Hochfrequente elektromagnetische Felder

Elektromagnetisches Spektrum

Im Mobilfunk werden hochfrequente elektromagnetische Felder für die drahtlose Übertragung von Sprache und Daten genutzt. Als Wellen breiten sie sich im freien Raum mit Lichtgeschwindigkeit aus und können dabei Energie und Informationen über große Entfernungen übertragen.

Frequenz und Wellenlänge

Im elektromagnetischen Spektrum sind die hochfrequenten Felder im Frequenzbereich zwischen etwa 100 Kilohertz (abgekürzt "kHz"; 1 kHz = 1.000 Hertz) und 300 Gigahertz (abgekürzt "GHz"; 1 GHz = 1.000.000.000 Hertz) angesiedelt (siehe Abbildung). Hertz (abgekürzt "Hz") ist die Maßeinheit für die Frequenz, das heißt, für die Zahl der Schwingungen pro Sekunde.

Frequenz und Wellenlänge sind über die Ausbreitungsgeschwindigkeit fest miteinander verbunden und beschreiben den Wellencharakter der Felder. Bei hohen Frequenzen sind die Wellenlängen klein und bei niedrigen Frequenzen groß. Für typische Mobilfunkfrequenzen zwischen 400 Megahertz (abgekürzt "MHz"; 1 MHz = 1.000.000 Hz)) und 3 Gigahertz betragen sie zum Beispiel 75 bis 10 Zentimeter.

Stärke der Felder

Die Intensität oder Stärke der Felder wird entweder in Form

• der elektrischen Feldstärke (Maßeinheit: Volt pro Meter, V/m) oder
• der magnetischen Feldstärke (Maßeinheit: Ampere pro Meter, A/m) oder
• der Leistungsdichte (Maßeinheit: Watt pro Quadratmeter, W/m²)

angegeben. Die Leistungsdichte ist das Produkt aus elektrischer und magnetischer Feldstärke.

Die hochfrequenten Felder an einem bestimmten Messpunkt sind unter anderem abhängig vom Abstand zur Anlage, von der Sendeleistung der Anlage, von Typ, Ausrichtung und Abwärtsneigung der Sendeantennen sowie von der Signaldämpfung durch Vegetation und Bebauung.

Ausbreitung der Felder

Mit zunehmender Entfernung von der Quelle, im Fall des Mobilfunks also von der Antenne einer Mobilfunksendeanlage oder eines mobilen Endgeräts, verringern sich die Feldstärken und Leistungsdichten schnell. Beispielsweise sinkt die Leistungsdichte im freien Raum entlang der Ausbreitungsrichtung mit dem Quadrat der Entfernung, das heißt, bei doppeltem Abstand verringert sie sich auf ein Viertel.

In der realen Umwelt sind die Ausbreitungsbedingungen oft deutlich komplizierter:

• Objekte, die sich in Ausbreitungsrichtung befinden, können hochfrequente elektromagnetische Felder reflektieren, beugen oder auch ganz oder teilweise absorbieren. Wie sehr diese Effekte die Ausbreitung beeinflussen, hängt unter anderem von Form, Größe und Material der Objekte ab.
• Die Antennen von Mobilfunksendeanlagen senden auch nicht gleichmäßig in alle Richtungen, sondern haben Vorzugsrichtungen. Dies trägt dazu bei, dass die Feldstärken im Umkreis um einen Sender trotz gleichen Abstands zur Quelle unterschiedlich sein können.

Aussagen zur Feldintensität an einem bestimmten Ort können nur auf der Grundlage von Messungen oder von Simulationsrechnungen, die die relevanten Ausbreitungsbedingungen berücksichtigen, getroffen werden. Allein aufgrund des Abstands von einer Sendeeinrichtung kann in der Regel nicht auf die Feldstärken geschlossen werden.

Dass die Feldintensität mit dem Abstand von der Antenne abnimmt, gilt grundsätzlich auch für Handys und Smartphones. Daher ist zum Beispiel der Kopf bei der Verwendung von Freisprecheinrichtungen deutlich geringeren Feldstärken ausgesetzt als bei Telefonaten, in denen das Handy beziehungsweise Smartphone unmittelbar an das Ohr gehalten wird. Nicht nur bei fest installierten Freisprecheinrichtungen, zum Beispiel in Kraftfahrzeugen, ist dieser Effekt zu beobachten, sondern auch bei der Nutzung kabelgebundener und kabelloser Headsets.