tale caratteristica
comporta, in questo punto, che
l’antenna di misura del segnale radar,
tenuto conto della sua installazione su
palo telescopico di 10 m, sia quasi
all’altezza del centro elettrico del
paraboloide del radar.
Tab. 1 – Principali caratteristiche del Radar
Fig. 3 – Radar e p.ti rilievo di rilievo
Le principali caratteristiche radioelettriche
del radar sono riportate nella Tabella 1.
Sono possibili diverse modalità operative
che vengono selezionate da remoto a
seconda delle esigenze investigative
dettate dalle condizioni meteo. Per
esempio, in caso di tempo perturbato, il
ciclo di lavoro è più gravoso ed il radar è
attivo 10 minuti ogni 15. Comunque sia la
sequenza di perlustrazione del cielo ha
inizio da un alzo minimo di +0.5° sopra
l’orizzonte.
Sequenze al di sotto di tale valore sono possibili solo attraverso intervento manuale
dell’operatore.
La gestione del radar da parte
del SIMC di ARPA ha
permesso di effettuare una
prima serie di rilievi in sala
apparati. In particolare, su un
punto di prelievo in guida
d’onda (Fig. 4), sono stati
acquisiti e verificati i dati
inerenti il set di esercizio del
radar
utilizzato
poi
successivamente per i rilievi
ambientali. Come riscontrato
dal rilievo effettuato con le
apparecchiature illustrate nelle
figure 6 e 7, si è trovata
un’ottima corrispondenza tra
quanto impostato ed i valori
Fig. 4 – Sala apparati radar e p.to di prelievo in guida d’onda
misurati: frequenza di esercizio 5.45 GHz; potenza transitante +84.3 dBm (269153 W);
durata degli impulsi a metà altezza 1.49 µs; PRF 600.6 Hz.
Con questo set, a cui si deve aggiungere un periodo di rotazione dell’antenna di circa
32 s, sono dunque stati effettuati i rilevamenti strumentali nei punti sopra menzionati.
L’antenna di misura (R&S HL050) è stata collocata su
palo telescopico ad una altezza dal suolo di 10 m
(Fig. 5). Tale scelta, oltre a permettere di valutare
l’esposizione, in senso conservativo, in corrispondenza
dei piani più alti dell’edificato tipologico circostante, ben
realizza anche le condizioni di campo imperturbato
previste dalla norma CEI 211-7.
A scopo comparativo, sono state allestite due distinte
catene di misura. Il set illustrato in Fig. 6, si basa
sull’uso dello spettro analizzatore Agilent MXA mod.
N9020A e permette di seguire la procedura descritta nel
technical, scientific and research reports Vol. 2 – n. 65-3
(2010) predisposto dal CNR-IFAC TR-08/009.
Il set illustrato in Fig. 7, realizza invece una catena di
misura completamente nel dominio del tempo e si basa
sull’uso del Detector Agilent mod. 8474B e
dell’oscilloscopio digitale LeCroy Wave Runner mod.
6050A.
Entrambi i set di misura consentono, per vie
indipendenti, di rilevare gli stessi parametri d’interesse
protezionistico. Questi sono costituiti dalla potenza di Fig. 5 – Furgone attrezzato e palo telescopico
per l’esecuzione dei rilievi
picco massima che illumina il punto di rilievo, la durata
dell’impulso, il periodo di ripetizione, il periodo di rotazione dell’antenna ed il periodo di
illuminamento dell’antenna di misura. Fa eccezione la frequenza di esercizio del radar che
nel caso della catena strumentale di Fig. 7 non è rilevabile.
Il campo elettrico che investe l’antenna di
dBmR + dB AAR + dB AF −13.01
misura è dato dalla relazione:
a
20
E
(
V
/
m
)
=
10
dB
dove mR è la potenza letta all’ingresso
del ricevitore espressa in dBm;
dB
AAR
è l’attenuazione, espressa in dB, introdotta tra
l’antenna e il ricevitore; dB AF è l’antenna factor espresso in dB. Alla frequenza del radar il
il suo valore è pari a 36.2
dB(m-1). L’attenuazione del
cavo vale invece 6.2 dB.
Per la catena strumentale di
Fig. 7 è sempre possibile
applicare la relazione (a).
Occorre tuttavia conoscere la
curva che rappresenta la
tensione
in
uscita
dal
detector in funzione della
potenza applicata al suo
ingresso.
Tale
curva,
mostrata in Fig. 8 è stata
ottenuta
sperimentalmente
Fig. 6 – Set di rilievo mediante SSA
mediante l’uso del
generatore Agilent MXG mod. N5182A, settato con parametri analoghi a quelli di esercizio
del radar.
Fig. 7 – Set di rilievo mediante Detector e Oscilloscopio
Curva di risposta del Coaxial Detector Agilent 8474B con
opzione 8474B-102 optimal square-law loads alla
frequenza di 5.45 GHz e impulsi di 2 µs (T = 1ms)
Output Voltage (mV)
1000
100
10
1
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
Input Power (dBm)
Fig. 8 – Curva di calibrazione del Detector con op. 102
In questo caso, il valore dB mR rappresenta la
potenza in ingresso al detector, dedotta dalla
tensione misurata con l’oscilloscopio. A tale
potenza devono essere sommati i dB di
attenuazione introdotti dal cavo e dall’attenuatore.
L’oscilloscopio dispone di una discreta profondità
di memoria che, associata ad una adeguata
velocità di campionamento, consente in un unica
rotazione dell’antenna radar, di acquisire tutti i
20 parametri d’interesse. Inoltre, con la funzione di
segmentazione della memoria è facilmente
misurabile anche il periodo di rotazione
dell’antenna.
Risultati e conclusioni
Nelle figure da 9 a 13 sono riportati alcuni “screen image” delle acquisizioni dei parametri
temporali inerenti la durata degli impulsi, il relativo periodo di ripetizione e quello di
rotazione dell’antenna. I dati non mostrano sostanziali differenze nei valori riscontrati con
entrambe le catene di rilevamento e risultano in ottimo accordo con quelli di set del radar.
Gli scarti sono infatti contenuti entro il 2-3 %.
Per quanto riguarda il rilevamento del tempo di illuminamento del punto di rilievo, sono
stati effettuati rilievi solo con la catena di Fig. 7 ed il relativo risultato è riportato in Fig. 14.
Si noti che dalle caratteristiche radioelettriche del radar (Tab. 1), l’apertura del lobo
principale a – 3 dB, è di 0.9°, mentre dal rilievo risulta un’apertura di 0.99°, con uno scarto,
rispetto ad dichiarato, inferiore al dB.
In riferimento ai rilievi per la determinazione delle intensità dei Campi Elettrici che
investono l’antenna di misura, attraverso l’equazione (a) precedente, sono stati calcolati i
valori riportati nella Tab. 2.
Interessante notare che le due metodiche di rilievo evidenziano valori in ottimo accordo,
con scarti inferiori al dB nei p.ti di Caprara e Taneto e di 1.1 dB c/o il Museo Cervi.
In riferimento agli aspetti di protezione della popolazione dalle emissioni elettromagnetiche
rilevate provenienti dal radar, i dati riportati nelle Tab. 2 e 3, evidenziano un ampio
margine di sicurezza rispetto a quanto previsto dagli standard di riferimento (ICNIRP e
Raccomandazione dell’Unione Europea 12/07/1999) e sono in linea con quelli rilevati nelle
precedenti campagne di misura.
Fig. 9 – Rilevamento del Periodo di ripetizione
Valore 1.665 ms - Rif. Cat. misura Fig. 6
Fig. 10 – Rilevamento della durata degli impulsi
Valore 1.460 µs - Rif. Cat. misura Fig. 6
Fig. 11 – Rilevamento del periodo di ripetizione e della durata degli impulsi - Rif. Catena di misura Fig. 7
Valore periodo ripet. Impulsi: 1.66 ms; Valore durata impulsi: 1.495 µs
Fig. 12 – Rilevamento del periodo di rotazione dell’antenna
Valore 32.68 s - Rif. Catena di misura Fig. 6
Fig. 13 – Rilevamento del periodo di rotazione dell’antenna
Valore 32.73 s - Rif. Catena di misura Fig. 7
Misura apertura lobo principale a -3 dB
90 ms corrispondenti a 0.99°
Fig. 14 – Rilevamento del tempo di illuminamento del p.to di rilievo - Rif. Catena di misura Fig. 7
Valore a – 3 dB pari a 90 ms; Valore al livello di sensibilità: 184 ms
Specifiche inerenti p.to rilievo
P.to rilievo
1 - Museo Cervi
Specifiche inerenti set di esercizio radar a Risultati dei rilievi - Confronto dei
integrazione di quelle indicate nel testo
Campi Elettrici di Picco
Distanza Potenza di Velocita' rot.
da radar picco radar in Antenna
(m)
antenna (kW) (gradi/s)
Tilt radar
(gradi)
Campo Elettrico Campo Elettrico
di picco misurato di picco misurato
Catena Fig. 6
Catena Fig. 7
(SSA) (V/m)
(OSC) (V/m)
89
148
11
0.0
22
25
2 - Caprara
1238
148
11
0.5
21
23
3 - Taneto
3633
148
11
0.5
53
56
Tab. 2 – Confronto dei risultati dei rilievi in termini di Campo Elettrico di Picco
Specifiche inerenti p.to rilievo
Risultati dei rilievi – Campi elettrici
mediati ad antenna ferma e rotante1
Distanza da
radar (m)
E medio 6 min
antenna ferma
(V/m)
E medio 6 min
antenna rotante
(V/m)
89
0.8
0.06
2 - Caprara
1238
0.7
0.05
3 - Taneto
3633
1.7
0.13
P.to rilievo
1 - Museo Cervi
Tab. 3 – Valori massimi dei Campi Elettrici mediati ad antenna ferma e rotante
1
Nell’ipotesi cautelativa del mantenimento del Tilt indicato nella Tab. 2, utilizzando i valori di picco più elevati
determinati con i due set di misura ed un tempo di illuminamento di 200 ms
Bibliografia
[1]
M. Bini, A. Ignesti, C. Riminesi: “Misure sul Radar Meteorologico di Gattatico
(Reggio Emilia)” Technical, Scientific and Research reports Vol. 2 – n. 65-6 (2010), CNRIFAC TR-06-1/009;
[2]
M. Bini, A. Ignesti, C. Riminesi: “Procedura per la misura di Campi EM emessi da
impianti Radar utilizzabile in campagne di Sorveglianza Fisica Ambientale” Technical,
Scientific and Research reports Vol. 2 – n. 65-3 (2010), CNR-IFAC TR-08/009;
[3]
M. Bini, A. Ignesti, C. Riminesi: “Misure sul Radar di Maccarese (Fiumicino -Roma)”
Technical, Scientific and Research reports Vol. 2 – n. 65-4 (2010), CNR-IFAC TR-021/010;
[4]
M. Bini, A. Ignesti, C. Riminesi: “Misura del campo EM emesso dal Radar Primario
ATCR-33S installato presso l'aeroporto di Firenze-Peretola” Technical, Scientific and
Research reports Vol. 2 – n. 65-5 (2010), CNR-IFAC TR-01/010;
[5]
“Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici nell’intervallo di
frequenza 10 kHz - 300 GHz, con riferimento all’esposizione umana” Norma CEI 211-7
2001-01, Fascicolo 5909;
[6]
“Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici nell’intervallo di
frequenza 10 kHz - 300 GHz, con riferimento all’esposizione umana Appendice B: Misura
e valutazione del campo elettromagnetico emesso dagli impianti radar di potenza” Norma
CEI 211-7/B 2008-01, Fascicolo 9167
[7]
C. Riminesi: “Introduzione al Radar: principio di funzionamento, radar a impulsi e
doppler, esposizione provocata da un apparato radar” Dispense CNR-IFAC 17 dicembre
2003;
[8]
D. Andreuccetti, M. Bini, A. Ignesti, R. Olmi, R. Vanni: “Sorveglianza Fisica di
installazioni Radar” Report N. EP/AO-I13 Giugno 1988 CNR-IROE
