Radiofrecuencias y microondas

Introducción
De lo dicho en la nota publicada anteriormente se desprende que la exposición a RF-MO, depende del valor de la densidad de potencia de las ondas en el punto de recepción o de las magnitudes E y H, (intensidades de campo eléctrico y magnético respectivamente) y del tiempo de exposición, por lo que las acciones correctoras deberán disminuir los valores de esas variables.
De las ecuaciones expuestas para la determinación de los niveles de exposición (6 a 10 de la nota anterior) se puede deducir la influencia de la reducción del tiempo de exposición en el valor final de las magnitudes E, H y S.
Veamos a continuación, aquellas medidas materiales que pueden ser determinantes para reducir la exposición laboral.
Aumento de la distancia entre el emisor y el receptor. Distancia de seguridad
La densidad de potencia (S) expresada en W/m2 en un punto situado a una distancia d expresada en metros de una antena emisora de RF-MO se puede calcular teóricamente mediante la expresión:

donde S es la densidad de potencia en un punto situado a una distancia d de la antena, P es la potencia nominal de la antena, (expresada en watios) G d es la ganancia de la antena en la dirección (d) a la antena, y At es la atenuación debida a paramentos que puedan absorber o reflejar la radiación, situados entre la antena y el punto en cuestión. La ganancia de la antena se suele expresar en decibelios y su significado se extrae de la expresión siguiente:
Lg = 10 log Pe/P (2)
donde P e es la potencia emitida por la antena en la dirección al punto de recepción
La atenuación (también denominada efectividad del blindaje) se expresa también en decibelios de forma que,
LAt = 10 log Pe/Pt (3)
donde Pt es la potencia transmitida a través del paramento, es decir la que realmente existe en el punto de exposición.
Para la aplicación de la ecuación (1) se debe expresar la ganancia y la atenuación de forma que:

Despejando en la expresión anterior (1) la distancia d, sustituyendo el resto de las variables por sus valores correspondientes y si el valor de S es el del límite de referencia correspondiente, se obtiene la distancia de seguridad, es decir la distancia más allá de la cual la exposición es inferior a la recomendada por el criterio de valoración.

Ejemplo de aplicación
Una antena de potencia nominal P = 200 vatios, emite a una frecuencia de 1 GHz siendo su ganancia en una determinada dirección de 15 dB. Averiguar la distancia de seguridad suponiendo que existe un paramento que atenúa 5 dB.
La distancia de seguridad se calcula mediante la ecuación (4) teniendo en cuenta que Gd = 1015/10 = 31,6 y que de acuerdo con la tabla 1 para una frecuencia de 1GHz, Sref = 25 W/m2.

Por otra parte la atenuación será At = 105/10 = 3.16, con lo que sustituyendo en (20)

Encerramientos
Están constituidos por “cajas” construidas con paneles metálicos que ofrezcan continuidad conductora y con toma a tierra, donde el grosor, la permeabilidad magnética, la conductividad eléctrica del metal la distancia de la pantalla a la fuente, la frecuencia de la onda son las variables que intervienen en la atenuación. El grosor teniendo en cuenta la densidad del metal, genera problemas de peso y también de coste en las instalaciones.
Por ello se usan preferentemente paneles finos (como mucho de unos pocos milímetros). En esas circunstancias los valores de las otras variables tienen gran importancia, como importancia tiene la impedancia de la onda Z = E/H. Las radiaciones de baja impedancia (predomina el campo magnético) son más difíciles de atenuar. En campo lejano, situación muy común en microondas, cuando la distancia a la fuente de emisión es mayor que l/2p y la impedancia se considera igual a 377W, el valor de la atenuación se puede considerar como la suma de la absorción y reflexión que vienen dadas por las expresiones:


donde A es la atenuación por absorción, R la atenuación por reflexión (figura 1), f la frecuencia en MHz, t el grosor del panel metálico en cm, mr la permeabilidad magnética del metal relativa al cobre, y sr la conductividad eléctrica del metal relativa al cobre. La tabla 2 presenta valores de estas constantes para algunos metales.



Estas expresiones representan sólo una aproximación optimista de la atenuación global (A+R), puesto que intervienen además factores como la distancia a la fuente, degradación de la atenuación por fugas etc. Para impedancias bajas y frecuencias bajas la atenuación así calculada es mucho mayor de la que se obtiene en la realidad. Por estos motivos es conveniente que los diseños sean realizados por empresas especializadas.
Mallas metálicas
Las mallas metálicas son construidas como entramados de cable metálico de forma que el diseño tiene en cuenta el espesor del metal, t y la distancia entre los cables, g (luz de la malla). La relación t/g es del orden de 0.05 y varía entre 0.01 y 0.1. (en tejidos metalizados se alcanza 0.5). El valor de g varía entre 0.5 mm y 5 cm. La efectividad del blindaje o atenuación At es debida fundamentalmente a la reflexión siendo la absorción muy baja. Como que la absorción en general depende del producto srmr y la reflexión del cociente sr/mr, se buscan metales de alta conductividad y baja permeabilidad magnética.
Son de aplicación en campo lejano, es decir aproximadamente cuando la distancia de la pantalla al foco es mayor de la sexta parte de la longitud de onda (d>l/2p) y la atenuación que puede esperarse se deduce de las expresiones:


donde l es la longitud de la onda, c la velocidad de la luz (3 1010 cm/s), g el grosor del cable en cm, y f la frecuencia que expresada en MHz permite calcular la atenuación At a partir de la ecuación (7). En la figura 2 se expresa la dependencia de At respecto a f, de forma gráfica para algunos valores de g.



Ejemplo de aplicación
Se apantalla un emisor de microondas (f = 1GHz), mediante una malla de aluminio de luz g = 0.25 cm. Si la densidad de potencia medida en el punto de recepción antes de la instalación de la pantalla era de 50 w/m2 , deducir si se superará el valor de referencia una vez instalada la pantalla.
Según la ecuación (7) en nuestro caso tendremos una atenuación:

De la tabla 1 se extrae el valor del nivel de referencia para la frecuencia de 1GHz que resulta ser de f/40 (f en MHz), esto es 25 W/m2 . Así pues una vez instalada la pantalla la densidad de potencia transmitida, es decir atenuada, es mucho menor que el nivel de referencia.
Paneles perforados
Otro diseño de pantalla es el que consiste en un panel metálico en el que se han practicado orificios (p.e ventilación) como se muestra en la figura 3.


La atenuación que proporcionan se puede predecir a través de la siguiente expresión, fundamentalmente válida para predominancia de campos magnéticos:

donde t es el grosor del panel, g es el diámetro de los orificios y D es la raíz cuadrada del producto de las dimensiones (alto, h y ancho, a) del panel
En la práctica se aconseja elegir como atenuación previsible la correspondiente al valor más bajo entre los calculados a través de las expresiones (7) y (8)
Ejemplo de aplicación:
Calcular la atenuación de la radiación de 27 MHz que ofrece un panel perforado de 0.5 cm de grueso y dimensiones 50 x 70 cm, si los orificios practicados tienen un diámetro de 0.6 cm y el espacio entre sus centros de 2 cm.
Para la aplicación de la ecuación (8) se tienen los siguientes datos:
g = 0.6 cm, t = 0.5 cm, D = (50 x 70)1/2, y el número de orificios N = Nh x Na , siendo Nh y Na el número de orificios en una columna y una fila respectivamente del panel que se pueden calcular,
Nh = (50/2) + 1 = 26 y Na = (70/2) + 1 = 36
Según la ecuación (8) :

Ventanas ópticas
Cuando se precisa una ventana de observación en un encerramiento o blindaje (Resonancia magnética, hornos de microondas) se utiliza material transparente laminado a una malla metálica como las mencionadas anteriormente o a una capa fina metálica.
Las primeras tienen la inestimable ventaja frente a las segundas de la alta transmisión de la luz visible. La atenuación de las mallas metálicas insertas en cristales es aproximadamente la correspondiente a la indicada en la ecuación (7) suponiendo un valor de g entre 0.25 y 0.5.
El segundo tipo de ventanas disponen de una finísima capa (1mm) de un metal de alta estabilidad como el oro (potencial oxidación bajo). Una ventana de cristal con una lámina de oro de 1mm de espesor atenúa en la banda de RF-MO entre 70 y 80 dB.
Señalización
La presencia de radiación electromagnética de RF-MO supone de forma general la existencia de un riesgo residual no cuantificable, para personas portadoras de marcapasos cardíacos.
La presencia de campos y ondas electromagnéticas puede afectar al funcionamiento de los marcapasos cardíacos, tanto por la inducción de fuerzas sobre componentes ferromagnéticos del marcapasos, como por la interferencia que las ondas electromagnéticas puedan ejercer sobre el funcionamiento eléctrico del aparato y la programación de éste. Dando por supuesto el conocimiento que se tendrá acerca de la existencia en su caso de trabajadores expuestos que sean portadores de marcapasos (situación que debe evitarse), es necesaria la información sobre la existencia de la radiación para personas sobre las que no se puede conocer esa característica individual, como es el caso de visitas ajenas a la empresa o empresas subcontratadas. La señalización de advertencia, según lo dispuesto en el Real Decreto 485/1997 de 14 de abril sobre Disposiciones mínimas en materia de señalización de seguridad y salud en el trabajo, que en su anexo III muestra el pictograma de advertencia sobre la existencia de radiaciones no ionizantes o mejor aún un pictograma sobre el riesgo para portadores de marcapasos.
Trabajadores especialmente sensibles a los riesgos
Los valores de referencia cuya adopción permite prevenir la aparición de efectos debidos a la exposición a RF-MO no están diseñados para la protección del embarazo, estados febriles, terapias con fármacos que afecten a la termorregulación o como se comentó anteriormente a portadores de marcapasos u otros dispositivos insertos cuyo funcionamiento pueda verse alterado por la interferencia de estas radiaciones. En esos casos la filosofía preventiva debe conducir a evitar la exposición.
Recomendación general
El todavía insuficiente conocimiento acerca de los posibles efectos de las radiaciones de RF-MO, debido entre otros factores al hecho de que se masifica el uso tecnologías que implican su presencia (p.e. telefonía móvil), aconseja evitar las exposiciones innecesarias. Este principio que se justifica sobradamente en el caso de radiaciones ionizantes, puede ser aplicable en este caso, mientras se despejan las dudas que todavía existen.

Margarisabel Velasco Salas
Comunicaciones De Radiofrecuencia
http://www.siafa.com.ar/notas/nota16/exposicion-radiofrec2.htm