Union - Apresentação dos estudos conduzidos pela UNION Engenharia, a pedido do SINDISAT, a respeito de radiações não-ionizantes em estações terrenas

1. Estudo patrocinado pelo

2. Avaliação teórica da exposição a campos elétricos,
magnéticos e eletromagnéticos (CEMRF) gerados por antenas
de estações terrenas típicas de sistemas de Comunicações via
Satélite com vistas a demonstrar o atendimento aos limites
estabelecidos no Título II do Anexo à resolução No 303, de
2 de Julho de 2002 – Regulamento sobre Limitação da
Exposição a Campos Elétricos, magnéticos e Eletromagnéticos
na Faixa de Radiofreqüências entre 9 kHz e 300 GHz
(documento [1]).
Corroborar os estudos teóricos com medidas de radiação
eletromagnética no entorno de antenas de comunicações via
satélite de diversos tamanhos e potência de transmissão,
buscando-se escolher as mais representativas e os piores
casos.
2

3. O processo utilizado nesta análise técnica envolve estabelecer
as distâncias mínimas da borda da antena (ou dos limites da
projeção da antena no solo) para atendimento aos limites de
exposição ocupacional e da população em geral, estabelecidos
em [1].
A conformidade à norma, portanto, pode ser atestada
garantindo-se que os locais possíveis de acesso por pessoas
estarão a distâncias superiores aos valores mínimos
encontrados, através, quando necessário, da colocação no
local de avisos de restrição de acesso, conforme estabelece o
Art. 30, Capítulo III, Título III, de [1].
3

4. Tipo de Exposição
Intensidade de
Campo, E
(V/m)
Intensidade de
Campo, H (A/m)
Densidade de potência
de onda plana
equivalente, Seq
(W/m2)
Ocupacional 137 0,36 50
População em geral 61 0,16 10
Tipo de Exposição Densidade de potência de onda plana equivalente, Seq (W/m2)
Ocupacional 22,22
População em geral 4,44
4
Além disso, como determinado pelo Art. 19 do Cap. I, Título III de [1], em locais onde é permitido o
acesso de pessoas, sempre que os valores de CEMRF obtidos por meio de cálculos teóricos forem
maiores ou iguais a 2/3 dos limites da tabela acima, será obrigatória a realização de medições para a
comprovação do atendimento.
Portanto, nos cálculos teóricos aqui efetuados, os limites efetivos de densidade de potência máxima
serão reduzidos de (2/3)2, conforme a tabela 2 abaixo:

5. Tabelas VII e VIII do Cap. III, Título III de [1],
apresentam expressões simplificadas para o cálculo das
distâncias mínimas das antenas, a partir das quais pode-se
admitir que os limites de exposição a CEMRF, para as faixas
de radiofreqüências indicadas, são atendidos.
Derivadas de modelo de propagação que calcula a densidade
de potência transmitida, na região de campo distante, como:
No entanto:
◦ Expressões só são válidas na direção de máxima radiação da
antena transmissora, uma vez que não consideram nenhum tipo de
discriminação para o ganho da antena.
◦ O Art. 29 do Cap. III, Título III de [1], reconhece que as
expressões contidas nas Tabelas VII e VIII do mesmo Capítulo
são conservadoras e que, para o cálculo de distâncias mínimas
mais realistas, modelos específicos devem ser empregados.
5
S =
EIRP x 2,56
4 x π x r2
S =
EIRP x 2,56
4 x π x r2

6. No caso específico de comunicações via satélite, as
antenas empregadas apresentam elevada
direcionalidade, o que reduz consideravelmente a
possibilidade de exposição humana à radiação de RF.
Dois fatos adicionais tendem a minimizar ainda mais
esta possibilidade:
◦ Como regra geral, a direção de máxima radiação de
antenas de estações terrenas não pode estar bloqueada
por obstáculos, o que garante que áreas ocupadas por
pessoas não serão objeto desta radiação;
◦ A maioria dos satélites em operação no Brasil permite
operação com ângulos de elevação elevados, minimizando
efeito da radiação fora do eixo principal da antena da
estação terrena.
6

7. Cassegrain Off-set

8. Fonte: Ref. [6]

9. Frequências na faixa de 2 a 40 GHz (bandas L, S, C, X, Ku,
K e Ka), com alguns sistemas especiais empregando
frequências na faixa de 40 a 94 GHz.
Antenas de alto ganho e diretividade; razão λ/D é fator
determinante.
A exposição de pessoas à radiação dependerá:
◦ altura da antena em relação ao solo (ou ao piso em que pessoas
podem estar);
◦ orientação do feixe principal;
◦ localização do sistema em relação a áreas de acesso público;
◦ potência de transmissão;
◦ diâmetro da antena e
◦ comprimento de onda.

10. Em [4], diversas estações terrenas transmissoras foram
estudadas analiticamente e suas emissões medidas, o que
permitiu o desenvolvimento de modelo empírico.
Neste modelo, as características do campo de radiação no eixo
da antena são:

11. Obtidas expressões para a densidade de potência na EIXO
da antena:
◦ Superfície da Antena - SS = 4P/AS
◦ Região entre Refletor Principal e o Solo - SS = P/AS
◦ Região de Campo Próximo - Snf = 16hP / pD2
◦ Região de Transição – St = Snf Rnf / R (Rnf < R < Rff)
A exposição de pessoas, em particular público em geral, a
distâncias mais próximas da antena do que o início do campo
distante se dá geralmente em posições FORA do eixo da
antena;
◦ intensidades relativas são muito inferiores as densidade de
potência no feixe principal da antena, para a mesma distância
horizontal da antena

12. Os contornos são mostrados no plano y-z para o caso D ≥ 30λ,
aonde -4D ≤ y ≤ 4D e 0 ≤ z ≤ D2/λ. A iluminação da abertura é [1-
(ρ/a)2]2, aonde ρ é a distância radial variável, 0 ≤ ρ ≤ a, e a = D/2.
Cada contorno corresponde a um incremento de -2,5 dB.
Contornos de densidade de
potência relativa para uma
antena de abertura circular

13. Neste trabalho, será utilizado o modelo de propagação
empírico proposto no documento Evaluating Compliance
with FCC Guidelines for Human Exposure to
Radiofrequency Electromagnetic Fields OET Bulletin 65
Edition 97-01 August 1997 (Section 2 : Prediction
Methods - Aperture Antennas) [2];
Por este modelo, a densidade de potência na região de
campo distante do diagrama de radiação da antena
(região de Fraunkofer) diminui inversamente ao quadrado
da distância à antena. A densidade de potência pode
então ser estimada pela equação:
13
Sff =Sff = P x G(P x G(θθ)) / 4 x/ 4 x ππ x Rx R22 (1)(1)(1)(1)

14. Ganho da antena em uma determinada direção, obtido a partir de seu diagrama de radiação,
aplicado à equação (1), será geralmente suficiente para estimar níveis de RF no entorno da
antena de comunicações por satélite, uma vez que sua área efetiva é tipicamente muito
pequena quando comparada com sua área frontal;
De acordo com a resolução No 364 (Ref [3]), a envoltória do ganho, em polarização co-polar,
será dada por:
G(θ) = 29 – 25logθ para θmin < θ < 20 λ;
G(θ) = -3,5 para 20 λ < θ < 26,3 λ;
G(θ) = 32 - 25logθ para 26,3 λ < θ < 48 λ;
G(θ) = -10 para 48 λ < θ < 180 λ.
Θmin = maior ângulo, expresso em graus, entre 10 e (100 λ / D)0, λ sendo o comprimento de onda do
sinal transmitido e D o maior diâmetro da área da abertura da antena, expressos ambos em metros.
Aplicando-se ainda restrições especificas para:
Para antenas operando em freqüências ≤ 8,4 GHz:
G(θ) = GTX(0) – 20 para θmin < θ < (160 λ / D) e antenas com D ≤ 2,8 m;
G(θ) = GTX(0) – 16 para θmin < θ < (160 λ / D) e antenas com 2,8 m ‹ D ≤ 3,5 m;
G(θ) = GTX(0) – 12 para θmin < θ < (160 λ / D) e antenas com D ≥ 3,5 m;
Para antenas operando em freqüências maiores do que 8,4 GHz e com D ≤ 1,2 m,:
a) G(θ) = GTX(0) – 15 dB, para θmin < θ < (130 λ / D);
b) G(θ) = GTX(0) – 20 dB, para (130 λ / D) < θ < (160 λ / D).
(nas expressões acima, GTX(0) é o ganho da antena na direção de máxima radiação)
Nas regiões de transbordamento e de cáustica, aplicam-se ainda os seguintes critérios de
tolerância:
a) Na faixa de valores de θ entre 20° e 70°, nas regiões de transbordamento, o ganho poderá
exceder a envoltória em no máximo 6 dB;
b) Para valores de θ maiores que 70°, nas regiões de transbordamento, o ganho poderá ter
valores de até 3 dBi.
14

15. A distância mínima que garante o atendimento aos limites de
exposição definidos em [1], Rmin(θ), pode ser calculada a
partir de (1), igualando-se Sff aos valores da tabela 2 do
slide 5 e usando o ganho da antena G(θ) na direção θ dado
pela envoltório do diagrama de radiação da antena (slide
anterior):
Para exposição ocupacional:
ROmin(θ) = [P x G(θ) / (4 x π x 22,22)]1/2 (2a)
Para exposição da população em Geral:
RPmin(θ) = [P x G(θ) / (4 x π x 4,44)]1/2 (2b)
15

16. Premissa: ganho mPremissa: ganho mPremissa: ganho mPremissa: ganho mááááximo da antenaximo da antenaximo da antenaximo da antena éééé vvvváááálido para um cilindrolido para um cilindrolido para um cilindrolido para um cilindro
de diâmetro igual ao da abertura da antena, D, e não apenasde diâmetro igual ao da abertura da antena, D, e não apenasde diâmetro igual ao da abertura da antena, D, e não apenasde diâmetro igual ao da abertura da antena, D, e não apenas
no eixo principal da mesma.no eixo principal da mesma.no eixo principal da mesma.no eixo principal da mesma.
16

17. 17
Elevação αααα
Direção
de
Irradiação
H
Dmin
θθθθ
h
Diâm
etro
da
antena
Direção da
exposição, θ
R(θ)
Elevação αααα
Direção
de
Irradiação
H
Dmin
θθθθ
h
Diâm
etro
da
antena
Direção da
exposição, θ
R(θ)
R(θ) = (H – h) / sen (αααα - θ) (3)
A expressão (3) sA expressão (3) sA expressão (3) sA expressão (3) sóóóó éééé vvvváááálida quando H > h. Em caso contrlida quando H > h. Em caso contrlida quando H > h. Em caso contrlida quando H > h. Em caso contráááário, serrio, serrio, serrio, seráááá
assumido que o ângulo de discriminaassumido que o ângulo de discriminaassumido que o ângulo de discriminaassumido que o ângulo de discriminaççççãoãoãoão θθθθ éééé equivalente ao ângulo deequivalente ao ângulo deequivalente ao ângulo deequivalente ao ângulo de
elevaelevaelevaelevaççççãoãoãoão αααα, premissa altamente conservadora, uma vez que n, premissa altamente conservadora, uma vez que n, premissa altamente conservadora, uma vez que n, premissa altamente conservadora, uma vez que nííííveis deveis deveis deveis de
emissão nesta condiemissão nesta condiemissão nesta condiemissão nesta condiçççção são mão são mão são mão são míííínimos.nimos.nimos.nimos.

18. Igualando a equação (3) às equações (2a) e (2b), é possível obter os
valores de θ para os quais os limites de exposição ocupacional e
populacional são respectivamente atendidos.
18
θ
RO,RP,R
RO
RP
R
θOmin θPmin
ROmin
RPmin
θ
RO,RP,R
RO
RP
R
θOmin θPmin
ROmin
RPmin

19. Uma vez determinados ROmin(θ) e RPmin(θ) para as direções
calculadas, é possível determinar as distâncias mínimas
horizontais (distância até a projeção da borda da antena
no solo) Dmin :
19
DDOminOmin = R= ROminOmin((θθ) x cos () x cos (αααααααα -- θθ) , para exposi) , para exposiçção ocupacional 4(a)ão ocupacional 4(a)
DDPminPmin = R= RPminPmin((θθ) x cos () x cos (αααααααα -- θθ) , para exp. popula) , para exp. populaçção em geral (4b)ão em geral (4b)

20. Esta análise só se aplica no caso em que, na figura do slide 17,
h > H, tornando-se desnecessária em caso oposto.
Nesta análise, será considerada uma seção transversal da antena no
plano horizontal, desprezando-se o ângulo de elevação para facilitar os
cálculos
20
Figura 2
Dmin(ângulo) na Região Lateral
0,0
0,5
1,0
0
2 4 6 8 10121416 18202224
26283032
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
62
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
9092
94
96
98
100
102
104
106
108
110
112
114
116
118
120
122
124
126
128
130
132
134
136
138
140
142
144
146
148150
152154
156158160162164166168170172174176178180182184186188190192194196198200202204206
208210
212214
216
218
220
222
224
226
228
230
232
234
236
238
240
242
244
246
248
250
252
254
256
258
260
262
264
266
268
270272
274
276
278
280
282
284
286
288
290
292
294
296
298
300
302
304
306
308
310
312
314
316
318
320
322
324
326
328
330332334336
338340342344346348350352354356358360
População em geral
Ocupacional
A observação desta
figura demonstra que
o uso do afastamento
mínimo frontal
também para a
distância mínima
lateral é bastante
conservador.

21. Estação Diâmetro (m) Sat
Elevação
(graus)
Banda Freq EIRP (dBW) Dist. Ocup. (m)
Dist. Pub.
Geral (m)
1 7,6 AZ 1 57,5 Ku 82,8 0,68 1,53
2 3,6 G 28 50,2 C 58,1 0,82 0,97
3 1,8 IS-1R 66,8 Ku 42,1 0,60 0,61
4 2,4 IS-1R 43,4 C 59,4 1,04 1,31
5 4,5 G 28 29,9 C 70,4 1,34 2,32
6 1,8 AZ 1 77,3 Ku 52,7 0,37 0,44
7 6,0 AZ 1 56,0 C 69,3 0,34 0,75
8 3,6 NSS7 55,5 Ku 70,5 0,28 0,63
9 1,8 NSS7 55,5 Ku 55,8 0,10 0,23
10 6,0 NSS7 55,5 C 71,7 0,45 1,00
11 3,6 SO C2 48,4 C 63,3 1,15 1,38
12 3,8 IS 901 53,4 C 63,6 0,50 0,99
13 3,6 SO C2 49,3 C 63,3 1,12 1,36
14 3,8 IS 901 39,9 C 63,6 0,74 1,27

22. Exemplo real: site com duas antenas de 6m de diâmetro, ambas
apontadas para o mesmo satélite (AZ I) e com ângulo de elevação de
560 e EIRP de 69,3 DBW.
◦ contribuição da antena 02 na borda da antena 04, na direção de máximo
apontamento, será dada por:
EIRP de operação da antena 02 no feixe: 69,3 dBW;
Densidade de potência na borda da antena 04:
Sff @ (520 disc. + 7,1m afastamento)= (69,3-54,3)-10*LOG(4*π*(7,1)2) =
-13,02 dBW/m2 ou 0,005 mW/cm2, valor 200 vezes abaixo do limite de 1
mW/cm2 da RES 303.

23. Potência de transmissão do sistema de radiação de uma
estação terrena está associada ao conjunto antena /
amplificador de potência;
Análise de cerca de 30.000 estações empregados pelas redes
satélite operadas pela Embratel no Brasil para definir os
conjuntos mais representativos;
23
Bda Diâmetro (m) Pot HPA (W) # de E/Ts % da Bda Ku
% antena sobre
total bda Ku
Ku
0,96
1 10585 42,227%
48,594%
2 1596 6,367%
1,2
1 109 0,435%
48,761%2 9604 38,313%
4 2510 10,013%
1,8
2 647 2,581%
2,641%
4 15 0,060%
2,4 4 1 0,004% 0,004%

24. Bda
Diâmetro
(m)
Pot HPA
(W)
# de E/Ts
% da
Bda C
% antena
sobre total
bda C
C
1,8
2 3706 82,046%
89,706%
5 346 7,660%
2,4
2 2 0,044%
2,612%
5 82 1,815%
10 6 0,133%
20 16 0,354%
40 7 0,155%
60 3 0,066%
125 1 0,022%
200 1 0,022%
3,6
2 2 0,044%
6,642%
5 230 5,092%
10 37 0,819%
20 12 0,266%
25 4 0,089%
40 3 0,066%
50 6 0,133%
60 1 0,022%
100 3 0,066%
125 1 0,022%
400 1 0,022%
C
4
8 10 0,221%
0,487%
10 12 0,266%
4,5
40 2 0,044%
0,288%
50 1 0,022%
60 5 0,111%
75 1 0,022%
100 1 0,022%
125 1 0,022%
170 1 0,022%
200 1 0,022%
6
2 2 0,044%
0,155%
10 1 0,022%
100 1 0,022%
170 1 0,022%
400 2 0,044%
7
100 1 0,022%
0,044%
125 1 0,022%
7,6 150 2 0,044% 0,044%
10 50 1 0,022% 0,022%
Bda
Diâmetro
(m)
Pot HPA
(W)
# de E/Ts
% da
Bda C
% antena
sobre total
bda C

26. Equipamentos cedidos pela estação de Guaratiba da
StarOne/Embratel:
◦ Corneta piramidal de banda C TX (WR137) com transição guia/
coaxial com conector N-fêmea, calibrada;
◦ Corneta piramidal de banda Ku TX (WR62) com transição guia/
coaxial com conector N-fêmea, calibrada;
◦ Analisador de espectro HP E4440A PSA
◦ Medidor de Potência HP 437-B com sensor de potência HP-8481D
◦ Modem satélite com saída em banda L e capacidade de
alimentação DC dos BUCs utilizados;
◦ BUCs de banda C e Ku de 1 a 5 W;
◦ Cabos / adaptadores e conectores
Todos equipamentos de teste com calibração aferida e
equipamentos de telecom homologados pela Anatel.

27. Parâmetro
Banda
Unidade Comentários
C Ku
Ganho Corneta (G) 18,58 21,67 dBi Dados de calibração
Dimensões (L/H) 24/20 15/12 cm Medidas
Área da abertura (LxH) 0,048 0,018 m2 L*H
Frequência (f) 6100 14250 MHz Dos modems usados
Comp. Onda (λ) 0,0492 0,021053 m 300/f
Área efetiva (Aef) 0,013879 0,005175 m2 G*λ2/4π
Eficiência (Ef) 28,92 28,75 % Dados de calibração
Perda cabo
corneta/Analisador (Lc)
2,40 5,00 dB Dados de calibração
LIMITE norma 303 (L303) 10 10 W/m2 Norma 303
VALOR Max medido
0,080 0,016 W (Aef*L303)/10Lc/10
19,02 12,14 dBm 10*log(Aef*L303)-Lc+30

28. Em GUBA:
◦ Antena de 0,96cm e BUCs de 1 e 4W na banda KU;
◦ Antenas de 1,2m e 1,8m, ambas com BUC de 4W e na banda Ku;
◦ Antena de 1,8m de diâmetro na banda C com BUC de 5W.
No Teleporto da Globosat:
◦ Duas antenas de 7,3m e uma de 4,9m, todas alimentadas por
SSPAs de 400W
Razão das Escolhas:
◦ A urgência que o assunto precisa ser tratado pela Anatel;
◦ A disponibilidade de equipamentos de teste adequados;
◦ A disponibilidade, em Guaratiba, de conjuntos antena/amplificador
mais representativos nas bandas C e Ku no local, além da
existência de um parque diversificado de antenas e aplicações;
◦ Sistemas típicos de elevada potência de transmissão (sinais de
vídeo) na Globosat.

29. Bda
Antena/BUC
(m/W)
Limite (dBm)
Medida
(dBm)
Margem
(dB)
Condições
Ku
0,96/1 12,14
-20,0 32,1 a 2,35m do centro do refletor da antena
-4,9 17,0 a do centro do refletor da antena
4,7 7,4
corneta praticamente no feixe de iluminação da
antena e a 0,98m do centro do refletor da antena
0,96/4 12,14
-16,8 28,9 a 2,35m do centro do refletor da antena
0,4 11,7 a do centro do refletor da antena
11,2 0,9
corneta praticamente no feixe de iluminação da
antena e a 0,98m do centro do refletor da antena
1,2/4 12,14
-13,0 25,1
a 1,3m do centro do refletor da antena e simulando
ângulo de elevação < 300
7,0 5,1 no centro do feixe acima do alimentador
7,0 5,1 ao lado da borda da antena
-15,0 27,1 a da borda da antena
1,8/4 12,4
-13,0 25,4 a cerca de 2,5m do centro do refletor da antena
-7,0 19,4
a 1,5m do centro do refletor da antena e a cerca
de 3m do solo, simulando ângulo de elevação < 300
C
1,8/5 19,02
15,0 4,0
corneta junto à lateral do refletor, na menos
distância ao centro da semiparábola
-5,0 24,0
simulando ângulo de elevação < 300, com corneta a
2m de altura e a 2m do centro do feixe
4,9/400 19,02 1,67 17,35
na frente da antena, a 1,8m da borda; corneta a
2,20m de altura do solo.
7,3(NSS)/400 19,02 -16 35,02
na frente da antena, a uma distância de3,5m da
projeção do refletor no solo; corneta a 2,20m de
altura do solo.
7,3(C1)/400 19,02 -13,43 32,45
na frente da antena, a uma distância de3m da
projeção do refletor no solo; corneta a 2,20m de
altura do solo.

30. As estações terrenas transmissoras do serviço fixo de comunicações via satélite e suas
emissões, possuem características singulares relativamente as estações
radiotransmissoras terrestres. Tais características são:
◦ Emprego de antenas de elevada diretividade e ganho;
◦ Antenas apontando para o céu, com ângulos de elevação usualmente altos, na sua grande
maioria superiores a 300;
◦ Não pode haver obstrução na visada para o satélite;
◦ Normalmente as estações terrenas transmissoras são instaladas em ambientes de acesso
controlado (e.g., topo de edifícios ou facilidades privadas), com pouca possibilidade de
proximidade ao público em geral.
Tais considerações, corroboradas pelos cálculos teóricos e conclusões apresentadas nos
itens anteriores, justifica a necessidade de uma abordagem diferenciada para o
tratamento de emissões de estações terrenas, operando no serviço fixo de
comunicações via satélite.
Particularmente, a necessidade de realização de medidas em campo deve ser imposta
somente em casos extremos (como previsto na RES 303) e a obrigatoriedade de novas
medidas em intervalos máximos de 5 anos (lei 11934) não deve ser aplicada à redes de
comunicações via satélite. A razão é simples: uma vez ativada, uma estação terrena
não altera seus parâmetros de transmissão, a não ser em casos de ampliação - ou
implantação - de novos serviços. E neste caso, novas análises comprovando o
atendimento à RES 303 devem, de qualquer forma, serem efetuadas.
Finalmente, em locais multiusuários, a obrigatoriedade de se levar em conta a
contribuição do conjunto das emissões de todas as estações terrenas no mesmo local
deve ser revista, uma vez que:
◦ a elevada diretividade das antenas envolvidas;
◦ a necessidade de se manter um afastamento mínimo entre elas para permitir eventual
movimentação para apontamento para outros satélite;
◦ as antenas não são obstruídas por nenhuma outra.

31. [1] Anexo à resolução No 303, de 2 de Julho de 2002 – Regulamento
sobre Limitação da Exposição a Campos Elétricos, magnéticos e
Eletromagnéticos na Faixa de Radiofreqüências entre 9 kHz e 300 GHz;
[2] Evaluating Compliance with FCC Guidelines for Human Exposure to
Radiofrequency Electromagnetic Fields OET Bulletin 65 Edition 97-01
August 1997 (Section 2 : Prediction Methods - Aperture Antennas);
[3] Anexo à resolução No 364, de 29 de Abril de 2004, Norma para
certificação e Homologação de Antenas para Estações terrenas.
[4] Hankin, N., "The Radiofrequency Radiation Environment:
Environmental Exposure Levels and RF Radiation Emitting Sources,"
U.S. Environmental Protection Agency, Washington, D.C. 20460. Report
No. EPA 520/1-85-014, Julho 1986.
[5] Limits of Human Exposure to Radiofrequency Electromagnetic
Fields in the Frequency Range from 3 kHz to 300 GHz – Safety Code 6;
Environmental Health Directorate Health Protection Branch – Minister
of Public Works and Government Services, Canada 1999
[6] Brasilsat, slides do curso sobre antenas refletoras da NAGA, 2009.