Mobilfunk und Schule

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1 Seite 1 Mobilfunk und Schule Gemeinsame Aktion des Bayerischen Staatsministeriums für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz (StMUGV) und des Bayerischen Staatsministeriums für Unterricht und Kultus (StMUK) Leitfaden für die Anwendung des Mobilfunk-Messkopfes im Unterricht Stand Weitere Informationen im Internet unter

2 Seite 2 Inhaltsverzeichnis: A. Überblick A.1 Warum Mobilfunk und Schule?.. 3 A.2 Das SAR-Messkonzept 3 A.3 Die Hilfsmittel 5 A.4 Versuche und Lernziele mit dem SAR-Kopf 6 B. Die ersten Schritte B.1 Zusammenbau der Komponenten... 8 B.2 Die Software starten 9 B.3 Beamer-Darstellung. 10 B.4 Die wichtigsten Bedienungsfehler. 10 B.5 Die Messung beenden. 10 C. Versuchsbeschreibungen Versuch 1: Das Handy im Standby-Betrieb 11 Versuch 2: Verbindungsaufbau und Gesprächspause.. 11 Versuch 3: Impulsstruktur des Sendesignals Versuch 4: Abhängigkeit der SAR vom Standort 15 Versuch 5: Einfluss der Handhabung Versuch 6: Versuche mit dem Headset. 20 Versuch 7: Messungen DECT-Schnurlostelefon und WLAN 21 Versuch 8: SAR verschiedener Handytypen 22 D. Glossar E. Berechnungsbeispiele Physik F. Anhang D.1 Service-Nummern D.2 Info-Telefon D.3 Websites zum Mobiltelefon D.4 SAR-Werte im Internet

3 Seite 3 A. Überblick A.1 Warum Mobilfunk und Schule? Fast alle Menschen nutzen heute die Mobilfunktechnik. Dies gilt besonders für junge Leute. Das Wissen um die technischen Zusammenhänge insbesondere die Gesichtspunkte der Sicherheit stehen bei den Anwendern häufig im Hintergrund. Demzufolge existiert kaum ein Bewusstsein für besondere Verhaltensweisen. Solange die Wissenschaft keine abschließende Bewertung der gesundheitlichen Risiken liefert, ist es wichtig, auch unterhalb der Grenzwerte auf geringe Strahlenexposition zu achten. Dabei ist zu beachten, dass das Handy am Ohr des Schülers eine ungleich höhere Strahleneinwirkung verursacht als die Mobilfunk-Basisstation auf dem Dach. Die Aktion Mobilfunk und Schule will den verantwortungsbewussten Umgang mit der Mobilfunktechnik insbesondere mit dem Handy - fördern. Selbst gemachte Erfahrungen verbessern das Verständnis beim Umgang mit der Technik! Der Mobilfunk-Messkopf ist ein gut geeignetes Hilfsmittel zur Darstellung, Quantifizierung und Diskussion der technischen Zusammenhänge im Mobilfunk. Hier wird die Exposition anhand der spezifischen Absorptionsrate (SAR) in einem Kunstkopf in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussgrößen direkt gemessen und auf dem Bildschirm sichtbar gemacht. Die direkte Messung im Gewebe ist dabei wesentlich aussagefähiger als die Messung von Feldstärken in Luft. A.2 Das SAR-Messkonzept Elektromagnetische Strahlung transportiert Energie, die beim Auftreffen auf Körpergewebe überwiegend in Wärme umgewandelt wird. Die auf die Gewebemasse bezogene, absorbierte Leistung der elektromagnetischen Strahlung wird als Spezifische Absorptions-Rate (SAR) angegeben. Einheit ist das Watt pro Kilogramm (W/kg). Man unterscheidet Ganzkörper-SAR und Teilkörper-SAR.

4 Seite 4 Die Teilkörper-SAR ist dann zur Expositionsbeurteilung anzuwenden, wenn vornehmlich einzelne Körperteile (beim mobilen Telefonieren z. B. der Kopf) exponiert werden. Bei der Teilkörperexposition wird je nach Mess-Standard die in einem kleinen Gewebevolumen mit der Masse 10 oder 1 Gramm (je nach Messvorschrift) absorbierte Energie betrachtet. Für die SAR gibt es internationale Grenzwerte: 0,08 Watt/kg für die Ganzkörper-SAR 2 Watt/kg in einem 10 Gramm-Gewebewürfel für die Teilkörper-SAR (Standard nach ICNIRP, gültig in Europa) 1,6 Watt/kg in einem 1 Gramm-Gewebewürfel für die Teilkörper-SAR (Standard nach ANSI) Die Messung der SAR erfolgt üblicherweise in geeigneten flüssigkeits-gefüllten Phantomen. Dabei wird mit Hilfe einer abtastenden Messeinrichtung derjenige Würfel mit einer Masse von 1 oder 10 Gramm ermittelt, in dem die höchste SAR auftritt ( Abb. 1). 1 g-würfel Max. SAR Abb. 1 Prinzip der SAR-Messung an einem Kopf-Phantom Bei dem hier in der Schule verwendeten SAR-Messkopf wird die SAR in 1 Gramm Gewebe angezeigt. Die SAR wird aus der in einer gewebeäquivalenten Flüssigkeit gemessenen Feldstärke berechnet Hinweis: Das hier benutzte Messverfahren ist für Demonstrationszwecke konzipiert und entspricht daher nicht genau dem Normverfahren, nach dem die Hersteller zu prüfen haben. Die Messergebnisse mit dem Messkopf nach der 1-Gramm-Methode (ANSI) liegen jedoch - abhängig von der Frequenz - bis zu 50 % über denen nach der 10-Gramm-Methode (ICNIRP). So hat auch die Einhaltung des Grenzwertes von 1,6 Watt/kg (ANSI) mit einer für Demonstrationszwecke ausreichenden Genauigkeit eine Nichtüberschreitung des in Deutschland

5 Seite 5 geltenden Grenzwertes von 2 Watt/kg (ICNIRP) zur Folge Der Teilkörper-Grenzwert von 2 Watt/kg darf beim Telefonat mit dem Handy nicht überschritten werden, um nach heutigem Wissensstand - nachteilige gesundheitliche Wirkungen zu vermeiden. Die Einhaltung der Herstellungsnorm (dokumentiert durch das CE-Zeichen) für innerhalb der EU verkaufte Mobiltelefone stellt sicher, dass der ICNIRP-Grenzwert von 2 Watt/kg im Kopf bei normalem Gebrauch eingehalten wird. Der vom Hersteller angegebene SAR-Wert bezieht sich auf die volle Sendeleistung des Mobiltelefones (z. B. 1 oder 2 Watt bei GSM-Telefonen). Im Betrieb stellen sich infolge der Leistungsregelung - abhängig von der Netzsituation - meist deutlich geringere SAR-Werte ein. A.3 Experimentierset Das Experimentierset besteht aus dem SAR-Messkopf mit Akkubetrieb (Betriebszeit Messkopf ca. 30 h) sowie einem Notebook mit installierter Mess- Software (Betriebszeit Notebook ohne Netz ca. 1 h). Die Bedienung ist einfach: Das Handy wird genauso wie beim Telefonieren - mit der Hörkapsel an die gekennzeichnete Stelle des messbereiten Experimentierkopfes (Ohrpunkt) gehalten und der SAR Wert abgelesen (Abb. 2).

6 Seite 6 Abb. 2 Das Handy wird wie beim Telefonieren - mit der Hörkapsel an den gekennzeichneten Ohrpunkt des Messkopfes gehalten. Antennenbereich (meist im Oberteil des Handys) nicht mit den Fingern bedecken! Tongeber einschalten! Der momentane SAR-Wert wird sowohl am Display des Messkopfes wie auch am Messbalken links auf dem Bildschirm angezeigt und der zeitliche Verlauf über 1,5 Minuten dargestellt. Der Messkopf erkennt das jeweilige Mobilfunkband in der Regel selbständig und wählt die entsprechenden Kalibrierfaktoren*. A.4 Versuche und Lernziele mit dem SAR-Kopf Folgende wichtige Zusammenhänge lassen sich mit dem SAR-Kopf zeigen (die Versuche sind im Einzelnen in Teil C beschrieben). - Anstieg der SAR-Werte beim Verbindungsaufbau von GSM-Handys (UMTS- Handys, die ein UMTS Netz vorfinden, zeigen dagegen keinen anfänglichen Anstieg, sondern regeln die Sendeleistung von unten her hoch) - Rückgang des SAR-Wertes in der Sprechpause (DTX-Mode) - Darstellung des TDMA-(Puls-)Verfahrens mit Hilfe der Oszilloskop-Funktion - Keine Abstrahlung des Mobiltelefones im Stand-by-Betrieb (Abstrahlung wenn ein Anruf anliegt bzw. ein Zellenwechsel erfolgt) - Darstellen bevorzugter Abstrahlbereiche am Mobiltelefon (Antenne, Stellen im Bereich Tastatur, Teile der Rückseite) - SAR-Wert beim Telefonieren an verschiedenen Standorten in Abhängigkeit von der Netzqualität (Fenster, Innenraum, Gang, Keller, Tiefgarage usw.) In der Regel reicht es, sich vom Fenster in die Raumtiefe zu begeben, um einen deutlichen SAR-Anstieg zu bekommen. - Verwendung eines Headsets mit Reduzierung der Strahlenexposition am Kopf - SAR-Wert bei Netzsuche (z. B. in Tiefgarage, U-Bahn keine Strahlung!) - SAR Wert bei Nachbartelefonaten (z. B. im Bus, Straßenbahn, Zug) - Richtige Handhabung des Handys Vermeiden der Abdeckung der Antenne durch die Hand/Finger - Vergleich verschiedener Handys hinsichtlich SAR (Klapphandy, Schiebehandy) Die Lehrkraft wird in der Regel die Versuche vorführen und dann die Schüler mit ihren eigenen Handys nachvollziehen lassen.

7 Seite 7 Damit die Versuche aussagefähig sind, sind die Anweisungen in den Versuchsbeschreibungen möglichst genau einzuhalten. * sollte die Frequenz nicht selbständig erkannt werden, Frequenz am Bildschirm links oben von Hand auswählen (für DECT-Telefon, WLAN und Bluetooth: UMTS oder GSM 1800 einstellen) Anwendungsfehler beim Einsatz des SAR-Messkopfes können sein: Das Handy wird nicht in der richtigen Telefonier-Position an den Kopf gehalten. Hörkapsel liegt nicht auf dem gekennzeichneten Ohrpunkt. Die Hand sollte das Handy nur seitlich im Bereich der unteren Hälfte anfassen das Gerät nicht mit der Hand voll umfassen. Die integrierte Antenne liegt meist im oberen Bereich des Mobiltelefons und muss frei bleiben. Bei manchen Handys liegt die Antenne jedoch auch am unteren Ende!! Es wird keine Rufnummer gewählt und damit keine Verbindung aufgebaut. Zum telefonieren z: B. Service Nummer wählen siehe Anhang. Der Tongenerator im SAR-Messkopf ist nicht eingeschaltet. Bei niedrigem Schallpegel (fehlende Sprache) schaltet das Handy in den so genannten DTX-Mode (reiner Empfangsbetrieb). Das Handy sendet dann nur mit verringerter Pulszahl siehe Abb. 6 b. Der Messbereich für den SAR-Wert ist am Bildschirm nicht richtig eingestellt. Empfohlen werden 1 Watt/kg bei Mobilfunk-Handys und 0,2 Watt/kg bei DECT-Telefonen bzw. Handys unter guten Netzbedingungen. Ein UMTS Handy arbeitet meist mit so geringer Leistung, dass ein Messwert nicht ablesbar ist. Der Messbereich ist auf dem Bildschirm rechts oben zu ändern. Links oben am Bildschirm auf die richtige Frequenz achten. Sollte sich diese sich nicht automatisch einstellen, dann bitte die Frequenz von Hand korrigieren! Folgende Erkenntnisse sollten beim Schüler nach den Versuchen zurückbleiben: Das Handy stellt beim Telefonieren für den Benutzer eine ungleich stärkere Strahlungsquelle dar (ca fach höhere absorbierte Leistung im Kopf), als die Mobilfunkbasisstation, die sich in einiger Entfernung befindet. Das Handy bildet zusammen mit der Basisstation ein Regelsystem, das in Abhängigkeit von der Netzqualität mit der geringst möglichen Sendeleistung arbeitet. Der Nutzer kann es dabei durch sein Verhalten wesentlich unterstützen z. B. schon durch richtiges In-der-Hand-halten. Gute Netzqualität führt zu einer Verringerung der Sendeleistung von Handy und Basisstation und damit zu geringerer Strahlenexposition aller. Die Netzqualität kann durch die Balkenanzeige (1 bis 5 Feldstärkebalken) am Handy kontrolliert werden. Hohe Balkenzahl bedeutet, dass die Verbindung gut und die Belastung beim Telefonat gering ist.

8 Seite 8 Großer Abstand zur Basisstation wie auch ein ungünstiger Standort (z. B. abgeschirmter Raum) führen zu einer Erhöhung der Sendeleistung der beteiligten Geräte - einschließlich Basisstation. B. Die ersten Schritte B.1 Zusammenbau der Komponenten Die einzelnen Komponenten des Experimentiersets werden nach dem abgebildeten Schema zusammengebaut. USB-Stecker SAR-Kopf- Rückseite Markierung oben! Ladebuchse Lichtwellenleiter Abb. 3 Schema zum Zusammenbau der Komponenten Will man standortabhängige Versuche durchführen - was sehr zu empfehlen ist - sollte die Messanordnung auf einem Laborwagen positioniert werden. Notebook und SAR-Kopf müssen geladene Akkus aufweisen. Das Notebook im Regelfall mit Netzgerät betreiben! Einschalten des Messkopfes: An der Bedienungskonsole des Messkopfes wird bei Betrieb mit dem Notebook lediglich folgendes eingestellt: Ein/Aus und TON Ein-Aus, s. Abb. 4. Der Messbereich und ggf. die Frequenz werden ausschließlich über das Bildschirmmenü am Notebook eingestellt.

9 Seite 9 Messbereich wählen - nur bei Betrieb ohne Rechner - Ton Ein-Aus Ein - Aus Abb. 4. Bedienkonsole des Messkopfes - Achtung: beim Ladevorgang (kleines Netzteil) ist der Messkopf nicht messbereit! -. B.2 Die Software starten Notebook mit der Starttaste (mittig unter dem Bildschirm) einschalten Die ESM 120-Software wird mit einem Doppelklick auf das ESM 120-ICON gestartet. Messbereich (üblich: 1 W/kg) mit den Λ V Tasten am Bildschirm rechts oben einstellen. Falls erforderlich: Einstellungen im Menüpunkt Konfigurieren einstellen: Schnittstelle USB einstellen (ist voreingestellt) Verbindung aktivieren Ein Verbindungsaufbau des Handys muss jetzt zu einer Anzeige führen. Bei Bedarf mit Vollbild bildschirmfüllende Darstelltung im Menü Konfigurieren darstellen (zurück mit Esc). Die Versuche mit dem Handy können jetzt durchgeführt werden. Bei stationärem Betrieb bleibt das Netzgerät am Notebook eingesteckt. Ein ortsunabhängiger Betrieb ist ohne Netzgerät für ca. 1 Stunde möglich. Wichtig: Die Messung funktioniert nicht, wenn das SAR-Programm versehentlich 2 x geöffnet wurde (einmal wieder schließen) Sollte sich der Rechner beim Startvorgang aufhängen, dann die Einschalttaste ca. 5 s drücken und wieder neu starten.

10 Seite 10 B.3 Beamer-Darstellung Beamer-Kabel in die entsprechende Buchse auf der rechten Seite (von der Vorderseite gesehen rechts hinten) einstecken. Beamer-Darstellung mit gleichzeitigem Drücken der Tasten Fn und F7 starten. Funktion LCD und externer Bildschirm wählen. Der Beamer darf erst eingesteckt werden, wenn der Rechner hochgefahren ist B.4 Die wichtigsten Bedienungsfehler Akkuspannung von Notebook bzw. Messkopf abgefallen: Akkus laden, Programm neu starten Messsignal fehlt auf Bildschirmdarstellung, obwohl in der Ausführungszeile die Anzeige Verbindung aktiv erscheint: Messprogramm schließen (auf Kreuz rechts oben klicken). Programm neu starten (Doppelklick auf ESM 120-ICON am Desktop). Schnittstelle USB-Adapter nicht eingestellt. Schnittstelle USB im Menü Konfigurieren einstellen. Verbindung nicht aktiviert. Verbindung aktivieren im Menü Konfigurieren Lichtleiterstecker verkehrt herum am Messkopf eingesteckt (Markierung muß oben sein) Programm ESM 120 wurde versehentlich 2 x geöffnet Hinweis zur Frequenzerkennung: Bei genügend hoher Sendeleistung wird der Frequenzbereich (D, E-Netz, UMTS, DECT) vom Kopf erkannt und die Messelektronik stellt sich selbst darauf ein. Ist die Sendeleistung zu gering (z. B. bei voll herunter geregeltem Handy, beim DECT-Telefon oder Bluetooth /WLAN- Komponenten sowie bei UMTS-Handys ) muss die betreffende Frequenz links oben am Bildschirm eingestellt werden. Bitte immer vor der Messung sicherstellen, dass die richtige Frequenz gewählt ist (bei Bluetooth, DECT-Telefon und WLAN den Bereich UMTS oder GSM 1800 einstellen!) B.5 Die Messung beenden Rechner nicht einfach ausschalten, sondern: das Programm schließen (rotes Kreuz rechts oben anklicken) mit Start Beenden den Rechner herunterfahren den SAR Kopf ausschalten (ON-Taste am Kopf zum Ausschalten drücken)

11 Seite 11 C. Versuchsbeschreibungen Versuch C.1 Das Handy im Standby-Betrieb Das eingeschaltete, empfangsbereite Handy wird mit der Hörkapsel an den markierten Punkt des Testkopfes gehalten, ohne eine Verbindung aufzubauen. Ein SAR-Wert ist nicht ablesbar, da das Handy ohne Aufforderung durch die Mobilfunkbasisstation nicht von selbst sendet. Man empfängt jetzt nur die Basisstationen aus der Umgebung, die in der Regel zu keiner erkennbaren Messwertanzeige führen (SAR ist um Faktor 1000 bis geringer als beim Handy). Ausnahme: In größeren Zeitabständen (alle 30 Minuten bis 6 Stunden - je nach Netzbetreiber) sendet das Handy kurzzeitig für ca. 2 Sekunden ein Anwesenheitssignal an die Basisstation, damit es im Netz eingebucht bleibt. Das gleiche gilt, wenn man die Mobilfunkzelle wechselt (Handover). Hinweis: Im Modus Netzsuche des Mobiltelefones - d. h. wenn kein Empfang vorhanden ist - findet keine Abstrahlung von HF-Leistung statt. Das Handy versucht also von sich aus nicht ständig, mit der Basisstation Kontakt aufzunehmen, sondern erst dann, wenn es eine Basisstation hört. FAZIT: Ein Mobiltelefon strahlt im Stand-by-Modus nur in größeren Zeitabständen kurzzeitig (für einige Sekunden) Leistung ab, nämlich beim Wechsel in eine andere Mobilfunkzelle und beim Senden des Anwesenheitssignals. Deshalb stellt ein eingeschaltetes Handy am Körper oder im Raum keine Dauerstrahlungsquelle dar! Versuch C.2 Verbindungsaufbau und Gesprächspause Der Tongeber am SAR-Kopf wird eingeschaltet und mit dem Handy ein Verbindungsaufbau durchgeführt (Service-Nummer oder unbesetztes Telefon anwählen, s. Anhang D). Der Tongeber simuliert die menschliche Sprache, damit das Handy so sendet wie bei einem richtigen Gespräch. Verbindungsaufbau: Die SAR steigt zu Beginn des Verbindungsaufbaus auf den Maximalwert von 0,3 bis 1,5 Watt/kg je nach Telefon. Bei guter Netzsituation - 4 bis 5 Feldstärkebalken am Handy-Display sichtbar - regelt das Mobiltelefon innerhalb weniger Sekunden auf einen geringeren SAR-Wert (bis zu 0,1 Watt/kg oder tiefer) herunter. Je besser das Netz, desto geringer der SAR Wert beim Telefonat!

12 Seite 12 Ein GSM-Handy kann die Sendeleistung von ca. 2 Milliwatt bis zu ca. 2 Watt, also um den Faktor von etwa 1000 rauf und runter regeln. Die GSM-Basisstation prüft ständig die Verbindungsqualität (Bitfehlerrate) und macht die Vorgaben, mit welchem Leistungspegel das Handy senden soll. Abb. 5 Ein gutes Netz erkennt man an der Anzeige möglichst vieler Feldstärkebalken (hier links oben) Gesprächspause: Der Tongenerator am Messkopf wird ausgeschaltet. Auch die Umgebung muss ruhig sein. Während dieser simulierten Gesprächspause geht die Impulsfrequenz des Handys und damit auch die mittlere SAR stark zurück (jedoch nur, wenn keine Nebengeräusche vorhanden sind, die als Sprache interpretiert werden können). Das Handy befindet sich dann im so genannten DTX-Mode (s. Bild 6b) - es wird nur jeder 27. Impuls gesendet. Darstellung mit der Oszilloskop-Funktion! Bei der Vorführung mal in die Hände klatschen oder husten: das Handy regelt sofort wieder hoch! FAZIT: Der maximale SAR-Wert wird bei GSM-Handys zunächst nur kurzzeitig beim Gesprächsaufbau erreicht. Bei guter Netzsituation (erkenntlich an der Zahl der Feldstärkebalken) ist die SAR beim Gespräch wesentlich geringer als beim Einbuchen in das Netz. Wird nicht gesprochen und ist das Umfeld ruhig, geht das Handy in den Empfangsmodus mit stark verringerter Impulsfolge. UMTS-Handys zeigen dagegen keinen sprungartigen Leistungsanstieg beim Einbuchen in das UMTS-Netz, sondern regeln die Leistung von einem niedrigen Anfangswert auf den benötigten Sendepegel hoch. Bei UMTS-fähigen Handys bekommt man meist gar keine Messanzeige, da die Sendeleistung bei vorhandenem UMTS Netz (nur in größeren Städten vorhanden) sehr gering ist.

13 Seite 13 Versuch C.3 Die Impulsstruktur des Sendesignals Die GSM-Übertragungstechnik benutzt Impuls-Folgen zur Informationsübertragung. Die Sprachinformation wird zeitlich stark komprimiert und während eines kurzen Impulses von 0,577 Millisekunden (ms) Dauer übertragen. Ein Zeitrahmen dauert 4,615 Millisekunden und besteht aus 8 Zeitfenstern mit je 0,577 ms Dauer, in denen bis zu 8 Handys gleichzeitig senden können ohne sich zu stören. Deshalb such der Name TDMA (time division multiple access) für das Übertragungsverfahren. Wenn die Impulse des Handys von einem Funkempfänger (Transistrorradio, Fernseher, Kassettenrekorder usw.) demoduliert werden, hört man einen deutlichen 217 Hertz-Ton Handy an einen Transistorradio halten! In der Sprechpause wird nur jeder 27. Impuls gesendet, da ja zum Empfänger keine Sprachinformation übertragen werden muss. Darüber überlagert ist noch eine 2 Hz-Impulsfolge mit jeweils einer kurzen Pulssequenz. Das ist der so genannte DTX-Mode, der auch zur Energieeinsparung (Akkulaufzeit!) dient Da 2 Hz einer physiologischen Herzschlagfrequenz von 120/Minute entspricht, können ältere, nicht HF-störfeste Herzschrittmacher gestört werden. Der Herzschrittmacher kann das Funksignal als Herzaktion interpretieren und dabei irritiert werden. Mit Hilfe der Oszilloskop-Funktion des Mobilfunkmesskopfes (Button links oben Oszilloskop ) können die Impulsfolgen beim Sprechen wie auch in der Sprechpause dargestellt werden (Abb. 6a, b). Die eingestellte Zeitskalierung ist angegeben. Die Y-Skala wird auf den Wert von 2 W/kg oder einen anderen passenden wert eingestellt. Handy im Sendebetrieb (Testverbindung) an den Kopf halten. Während der Sprechpause dürfen allerdings keine Hintergrund- oder Nebengeräusche vorhanden sein. Schon bei geringen Geräuschen geht das Handy wieder in den Sendemodus (Test durch Klatschen, Pfeifen usw). Der Übertragungsstandard bei UMTS-Handy ist ein ganz anderer. Hier wird ein breitbandiges Dauersignal gesendet, in dem die Information verschlüsselt ist. Eine Impulsstruktur ist nicht erkennbar. Bei DECT Telefonen beträgt die Pulsfrequenz 100 Hz. Auch das kann mit dem Messkopf in der Oszilloskop-Funktion dargestellt werden.

14 Seite 14 Abb. 6a 217-Hz Impulsfolge im GSM-Sendebetrieb. Zeitskala 20 ms/div. Abb. 6b 8 Hz- und 2 Hz-Impulsfolge im GSM-Empfangsbetrieb (DTX-Mode) - d. h. in den Sprechpausen. Zeitskala 50 ms/div.

15 Seite 15 Versuch C.4 Abhängigkeit der SAR vom Standort Mit eingeschaltetem Tongenerator wird eine Verbindung aufgebaut. Der Messkopf wird an verschiedene Aufenthaltsorte mit unterschiedlicher Qualität des Mobilfunknetzes gebracht. Dazu ist der Kopf mit Notebook z. B. auf einem Laborwagen zu positionieren. Die Netzqualität kann mit Hilfe der Feldstärkeanzeige (Balkenanzeige am Handydisplay) kontrolliert werden Mögliche Aufenthaltsorte, bei denen unterschiedliche SAR-Werte zu erwarten sind (Tabelle 1, Abb. 7): im Freien in der Nähe eines geöffneten (geschlossenen) Fensters hinter einem geschlossenen Fensters mit Wärmeschutzverglasung in Raummitte und in der Tiefe des Gebäudes in der Tiefgarage/Keller/U-Bahnschacht im Auto, im Zug. Versuch Faradaykäfig: Das Handy wird dabei mittels Klebeband am Kopf so festgeklebt, dass sich eine normale Telefonierhaltung ergibt. Man achte dabei auf eine gute Netzsituation (4 bis 5 Feldstärkebalken am Display sichtbar). Es wird nun ein leitfähiger Käfig über die Messanordnung gestülpt (leitfähiger Gewebevorhang, s. Abb. ist im Set enthalten). Den Messkopf dann zusätzlich auf eine größere leitfähige Unterlage stellen, um die von unten kommende Strahlung abzuschirmen! Achtung, das leitfähige Gewebe muss mindestens 5 bis 10 cm von der Handyantenne entfernt sein, sonst wird die Antenne verstimmt und die Leistung fällt (gegenteiliger Effekt wie beim Versuch beabsichtigt!!). Hinweise: Das Auto ist kein Faradaykäfig für Mobilfunkstrahlung, da die halbe Wellenlänge der Mobilfunkstrahlung (6 bis 16 cm) deutlich kleiner ist als die Fensteröffnungen! Die Strahlung geht durch die Fenster hindurch! Nur wenige Autos haben verspiegelte Scheiben (nur solche mit Wärmedämmverglasung = Sonderausstattung). Das Abschirmgewebe für den Versuch sollte max. 1cm Maschenweite haben. regelt das Handy mit Abschirmung nicht hoch, so hat es die maximale Leistung bereits ohne Abschirmung erreicht (schlechtes Netz) oder die Umgebungsfeldstärke ist zu hoch.

16 Seite 16 Drahtring Messkopf Leitfähiges Gewebe 10 cm Abschirmvorhang über dem Messkopf (die Handyantenne muss genügend Abstand zum Gewebe haben, sonst wird sie verstimmt und die Leistung geht zurück, statt rauf!). Anordnung ggf. noch auf eine leitfähigen Unterlage stellen, um Strahlung von unten abzuschirmen. Weiterer spektakulärer Versuch zum Thema Faradaykäfig: Legen Sie ein Handy in den mitgelieferten Alukoffer und schließen ihn. Nun rufen Sie dieses Handy an. Falls ein einigermaßen gutes Netz vorliegt, wird das Handy im Koffer zu klingeln beginnen (genau hinhören, da Schalldämmung hoch!). Die Strahlung dringt selbst durch die kleinen Ritzen. Deshalb stellt auch das Auto keinen geschlossenen Faradaykäfig dar (Fenster, Türdichtungen usw. sind durchlässig!). Tabelle 1 Typische SAR-Werte (Watt/kg) in Abhängigkeit vom Standort bzw. Netz Im Freien 0,1 0,7 In Gebäuden Fensterbereich Innenbereich Tiefgarage Im Auto Stadt Land 0,1-0,7 0,5 1,2* 1,2* 0,1 0,7 0,3 1,2* UMTS-Handy (Telefonat im UMTS-Netz) < 0,01 Zum Vergleich Basisstation: SAR, die man von einer Basisstation in 100 m Entfernung erhält * entspricht maximaler Sendeleistung 0,00001

17 Seite 17 FAZIT: Der Standort hat großen Einfluss auf die SAR beim Telefonat. Der Zusammenhang SAR - Feldstärkenanzeige (Balkenzahl) am Mobiltelefon wird deutlich. SAR-Werte im Auto sind nicht höher als in Gebäuden. Die durch Basisstationen verursachte SAR ist mit dem Messkopf normalerweise nicht messbar. Sie liegt bei 0,00001 Watt/kg (Faktor weniger als beim Handy). Bei Telefonaten im UMTS-Netz (Anzeige 3 G für 3. Generation>) ist die SAR im Normalfall sehr gering - meist nicht messbar. Verbindungsaufbau am Fenster 3.Stock Bewegung vom Fenster weg Abb. 7 SAR-Verlauf beim Verbindungsaufbau und Bewegung im Raum Versuch C.5 Einfluss der Handhabung, Headsets Abb. 8 Abstrahlung mit und ohne Handabdeckung (Programm: FEKO)

18 Seite 18 Wo liegt die Antenne? Die Hand oder auch nur einzelne Finger in der Nähe der Antenne vermindern zwangsläufig die effektive Sendeleistung des Handys, weil sie Hochfrequenz- Energie absorbieren und die eingebaute Antenne verstimmen. Abb.8 zeigt Ergebnisse von Simulationsrechnungen für das Abstrahlverhalten von Handy-Antennen ohne und mit Handabdeckung. Tatsache ist, dass eine unsachgemäße Handhaltung des Mobiltelefons die Verbindungsqualität stark mindert, da ein großer Teil der Leistung von der Hand absorbiert wird. Die Leistungsregelung wird damit eingeschränkt. Dies gilt insbesondere für neue Telefone, die die Antenne am unteren Ende eingebaut haben, das man üblicherweise in der Hand hält, s. Abb. 11. In der Summe kann die fehlerhafte Handhaltung einen nicht vernachlässigbaren Beitrag am Gesamt-Leistungspegel des Mobilfunknetzes ausmachen, da ja auch die Basisstation bei schlechter Übertragungsqualität ihre Leistung erhöht! Eine teilweise oder sogar vollständige Abdeckung der Antenne mit den Fingern bzw. der Hand ist häufig zu beobachten, insbesondere wenn es sich um eine integrierte Antenne handelt (Abb. 9, 10). Versuchsdurchführung Man prüft mit dem Messkopf zunächst, wo genau die Antenne am Handy liegt. In der Regel wird man die Antenne durch erhöhte lokale Abstrahlung (vor allem auf der Rückseite des Handys) lokalisieren. Integrierte Antennen befinden sich auf der Handyrückseite am oberen Ende, bei einzelnen neueren Geräten auch am unteren Ende des Gerätes. Stummelantennen sind von außen sichtbar. Mit dem Messkopf kann man die Antenne gut lokalisieren (Ort der höchsten SAR), wenn man das Handy am Messpunkt langsam vorbeiführt auch auf der Rückseite. Weitere Indizien für die Lage der Antenne: Sie liegt immer gegenüber em Akku, nie darunter Ist eine Antennenbuchse sichtbar (runde, mit Stöpsel verschlossene Vertiefung), dann liegt die Antenne unmittelbar darunter Bei Klapphandys liegt die integrierte Antenne meist in der Mitte an der Knickstelle

19 Seite 19 Abb. 9 Abdeckung der Antenne mit den Fingern: Hochfrequenzleistung wird unnötigerweise vom Körpergewebe absorbiert, die Verbindungsqualität wird stark eingeschränkt. Abb. 10 Richtige Haltung : Der Antennenbereich sollte frei bleiben! Antenne Antenne am unteren Ende! Abb. 11 Mobiltelefon mit am unteren Ende integrierter Antenne das Telefon sollte in der oberen Hälfte angefasst werden (in der Bedienungsanleitung findet sich dazu leider kein Hinweis!). Man kann die Lage der Antenne jeweils mit dem Messkopf lokaliseren.

20 Seite 20 Ergebnis: Die richtige Haltung des Gerätes ist für eine gute Verbindung und zur Minimierung der Gesamtexposition im Netz sehr wichtig! Dazu muss man sich informieren, wo genau die Antenne liegt. Einige Mobiltelefone haben die Antenne am unteren Ende eingebaut. C.6 Versuche mit dem Headset: Der Hörknopf eines am Handy angeschlossenen Kabel-Headsets wird an den Messpunkt des Messkopfes gehalten. Die SAR reduziert sich um bis zu 90 %. Das Verbindungskabel des Headsets strahlt keine HF-Leistung ab (Kabel zum Test an den Messpunkt halten, dabei Telefon möglichst weit vom entfernen). Originalzubehör garantiert eine geringe Störabstrahlung des Headsets!. Ein Funk-Headset auf Bluetooth-Basis besitzt selbst nur eine Sendeleistung von ca. 2 Milliwatt. Der SAR-Beitrag des Headsets ist gegenüber dem Mobiltelefon vernachlässigbar. Wenn man das Funkheadset an den Messkopf hält, muss man unbedingt vorher den Frequenzbereich UMTS wählen, da der Kopf die Frequenz wegen der geringen Sendeleistung nicht erkennt. Bei Verwendung des Headset sollte das Handy nicht in der Hosentasche sondern am Gürtel etc. getragen werden, da es beim Gespräch strahlt. Es hat am Gürtel oder in einer Außentasche eine wesentlich bessere Empfangsbedingung und regelt damit die Sendeleistung herunter. Versenden von SMS: Das Versenden eines SMS dauert nur wenige Sekunden. Da sich das Handy nicht direkt am Körper befindet, ist die SAR sehr gering. Mit Hilfe des Messkopfes lässt sich das gut darstellen. Auch hier gilt: Antennenbereich möglichst nicht abdecken. FAZIT: Um gute Verbindungsqualität und damit niedrige Sendeleistungen von Basisstation und Handy zu gewährleisten, sollte der Antennenbereich am Handy nicht mit der Hand oder den Fingern bedeckt werden. Kabel-Headsets reduzieren die Exposition am Kopf erheblich. Gleiches gilt für Bluetooth-Headsets.

21 Seite 21 Versuch C.7 Messungen am DECT-Telefon und WLAN Ein DECT-Handtelefon wird an den Messpunkt des SAR-Kopfes gehalten. Besteht keine Verbindung, ist keine Sendeleistung vorhanden. Beim Aufbau einer Verbindung beginnt das Telefon zu senden. Die SAR-Werte im Kopf liegen wegen der geringen Leistung unter 0,1 Watt/kg. Das DECT-Telefon hat eine feste Sendeleistung von 250 Milliwatt im Impuls (Impulsbreite ca. 0,3 ms) und besitzt in der Regel keine dynamische Leistungsregelung wie das GSM-Handy. Die mittlere Leistung liegt dagegen bei max. 10 Milliwatt. Achtung: Sicherstellen, dass der Kopf auf UMTS oder GSM 1800 geschaltet ist (Frequenzanzeige Bildschirm links oben). Im Oszilloskopmodus kann man erkennen, dass die Impulshöhe eines DECT- Impulses, durchaus der Höhe eines auf ca. 20% Sendeleistung heruntergeregelten GSM-Handys entspricht. DECT-Basisstation: Die DECT-Basisstation kann auch in die Nähe des Messkopfes gebracht werden. Lage der Antenne herausfinden! Ergebnis: Die DECT-Basisstation strahlt ständig Leistung ab, auch wenn keine Verbindung aufgebaut ist. Beim Gespräch ist die Leistung höher, als im Standby. Sollte der Messkopf die Frequenz des DECT-Telefones nicht erkennen, dann von Hand links oben auf dem Bildschirm UMTS oder GSM 1800 wählen Hinweis: Der SAR-Wert, der von einer GSM- oder UMTS-Basisstation an Aufenthaltsorten von Anwohnern erzeugt wird, liegt unter 0,00001 Watt/kg und ist mit dieser Einrichtung nicht messbar. FAZIT: Das Verhältnis der SAR von GSM-Handy (am Ohr) / DECT-Handy (am Ohr) / DECT-Basisstation (ca. 1 Meter Abstand) beträgt etwa 1000 : 300 : 1 Wenn man die reinen Impulshöhen berücksichtigt (Oszilloskopmodus), ergibt sich bei sehr guter Qualität des GSM-Netzes ein Verhältnis von ca. 1: 1 von Handy und DECT D. h. die Impulshöhen von GSM Handy und DECT sind in der Praxis etwa gleich. Allerdings kann das GSM-Handy im Gegensatz zum DECT - je nach Umgebung mit wesentlich weniger oder wesentlich mehr Leistung arbeiten. WLAN: Der Übertragungsmodus verwendet im Standby einer Impulsstruktur mit 0,5 ms- Impulsen (je 100 ms 1 Impuls). Die Impulslücken werden mehr und mehr aufgefüllt, wenn Daten übertragen werden. Im Oszilloskopmodus kann man die Impulse sehen jedoch nur bei sehr geringem Abstand zur WLAN-Antenne. Die maximale Sendeleistung des WLAN liegt bei 100 Milliwatt (etwa 1/10 des GSM Handys)

22 Seite 22 Man kann mit dem SAR-Kopf nur etwas messen, wenn man mit dem Detektor (gekennzeichneter Punkt) in die unmittelbare Antennennähe kommt (Netzwerkkarte oder Access-Point). Hinweis: die Eindringtiefe in Gewebe bei WLAN Frequenz beträgt nur ca. 1 cm, deshalb kommt im SAR-Kopf kaum mehr etwas an. Als Frequenz muss bei WLAN-Messungen UMTS eingestellt werden. Versuch C.8 SAR-Wert verschiedener Handytypen Ein direkter Vergleich der SAR-Werte von Handys ist unter diesen Versuchsbedingungen nicht möglich. Zu verschieden sind die einzelnen Netzund Umgebungsbedingungen. Wenn man den Maximalwert der SAR eines Handys (= Herstellerangabe) haben möchte, muss man sich in einen Raum mit schlechter Netzqualität begeben, also dort, wo nur ein bis zwei Feldstärkebalken angezeigt werden. Der vom Messkopf angezeigte Wert ist mit dem vom Hersteller unter Labor- und Normbedingungen gemessenen maximalen SAR-Wert jedoch nur näherungsweise vergleichbar. Konstruktionsbedingt unterscheiden sich z. B. Klapphandys erheblich von anderen Handys: Beim Klapphandy ist die Sendeantenne zwangsweise weiter vom Kopf entfernt (Abb. 12). Die SAR ist damit i. d. R. geringer. Antenne Abb. 12 Beim Klapphandy ist die integrierte Antenne weiter vom Kopf entfernt. Die SAR im praktischen Netzbetrieb ist deshalb in der Regel geringer. Die maximalen SAR-Werte treten jedoch manchmal nicht unbedingt im Antennenbereich auf. Wird das Handy am Ohrpunkt (Messpunkt) vorbeibewegt, so fallen gelegentlich Hot-Spots im Bereich der Tastatur auf. Handys werden häufig direkt am Körper getragen, wobei auch die Abstrahlung der Rückseite von Bedeutung ist (z. B. am Gürtel). Um die Empfangsbedingung zu verbessern, sollte die Antenne nach außen (vom Körper weg angeordnet sein, d. h. die Tastaturseite sollte zum Körper schauen.

23 Seite 23 Wird ein Headset verwendet, ist eine Gürtel- oder Außentasche unbedingt erforderlich, da jetzt das Handy unmittelbar am Körper sendet. Der so genannte Strahlungsfaktor sagt aus, welcher Anteil vom Kopf absorbiert wird, bezogen auf die effektive, frei in Luft abgestrahlte Sendeleistung. (S= SAR / P eff ). Die Im Kopf absorbierte SAR sollte im Vergleich zur abgestrahlten Leistung so gering wie möglich sein. Strahlungsfaktoren unter 5 sind als günstig zu betrachten. Je geringer der Strahlungsfaktor, desto netztauglicher ist ein Handy und desto geringer ist dann letztlich auch die Energie-Absorption im Kopf. Der Strahlungsfaktor von Handys Der Strahlungsfaktor ist das Verhältnis aus der im Kopf absorbierten Leistung (SAR) und der frei in Luft abgestrahlten Leistung P eff S = SAR / P eff SAR P eff Ein möglichst kleiner Strahlungsfaktor ist günstig, siehe LfU / Abt.2 / Dr. Heinrich Eder / Bayerisches Landesamt für f r Umwelt Zusatzversuch: Wir testen die Abstrahlung des Handys im Bereich der Antenne einmal zum Kopf hin und einmal vom Kopf weg (durch Umdrehen des Handys). Die Strahlung vom Kopf weg sollte wesentlich stärker sein als zum Kopf hin! Das gibt uns eine ungefähre Vorstellung vom Strahlungsfaktor. Hinweis: SAR-Werte und Strahlungsfaktoren sind im Internet unter bzw. (siehe Anhang ) zu finden FAZIT: Das technische Design eines Mobiltelefones ist entscheidend für den maximalen SAR-Wert. Ein Handy mit guter Netztauglichkeit kann trotz höherem maximalem SAR-Wert letztlich eine geringere Exposition erzeugen als ein Handy mit schlechten Netz- Eigenschaften. Beide Faktoren - Strahlungsfaktor und SAR-Wert spielen dabei eine wichtige Rolle.

24 Seite 24 E. Glossar ANSI American National Standards Institute Basis-Grenzwert Körperbezogener Grenzwert. Er gibt einen, hinsichtlich gesundheitlicher Wirkungen nach heutigem Wissensstand sicheren Wert für die im Gewebe absorbierte Hochfrequenz-Strahlungsleistung (SAR) in der Einheit Watt/kg an. Bluetooth Funkstandard für die Datenübertragung auf kurzen Strecken, z. B. zwischen Computer, Handy und Zusatzgeräten. Frequenz 2,45 GHz. Die Sendeleistungen betragen 2,5 mw für Entfernungen bis 10 m sowie 100 mw für Entfernungen bis 100 m. Bodyworn-SAR-Wert Maximaler Teilkörper-SAR-Wert der sich bei beliebiger Lage des Handys am Körper ergeben kann z. B. beim Tragen in der Hosentasche. CDMA-Verfahren Code Division Multiple Access: Die Information wird mit einem Code verschlüsselt, auf viele Frequenzen verteilt und beim Empfänger wieder entschlüsselt. Dadurch können viele Teilnehmer gleichzeitig senden und empfangen. Jedes Handy kennt nur seinen Entschlüsselungscode. Standard, den UMTS verwendet. DECT-Telefone Digital Enhanced Cordless Telecommunications: Funkstandard für schnurlose Haus- und Betriebstelefone. Frequenz 1880 bis 1900 MHz. DECT Telefone haben eine Pulsleistung von 250 mw Puls entsprechend 10 mw Mittelwert. Die Pulszahl beträgt 100/Sekunde. Das DECT-Handy sendet nur beim Telefonieren, die DECT-Basisstation (außer bei Sondergeräten) immer. Neuere Ausführungen stellen den Sendebetrieb ein, wenn alle Handgeräte in der Ladeschale stecken. Dynamische Leistungsregelung GSM-Handys wie auch die meisten Basisstationen besitzen die Fähigkeit, ihre Sendeleistung nach der Empfangsqualität zu regeln. Wenn eine Bit-Sequenz fehlerfrei empfangen wird, regelt das Handy auf Anweisung der Basisstation die Leistung um eine Stufe herunter und prüft wieder. Je nach dem Ergebnis kann die Leistung weiter abgesenkt oder auch erhöht werden. GSM-Handys können ihre Leistung von 1 mw bis 1 Watt (1800 MHz) bzw. 3 mw bis 2 Watt (900 MHz), also um einen Faktor 1000 verändern! UMTS-Handys regeln die Leistung ungleich schneller als GSM-Handys. Sie prüfen 1500 mal pro Sekunde, ob die Verbindung ausreichend ist und regeln danach ihre Sendeleistung. Der Regelumfang beträgt hier 80 db (1: ) Abgeleitete Feldstärke Mit einem Messgerät an einem Ort ohne Körpereinfluss gemessene Feldstärke, z. B. in der Einheit Volt/m. Die SAR als körperbezogene Größe ist einer Messung

25 Seite 25 nicht zugänglich, deshalb wird ersatzweise die messtechnisch zugängliche Feldstärke am Aufenthaltsort ermittelt. Ganzkörper-SAR Vom Körper insgesamt absorbierte Hochfrequenzleistung, die in Wärme umgewandelt wird. Grenzwert 0,08 Watt/kg GSM-Handy Global System for Mobile Communication. Mobilfunkstandard des 900 / 1800 MHz-Netzes der mit dem TDMA-Verfahren arbeitet (s. dort). GSM-Handys haben eine Sendeleistung von maximal 1 Watt bei 1800 MHZ bzw. max. 2 Watt bei 900 MHz (Spitzenleistung im Puls). Wegen des Zeitverhältnisses Impuls/Pause von 1:8 beträgt die mittlere Leistung maximal 62 mw bzw.125 mw. ICNIRP International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection. Internationales Gremium zur Bewertung nichtionisierender Einwirkungen, untersteht der WHO. Mobilfunk-Basisstation Sende/Empfangseinheit, die eine Mobilfunkzelle versorgt und Daten mit dem Zentralrechner (Gesamtnetz) austauscht. HF-Leistung 15 bis 50 Watt. SAR Spezifische Absorptionsrate Einheit: Watt/kg. Die SAR gibt die Wärmeleistung an, die pro Einheitsmasse im Körpergewebe durch Hochfrequenzeinwirkung erzeugt wird. Die SAR ist einer direkten Messung nicht zugänglich, siehe Ersatzfeldstärke. TDMA-Verfahren Time Division Multiple Access - Verfahren. Die Information wird komprimiert, in Pulsen verpackt und in kurzen Zeitschlitzen gesendet. Dadurch können mehrere Teilnehmer den gleichen Frequenzkanal benutzen. Teilkörper-SAR In einzelnen Körperteilen absorbierte Hochfrequenzleistung bezogen auf 1 oder 10 Gramm Gewebemasse. Grenzwert nach ICNIRP: 2 Watt/kg UMTS-Handy Universal Mobile Telecommunication System. Übertragungsstandard, der das CDMA bzw. WCDMA-Verfahren (s. dort) benutzt. UMTS-Handys haben eine maximale Sendeleistung von 125 mw und besitzen üblicherweise ein breitbandiges Dauersignal (keine Pulsung). Die SAR-Werte beim Telefonieren im UMTS-Netz liegen mit einem Faktor von rund 1000 weit unterhalb der Werte von GSM-Telefonen. WLAN Wireless Local Area Network. Funkstandard für die Datenübertragung in lokalen Netzen. Frequenz 2,45 GHz, künftig auch 5,2 GHz. Sendeleistung 100 mw

26 Seite 26 F. Physikalische Berechnungen zum Thema Mobilfunk siehe PP- Physikfolien auf der Website!

27 Seite 27 D. Anhang D.1 Service-Nummern* D1: 2202 (Vertrag) 2000 (XtraCard) D2: 1212 (Vertrag) (CallNow-Karte) E-Plus: 1000 (Vertrag) 1155 (Free & Easy Service) O2: 1414 (Vertrag) 5667 (Loop-Up-Karte) * Bei Kartenhandys fallen z. T. Gesprächsgebühren an, bitte Infos der Anbieter beachten! Hinweis: Ruft man einen Anschluss an, bei dem nicht abgehoben wird, dann fallen keine Gesprächsgebühren an. D.2 Info-Telefon Bay. Landesamt für Umwelt Tel. 089/ oder 0821/ D.3 Websites zum Mobilfunk (Bayerisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz) (Bundesamt für Strahlenschutz) (Strahlenschutzkommission) (Internat. Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) (World Health Organisation) (Grenzwerte, Technik, Wirkungen) (Informationszentrum Mobilfunk mit zahlreichen Materialien für die Schule) D.4 SAR-Werte im Internet