LD-01 — Lignes directrices relatives à la mesure des champs de radioélectriques de la gamme de fréquences de 3 KHz à 300 GHz

4. Mesures

4.1 Considérations préalables

Avant d'effectuer le contrôle des champs électromagnétiques potentiellement dangereux, il est important de déterminer le plus grand nombre possible de caractéristiques connues des sources de ces champs. On pourra ainsi mieux évaluer l'intensité de champ prévue et, par conséquent, faire un meilleur choix d'appareils et de procédures d'essai.

Les caractéristiques des sources dont on devrait tenir compte sont notamment les suivantes :

1. Type de générateur RF et puissance de sortie.
2. Fréquence(s) porteuse(s), facteur de forme du signal, durée d'impulsion, fréquence de récurrence des impulsions, etc.
3. Caractéristiques de modulation, p. ex. valeurs de crête et moyenne, forme d'onde.
4. Intermittence, p. ex. faisceaux de balayage, facteurs d'utilisation opérationnels.
5. Nombre de sources. S'il y en a plusieurs, les signaux sont-ils cohérents, en partie ou en totalité? Les intensités pourront-elles s'ajouter linéairement ou créeront-elles des diagrammes de brouillage (ondes stationnaires, etc.)?
6. Fréquences parasites, y compris les harmoniques rayonnées.

Une liste de contrôle des caractéristiques du milieu pourrait comprendre les éléments suivants :

1. Distance entre la source et l'emplacement d'essai.
2. Type d'antenne et propriétés de l'antenne, notamment le gain, la largeur du faisceau, le site et l'azimut, l'orientation, la taille physique par rapport à la distance de la zone à contrôler (c.-à-d. champ proche, etc.).
3. Polarisation.
4. Présence d'objets dont les caractéristiques d'absorption ou de diffusion pourraient influer sur la répartition du champ à l'emplacement d'essai.

Un examen des éléments d'une telle liste est nécessaire pour éviter des problèmes parfois simples, mais souvent surprenants. Par exemple, il est nécessaire de connaître l'emplacement de la source et le trajet de propagation RF pendant les contrôles effectués à l'aide de sondes à main. C'est la seule manière d'effectuer une évaluation adéquate de l'effet de la présence du corps de l'utilisateur et d'éviter des erreurs de mesure. Dans un autre exemple de situation courante en cas de fuite, il se peut que les niveaux des champs EN soient dangereux pour l'utilisateur de l'appareil de contrôle et entraînent un mauvais fonctionnement des composants électroniques de l'appareil s'il n'a pas été conçu pour fonctionner en présence de ces champs.

Évaluation de l'intensité de champ prévue

Si les champs sont des champs lointains ou des champs de rayonnement proche d'une antenne, on peut se servir de l'information sur les calculs théoriques des champs d'exposition dans la section 4.2 pour obtenir une estimation de l'intensité des champs. Les ouvrages de référence généraux sur les antennes et le contrôle des risques sont utiles à cette fin.

En raison de la réflexion par le sol, les champs pourraient être quadruplés; le renforcement pourrait même être supérieur s'il y a des effets de concentration. Par ailleurs, il faut reconnaître que le facteur de risques de ces champs peut être trompeur s'ils sont mesurés en l'absence d'une personne. Par exemple, une personne exposée en face d'un plan réfléchissant réduit la grandeur de l'onde stationnaire.

Dans le cas des basses fréquences ou des antennes à petite ouverture, la présence de champs d'induction potentiellement dangereux devient pertinente. Étant donné qu'on ne peut calculer ces champs avec précision, il faut généralement mesurer les champs E et H. Cependant, on peut toujours utiliser la propriété générale (voir réf. [8]) selon laquelle les champs d'induction dominent à des distances « d » proches des sources, où 2πd/λ<<1. L'amplitude des régions d'induction diminue selon la formule 1/d² ou plus rapidement, tandis que l'amplitude des régions de champ de rayonnement lointain diminue selon la formule 1/d. On peut parfois utiliser des manuels généraux pour estimer les valeurs des champs E et H à ces fréquences inférieures. On peut consulter des documents spécifiques sur les caractéristiques de propagation de différentes antennes de radiodiffusion et de radiocommunication pour estimer les champs proches ou les champs lointains produits par ces sources.

Détermination du type d'appareil requis

Bien que beaucoup d'appareils conçus pour la mesure des champs électromagnétiques aient une grande largeur de bande, aucun de ceux-ci ne couvre toute la gamme de fréquences voulue et l'ensemble des paramètres pouvant présenter un intérêt. Certaines considérations générales régissant le choix d'un appareil sont présentées ci-dessous :

1. Fréquences. Les fréquences doivent être définies à l'avance pour permettre de choisir des appareils et des procédures de mesure adaptés. En présence de plusieurs fréquences, il faut utiliser un appareil à large bande avec réponse efficace vraie.
2. Temps de réponse. Il est généralement souhaitable d'entreprendre un contrôle à l'aide d'un appareil dont le temps de réponse (constante de temps de l'intégrateur) est d'une seconde ou moins (réglage « rapide » sur certains appareils offerts dans le commerce). On peut ainsi mesurer sommairement ou détecter les champs modulés par impulsions ou intermittents, p. ex. ceux créés par un faisceau de radar à balayage. Une fonction de maintien de la crête offerte sur certains appareils de contrôle peut indiquer avec précision les salves modérément rapides d'énergie RF (durée supérieure à plusieurs millisecondes). Une fois qu'on a repéré une zone d'intensité de champ élevée, il convient d'utiliser une constante de temps plus lente (3 secondes ou plus) pour obtenir la moyenne temporelle de l'intensité de champ. Si l'appareil de mesure des risques continue d'indiquer qu'il existe un champ intermittent, il faut recourir à d'autres moyens d'enregistrement et de détermination de la moyenne. Il existe des systèmes d'enregistrement de données spécialement conçus pour être utilisés avec des appareils de contrôle des risques RF.
3. Limites de puissance de crête. Il faut connaître les limites de puissance de crête de l'appareil pour éviter d'endommager les sondes dans certains champs pulsés à faible facteur d'utilisation, comme ceux qui sont associés aux radars.
4. Polarisation. Une connaissance de la polarisation des champs permet à l'utilisateur de l'appareil de contrôle de se servir d'une sonde non isotrope pour le contrôle des risques. Si la polarisation n'est pas connue, il est fortement recommandé d'utiliser une sonde isotrope pour assurer la précision de la mesure et faciliter l'exécution du contrôle dans un délai raisonnable.
5. Gamme dynamique. Il faut estimer les intensités maximales de champ prévues avant de mesurer les rayonnements d'une source RF. Il convient de choisir un appareil de contrôle pouvant résister à une exposition continue à des intensités de champ (E² ou H²) d'au moins dix fois la valeur prédéterminée pour éviter de détruire les détecteurs des sondes ou les conducteurs à haute résistance connectés à ces détecteurs. En outre, la sensibilité doit être suffisante pour assurer un rapport signal/bruit raisonnable pendant la mesure des intensités minimales de champ prévues.
6. Capacité de mesure en champ proche. En cas de fuites, ou si les champs à proximité d'une source doivent être mesurés, il faut prendre soin de choisir un appareil approprié.

Dans la mesure du possible, on doit estimer les intensités maximales de champ prévues pour faciliter le choix de l'appareil de contrôle adéquat. Dans de nombreux cas, il peut être préférable de commencer les mesures à l'aide d'un appareil à large bande capable de mesurer avec précision l'ensemble du champ provenant de toutes les sources. Si l'ensemble du champ ne dépasse pas les valeurs prescrites dans les lignes directrices pertinentes en matière d'exposition dans les zones accessibles et que la éthode de mesure utilisée est suffisamment précise, ces lignes directrices sont alors respectées et il est inutile d'effectuer d'autres mesures.

Quand on utilise un appareil de contrôle à large bande, on peut déterminer un niveau d'exposition moyen en déplaçant lentement la sonde d'abord dans le plan horizontal, puis dans le plan vertical, en balayant une zone d'environ un mètre carré. On peut estimer une moyenne en observant le relevé de l'appareil pendant ce balayage. Il est également souhaitable d'effectuer le relevé de l'intensité maximale du champ et, si l'appareil a une fonction de maintien de la crête, on peut obtenir cette donnée en notant la mesure de crête conformément aux instructions d'utilisation de l'appareil. Sinon, on peut déterminer la valeur maximale en enregistrant simplement la valeur de crête pendant le processus de balayage.

On a utilisé l'expression « points chauds » pour décrire les endroits où se produisent des lectures de crête dues à des distorsions locales du champ ou à d'autres perturbations dans le champ. Souvent, ces lectures se produisent près d'objets conducteurs, et il faut alors se demander s'il faut tenir compte de ces mesures aux fins de respect des lignes directrices.

Dans de nombreuses situations, il peut y avoir plusieurs sources RF. Par exemple, un parc d'antennes de radiodiffusion ou une tour plurifonctionnelle pourrait comporter plusieurs types de sources RF, notamment des émetteurs de radiodiffusion AM et FM et de télédiffusion, ainsi que des émetteurs de services mobiles terrestres et de liaisons hertziennes. En pareils cas, il est généralement utile de se servir d'appareils à large bande et à bande étroite pour caractériser parfaitement l'environnement électromagnétique.

On pourrait se servir d'un appareil à large bande pour déterminer le niveau apparent du champ global et on pourrait utiliser un appareil à bande étroite pour déterminer l'apport relatif de chaque signal au champ global.

À des fréquences supérieures à 300 MHz, il suffit généralement de mesurer seulement le champ électrique (E), ou le champ électrique quadratique moyen, en champ lointain. Cependant, à des fréquences moins élevées, il faut mesurer le champ électrique et le champ magnétique (H).

Dans de nombreux cas, il est nécessaire de procéder à un échantillonnage de données relativement important pour décomposer spatialement les zones d'intensification de champ qui peuvent être causées par les réflexions et le brouillage par trajets multiples. Il faut examiner de façon détaillée les zones normalement occupées par du personnel ou accessibles au public pour déterminer les risques d'exposition.

Si on utilise un appareil à bande étroite et une antenne linéaire, il faut déterminer, à chaque point de mesure, les intensités de champ dans trois plans mutuellement orthogonaux de l'antenne. Les valeurs de E² ou de H² sont alors égales à la somme des carrés des composantes de champ orthogonales correspondantes.

Si on utilise une antenne à ouverture, il faut la faire tourner en azimut et en site jusqu'à ce qu'on obtienne une valeur maximale. Il faut ensuite faire tourner l'antenne sur son axe longitudinal et répéter les mesures de façon à obtenir les composantes du champ à polarisation horizontale et à polarisation verticale.

Il faut utiliser, aux fins des mesures, des procédures qui réduisent les sources possibles d'erreurs. Par exemple, quand on connaît la polarisation d'un champ, tous les câbles associés à l'appareil de contrôle doivent être placés perpendiculairement au champ électrique pour réduire au minimum les champs captés par les câbles. Idéalement, il faut utiliser des câbles non conducteurs, p. ex. fibres optiques, étant donné que les champs captés par les câbles peuvent causer des erreurs importantes.

L'interaction de l'appareil complet (sonde et dispositif de lecture) avec le champ peut constituer un problème important à des fréquences inférieures à environ 10 MHz et il peut donc être souhaitable d'utiliser un appareil autonome pour mesurer le champ électrique à ces fréquences. En outre, à des fréquences inférieures à environ 1 MHz, le corps de la personne qui effectue la mesure peut devenir partie intégrante de l'antenne; on peut réduire alors les erreurs imputables aux champs captés par la sonde et les câbles et à l'interaction entre l'appareil et le corps en plaçant la sonde et les composants électroniques sur une structure diélectrique en bois ou en mousse de polystyrène, par exemple. À cet égard, il est également souhaitable de demander à tous les employés dont la présence n'est pas indispensable de sortir de la zone où le contrôle se déroule pour réduire au minimum les erreurs attribuables aux réflexions et à la perturbation des champs.

Dans les zones où les intensités de champ sont relativement élevées ou dans celles où les champs pulsés ont une puissance de crête élevée, il est conseillé de fixer occasionnellement la sonde et de faire tourner l'appareil de lecture et de déplacer le câble de connexion tout en notant la lecture de l'appareil. Toute variation importante indique généralement que les conducteurs captent des champs et qu'il y a des problèmes de brouillage. Quand on utilise un mesureur de champ ou un analyseur de spectre dans les environnements ci-dessus, le câble de l'antenne devrait être occasionnellement enlevé et remplacé par une terminaison à impédance adaptée. Toute mesure de l'appareil indique alors un champ capté ou du brouillage.

La dérive du zéro peut entraîner des erreurs importantes. Si on utilise un appareil qui nécessite une remise à zéro, il faut en vérifier fréquemment la dérive. Il faut faire cette vérification en blindant la sonde avec une feuille métallique, en arrêtant la ou les sources de rayonnement ou en retirant la sonde du champ.

4.2 Procédures

4.2.1 Généralités

Avant d'effectuer des mesures, il faut estimer l'intensité de champ prévue et déterminer le type d'appareil nécessaire, conformément à la section 4.1. Des méthodes et des équations supplémentaires de calcul de l'intensité de champ dans différentes situations sont données ci-dessous. Les procédures de mesure à utiliser peuvent varier en fonction de l'information disponible sur la source et sur la propagation.

Considérations techniques concernant les caractéristiques des sources RF

Bien que de nombreux facteurs viennent compliquer la prédiction des niveaux de densité de puissance à proximité des sources RF, on peut tout de même établir des estimations utiles. La qualité de ces calculs dépend de la méthode d'analyse utilisée, ainsi que de la précision des données concernant la puissance de crête, la durée d'impulsion, la fréquence de récurrence des impulsions, les diagrammes de rayonnement d'antenne, l'emplacement de l'antenne et les vitesses de balayage, qui sont utilisées dans les calculs théoriques. Il peut également être nécessaire d'apporter des corrections pour tenir compte des effets de champ proche. Les paramètres de fonctionnement énumérés ci-dessous doivent être spécifiés correctement pour permettre de calculer la moyenne vraie de puissance rayonnée de l'antenne et la densité de puissance qui en découle à un point lointain.

Pour toutes les sources (pulsées ou en ondes entretenues), il faut connaître ou estimer le type et la taille de l'antenne, le gain, le diagramme de rayonnement de l'antenne, y compris la largeur des faisceaux dans les plans E et H et la distribution des lobes latéraux, la hauteur de l'antenne au-dessus du sol, la fréquence de fonctionnement, l'orientation du faisceau de l'antenne (tous les cas possibles) et l'affaiblissement de la ligne d'alimentation qui relie le générateur RF à l'antenne. Pour le calcul des niveaux de densité de puissance prévus des sources modulées par impulsions, il faut utiliser les valeurs maximales possibles de la puissance de crête, de la durée d'impulsion et de la fréquence de récurrence des impulsions qui correspondent le mieux au facteur d'utilisation nominal maximal d'un émetteur, sans toutefois le dépasser. Dans le cas de sources multiples, il faut tenir compte de l'apport de chaque source lors de l'estimation de l'effet combiné.

Antennes - sur l'axe du faisceau

L'espace autour de l'antenne peut se diviser en trois régions :

1. Région d'induction. Il s'agit de l'espace qui entoure immédiatement l'antenne ou la source de fuites, dans laquelle les composantes d'induction (non rayonnantes) dominent et où l'énergie est emmagasinée dans le champ. La région d'induction s'étend sur une distance d'environ une longueur d'onde à partir de l'antenne, sauf dans le cas des grandes antennes (dont la taille physique est supérieure, dans toutes les dimensions, à plusieurs longueurs d'ondes).
2. Région de rayonnement proche (région de Fresnel). Dans cette région, qui commence à la distance de l'antenne où la région d'induction est réduite à une intensité peu importante, le gain d'antenne et la répartition angulaire du champ rayonné varient proportionnellement à la distance par rapport à l'antenne. Cela est dû au fait que les relations de phase et d'amplitude des différentes ondes qui arrivent au point d'observation à partir de zones différentes de l'antenne changent en fonction de la distance. Pour les antennes à réflecteur, par exemple les antennes paraboliques, le diagramme de répartition des rayonnements est un peu plus complexe.
3. Région de champ lointain (région de Fraunhofer). Cette région est suffisamment éloignée de la source pour que les relations de phase et d'amplitude des ondes arrivant de zones différentes de l'antenne ne varient pas sensiblement en fonction de la distance. Le gain d'antenne et la distribution angulaire sont essentiellement indépendants de la distance, et la densité de puissance est inversement proportionnelle au carré de la distance par rapport à la source. Même si la transition à partir du champ proche non rayonnant est graduelle, on suppose généralement que la région de champ lointain commence à une distance d'environ 2a²/λ pour les antennes à excitation équiphase et s'étend à l'infini (« a » correspond à la plus grande dimension linéaire de l'ouverture et « λ », à la longueur d'onde de la fréquence étudiée).

Ce critère ne convient pas à tous les types d'antenne et ne doit pas être appliqué indistinctement.

Pour calculer une valeur approximative de la densité de puissance maximale « W  » dans les régions de champ proche et de champ lointain d'une antenne, on se sert de l'équation 2.8 de la section 2.2.3.

Pour les antennes cornets et à réflecteur couramment utilisées, la densité de puissance maximale « W_m » prévue dans le champ de rayonnement proche peut être estimée à l'aide de l'équation 2.7 de la section 2.2.3.

Les valeurs prévues à l'aide de l'équation 2.7 seront à ± 3 dB de la valeur exacte (en l'absence de réflexions) pour les ouvertures carrées avec décroissances progressives uniformes d'amplitude en cosinus et en cosinus carré, et pour les ouvertures circulaires avec décroissances progressives allant d'une valeur uniforme jusqu'à (1-q²)³ (voir réf. [9]). (La décroissance progressive ou la répartition du champ dans l'ouverture pour les ouvertures circulaires peut être représentée par la fonction (1-q²)^p, où q=r/a, dans laquelle « a » est le rayon extérieur de l'ouverture circulaire et « r », un rayon à l'intérieur de l'ouverture. Quand l'exposant « p » augmente, la répartition du champ devient de plus en plus conique (décroissance progressive), c'est-à-dire qu'elle devient plus concentrée au centre de l'ouverture. Quand « p » diminue et s'approche de zéro, la répartition du champ dans l'ouverture s'approche de l'illumination uniforme.)

Si un calcul indique que la densité de puissance approximative est nettement inférieure à la limite d'exposition recommandée dans le Code de sécurité 6, il n'est généralement pas nécessaire d'effectuer d'autres calculs, étant donné que l'équation 2.7 permet de connaître la densité de puissance maximale qui peut exister sur l'axe du faisceau d'une antenne focalisée à l'infini, en l'absence de réflexions. (Une antenne focalisée à une distance inférieure pourrait produire une densité de puissance supérieure dans la région de son foyer; cette situation est cependant inhabituelle.)

Si le calcul effectué à partir de l'équation 2.7 donne une valeur de densité de puissance égale ou supérieure à la limite d'exposition recommandée, il faut alors supposer que cette valeur peut exister à n'importe quel point dans la région de champ de rayonnement proche et il faut prêter attention aux champs d'exposition dans les régions de champ lointain.

Les équations 2.7 et 2.8 ne tiennent pas compte de l'effet des réflexions par le sol. Des valeurs de densité de puissance qui dépassent la valeur en espace libre par un facteur de quatre peuvent se rencontrer quand le faisceau principal est dirigé vers un sol plan ou une surface réfléchissante. Si la forme de la surface réfléchissante est telle qu'elle produit des effets de focalisation, il peut même en résulter des valeurs supérieures. Après considération des sources d'erreurs susmentionnées, on peut calculer la distance à la limite de la zone potentiellement dangereuse (en présence de réflexions) comme suit :

Antennes - hors de l'axe du faisceau

Il est plus difficile de calculer la densité de puissance hors de l'axe du faisceau principal; cela exige la résolution d'équations mathématiques complexes. Une méthode révèle que la densité de puissance du faisceau collimaté dans le champ de rayonnement proche diminue, en fonction de l'accroissement de la distance, d'environ 12 dB par unité de rayon d'antenne. De nombreuses antennes n'ont pas de forme simple ni de décroissance progressive d'illumination. En pareils cas, la formule approximative ci-dessus ne s'applique pas directement, et une analyse plus complexe s'impose. Toutefois, un degré de précision élevé n'est pas exigé quand on calcule la densité de puissance prévue, compte tenu des nombreux paramètres physiques dans l'environnement qui créent des variations importantes dans les valeurs obtenues grâce à des calculs idéalisés.

Correction de balayage

Dans le cas des antennes à balayage, la densité de puissance moyenne en un point fixe est réduite de la valeur de la largeur de faisceau efficace du diagramme de rayonnement, divisée par l'angle de balayage (soit le nombre de degrés de rotation de l'antenne pendant un balayage). Ceci suppose qu'une vitesse de rotation constante est utilisée et que l'antenne tourne dans une seule direction, plutôt que de s'arrêter après un balayage et de changer de direction. Par conséquent, la distance potentiellement dangereuse est réduite d'au moins la racine carrée de ce rapport (si la période de rotation est inférieure au temps de détermination de la moyenne précisé dans le Code de sécurité 6). La largeur de faisceau efficace de l'antenne dans le champ lointain est, en règle générale, assez différente de la largeur de faisceau à 3 dB. La valeur exacte dépend du facteur de forme du diagramme de rayonnement et des lobes latéraux connexes.

Dans la région de Fresnel, l'angle efficace du faisceau varie en fonction de la distance. Dans ce cas, la densité de puissance moyenne « W  » de l'antenne à balayage se calcule approximativement à l'aide des équations suivantes :

et

où :

θ

= l'angle balayé, en degrés

P = la puissance moyenne émise

A = la surface équivalente de l'antenne

a = le diamètre ou la largeur de l'antenne

r = la distance par rapport à l'antenne

Si l'information relative à la source et à la propagation, à partir de laquelle le choix des méthodes de mesure est effectué, est jugée suffisante, on peut effectuer le contrôle après avoir estimé les intensités de champ prévues et choisi un appareil. On doit utiliser une sonde à grande puissance, dont le sélecteur de gammes est réglé sur l'échelle la plus sensible. Les zones de champs à forte intensité, par exemple dans le faisceau principal d'une antenne directive, doivent être approchées à partir d'une certaine distance, pour éviter le claquage de la sonde. L'utilisateur avance graduellement pour se rapprocher progressivement des régions où l'intensité des champs est plus élevée. Il faut prendre toutes les précautions nécessaires pour éviter la surexposition de l'utilisateur de l'appareil de contrôle et de l'appareil lui-même.

Par contre, si l'information n'est pas bien définie (par exemple, rapports de brouillage fort et intermittent), il peut être difficile d'effectuer un contrôle des risques sans d'abord réaliser une évaluation empirique de ces risques. On peut devoir utiliser plusieurs appareils pour effectuer un contrôle de détection des champs potentiellement dangereux quand on ne connaît pas les paramètres pertinents : fréquence, modulation, répartition dans la zone, etc. Les analyseurs de spectre et les mesureurs de champ qui affichent l'information sur le domaine fréquentiel, qui permettent d'analyser les caractéristiques de modulation en amplitude et qui ont une large plage dynamique, par exemple 60 dB de puissance, sont des appareils qui peuvent être utilisés dans de telles circonstances. Après cette procédure préalable, il peut être possible de passer à un contrôle plus probant à l'aide d'appareils isotropes de contrôle des risques.

4.2.2 Mesures en champ lointain - source unique

On peut utiliser un mesureur de champ accordable, dont la précision est acceptable et qui couvre la gamme de fréquences voulue, pour mesurer un champ à onde plane polarisée linéairement dont l'emplacement, la fréquence et la polarisation de la source sont connus. Cet appareil est utilisé avec une antenne traditionnelle étalonnée, par exemple un cornet ou un dipôle à gain standard. On peut aussi utiliser une sonde de contrôle des risques isotrope.

Les réflexions par trajets multiples peuvent créer des répartitions de champ très peu uniformes, en particulier à des fréquences supérieures à 300 MHz. La moyenne spatiale du champ dans la zone doit être considérée comme le niveau approprié pour établir une comparaison avec la limite d'exposition utilisée comme critère. Pour effectuer des mesures près d'objets métalliques, le bord de la sonde doit être éloigné d'au moins 3 longueurs de sonde, p. ex. 20 cm des objets.

Lorsqu'on monte ou tient l'antenne ou la sonde de mesure, il faut prendre soin d'éviter les réflexions ou les perturbations du champ qui pourraient être causées par le corps de l'utilisateur ou par le bâti. Au besoin, pour éviter les perturbations du champ, il faut recouvrir les parties métalliques du dispositif de mesure ou du bâti avec un matériau isolant de qualité appropriée. Dans la mesure du possible, les câbles de connexion de la sonde doivent être orientés de la façon normale par rapport au champ électrique. Quand cela n'est pas possible, ou que plusieurs effets de propagation par trajets multiples produisent des champs provenant de directions multiples, les câbles métalliques doivent être recouverts d'un matériau isolant, à moins que les essais ne démontrent que la position des câbles n'influe pas sur les mesures. Les éléments diélectriques doivent être les moins encombrants possible (section de réflexion minimale) et doivent être fabriqués à partir d'un matériau à faible constante diélectrique, ou avoir une épaisseur efficace T_E inférieure à un quart de longueur d'onde. L'épaisseur efficace se calcule à l'aide de l'équation suivante :

où « T » correspond à l'épaisseur physique et «Ε_r», à la permissivité relative. Même les plaques diélectriques (Ε_r > 2) peuvent modifier considérablement les champs à onde plane si l'épaisseur efficace est supérieure à 0,1 longueur d'onde. Pour obtenir une plus grande précision, on peut tenir compte des sources d'erreurs, de sorte que les intensités de champ réelles peuvent être évaluées avec une incertitude de moins de ± 2 dB. Pour obtenir ce niveau de précision à des fréquences supérieures à environ 300 MHz, il faut effectuer une mesure par balayage ou des mesures en de nombreux points par longueur d'onde pour obtenir des données sur les variations de l'intensité de champ dans la zone, qui sont dues à la propagation par trajets multiples et à d'autres éflexions.

4.2.3 Mesures en champ lointain - source complexe

Quand on mesure des champs provenant de sources multiples et relativement lointaines, dont la fréquence, la polarisation ou la direction de propagation est inconnue, il faut utiliser une sonde isotrope à large bande. Étant donné qu'il faut tenir compte des effets d'ondes stationnaires et des interactions des champs à sources multiples, il est nécessaire de balayer un volume d'espace dans la zone visée. La zone doit être divisée en une grille composée de carrés d'un mètre de côté, et les mesures doivent être prises à chaque intersection de cette grille. Des balayages doivent également être effectués dans le plan vertical, aux points d'intersection de la grille.

Dans le cas des sources multiples de polarisations inconnues, une sonde à axe unique (dipôle linéaire) ne peut pas être utilisée pour obtenir des données précises dans un délai raisonnable, étant donné qu'il faut effectuer des mesures dans les trois orientations orthogonales de la sonde pour s'assurer que toutes les composantes du champ sont prises en compte. S'il faut utiliser une sonde à axe unique ou une antenne à polarisation linéaire, il faut s'assurer que le champ à mesurer ne varie pas dans le temps. Même si on utilise une sonde isotrope, cet appareil doit être relativement exempt de sources d'erreurs de mesure causées par les réflexions produites par la sonde, les câbles, le boîtier du dispositif de lecture et l'utilisateur. L'utilisation de câbles de connexion à haute résistance et longs (plusieurs mètres) ou à fibres optiques pour la sonde réduit les problèmes de réflexion susmentionnés.

4.2.4 Mesures en champ proche

Étant donné qu'il existe des gradients de champ importants dans le champ proche d'un élément rayonnant actif ou d'un élément re-rayonnant passif, leur mesure nécessite l'utilisation d'une sonde avec un réseau de faibles dimensions électriques constitué de trois dipôles orthogonaux et, pour les fréquences inférieures à environ 300 MHz, avec un réseau de trois cadres orthogonaux de faibles dimensions électriques, pour effectuer de façon satisfaisante la décomposition de ces gradients spatiaux. Sinon, une grande sonde (sonde dont la dimension transversale de la surface équivalente est supérieure à un quart de longueur d'onde) permettra de mesurer une moyenne spatiale. En outre, un petit réseau d'antennes produit une perturbation minimale du champ, et les caractéristiques de rayonnement de la source ne sont pas modifiées (altération des champs d'induction). Étant donné que la polarisation des champs dans les mesures en champ proche est généralement inconnue, on doit utiliser, dans la plupart des cas, une sonde isotrope. Si la fréquence et la polarisation sont connues, il n'est pas nécessaire de recourir à un appareil à large bande. On peut alors utiliser plutôt une sonde à bande étroite à réponse uniforme dans un seul plan (qui s'apparente à certains appareils de contrôle de fours micro-ondes commerciaux équipés de deux dipoles orthogonaux).

4.2.5 Mesure du débit d'absorption spécifique (DAS)

Une évaluation minutieuse et bien documentée des DAS doit être faite afin d'assurer la conformité aux exigences du Code de sécurité 6. Il ne faut pas oublier que le champ interne dans le corps humain, et donc le DAS, n'est pas apparenté au champ externe de façon simple.

La détermination du DAS pour l'exposition des humains au champ rapproché est difficile et peut uniquement être accomplie en utilisant des modèles simulés du corps humain dans des conditions de laboratoire. Afin d'être valides, les méthodes de détermination doivent être fiables et raisonnablement précises. Des exemples de méthodes numériques pour la détermination du DAS sont la méthode d'impédance, la méthode des moments et la technique des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). Une représentation détaillée de la géométrie complexe et de la composition du corps humain est disponible grâce à l'utilisation de données de tomographie et d'imagerie par résonance magnétique. Des progrès récents dans le domaine des ordinateurs (mémoire et vitesse) et dans la technique FDTD ont mené au développement d'un outil pratique pour l'analyse du DAS dans la tête, de différents téléphones cellulaires. Cet outil numérique permet un modelage détaillé des éléments anatomiques humains non homogènes pertinents, tels que ceux dans la tête, qui peuvent être difficiles à modeler de façon expérimentale. Des logiciels pour calculer numériquement les DAS locaux et régionaux sont disponibles commercialement, mais lors de la rédaction du présent document, il n'y avait pas assez d'information pour discuter de l'exactitude des calculs.

Des méthodes de mesure ont été mises au point afin de déterminer le DAS dans des animaux de laboratoire et dans des modèles composés de matériaux synthétiques équivalents aux tissus. Ces modèles simulés sont nommés fantômes. Des méthodes de mesure sont utilisées pour vérifier l'exactitude des calculs numériques. Il existe deux méthodes de base pour mesurer le DAS. La première méthode consiste en l'utilisation d'une sonde de température pour mesurer les changements de température causés par la chaleur produite par l'absorption de l'énergie RF. Le DAS est ensuite calculé à l'aide de l'équation suivante :

où « ΔΤ » correspond à l'augmentation de la température (en °C) dans l'intervalle de temps « ΔΤ » (en secondes) et « c », à la chaleur spécifique du tissu (ou matériel fantôme), exprimée en J/kg°C. Le calcul du DAS à partir de l'augmentation de température ne peut se faire que si l'augmentation de température est linéaire dans le temps. Cette méthode convient à la mesure des DAS locaux quand les niveaux d'exposition (champs rayonnants) sont assez intenses pour que la hausse de température ne soit pas influencée significativement par des transferts de chaleur à l'intérieur et à l'extérieur du corps.

La deuxième méthode de base de détermination du DAS demande de mesurer le champ électrique dans le corps à l'aide de sondes implantables et puis de calculer le DAS à l'aide de l'équation suivante :

où « σ » correspond à la conductivité du tissu (S/m), « E », à la valeur efficace de l'intensité du champ électrique induit dans le tissu (V/m), et « ρ », à la masse volumique (kg/m³). Cette méthode ne convient que pour mesurer le DAS à des points spécifiques dans le corps, ainsi que pour des valeurs de DAS peu élevées, où l'énergie absorbée est insuffisante pour causer un changement détectable de la température. Les appareils utilisés pour réaliser ces mesures de DAS comprennent normalement une sonde de champ électrique implantable, un fantôme et un système informatisé de positionnement de la sonde. Ces appareils sont disponibles commercialement depuis peu et ils ont été utilisés pour vérifier la conformité d'émetteurs portatifs.

4.2.6 Mesure des courants induits et des courants de contact

Le Code de sécurité 6 exige la restriction de l'accès aux zones où l'intensité de champ est élevée pour limiter l'exposition des personnes aux courants induits et aux courants de contact; par ailleurs, des limites acceptables de niveau de courant induit et de courant de contact sont prescrites. Le courant induit est le courant RF induit dans le corps humain par l'exposition à des champs RF. On peut le mesurer à l'aide d'un détecteur (sonde) de courant spécial fixé à l'endroit voulu. Le courant de contact est le courant RF qui circule dans un corps humain qui est en contact avec un objet conducteur mal ou non mis à la terre, dans lequel une charge RF a été induite par un champ RF. Le courant de contact qui circule dans le corps dépend de la fréquence et de l'intensité du champ RF, de la taille et de la forme de l'objet et de l'impédance du corps. L'impédance du corps dépend de plusieurs facteurs, dont la taille et le poids de la personne et la composition du corps (c.-à-d. le rapport entre la masse maigre et la masse adipeuse), ainsi que de la nature et de l'importance du contact. Le courant de contact est déterminé à l'aide d'un circuit électrique simulant l'impédance d'un corps humain en contact de prise avec un objet conducteur isolé, alimenté en courant par un champ RF. Le Code de sécurité 6 donne de plus amples renseignements concernant la mesure des courants induits et des courants de contact.

Références

1. Santé Canada, Direction générale de la protection de la santé, Limites d'exposition humaine aux champs de radiofréquences électromagnétiques de la gamme de fréquences de 3 kHz à 300 GHz (Code de sécurité 6), 99-DHM-237, 1999.
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