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Évaluation de l'intensité du champ électromagnétique dans la ville de Toronto

Analyse des données

Pour faciliter l'analyse des données, on a préparé un logiciel. Le but visé était d'interpréter les données recueillies et de produire la force des signaux reçus en dBm pour chaque canal de fréquence, ainsi que de noter le rapport porteuse/bruit (rapport C/N). Essentiellement, le programme a utilisé la puissance de bande reçue de chaque canal de fréquence pour calculer l'intensité du champ électrique, a normalisé les valeurs par rapport aux limites respectives du CS 6 et a calculé le carré des valeurs. On a obtenu le pourcentage maximal et le pourcentage moyen par rapport à la limite du CS 6 pour chaque emplacement en faisant la somme des valeurs maximales et moyennes respectives.

Les données recueillies consistaient en la force des signaux reçus, l'excursion de fréquence et le rapport C/N. Le tableau n^o 04 présente des spécimens de ces données.

Lorsque le rapport C/N était nul ou négatif, le canal était considéré comme inactif pour ce balayage particulier et n'était pas compté dans la moyenne. L'intensité de champ électrique de chaque canal actif a été calculée au moyen de la formule suivante :

E_c = P_r + AF + C_a + A_t - 13 dBV/m

où :

E_c est l'intensité de champ électrique du canal en dBV/m
P_r est le niveau du signal reçu en dBm où :
A_F est le facteur d'antenne en dB/m
C_a est la perte dans le câble en dB
A_t est un atténuateur externe en dB, le cas échéant

La valeur globale par rapport à la limite du CS 6 pour un emplacement surveillé est la somme des carrés des valeurs normalisées du champ électrique de tous les canaux de fréquence actifs en ce qui concerne la limite du CS 6. Elle est exprimée par la formule mathématique suivante :

CS 6 = Σ ( E_c / L_f ) ² (sans unité)

où :

CS 6 est le pourcentage total de la limite du CS 6
E_c est l'intensité de champ électrique du canal en V/m
L_f est la limite de champ électrique du CS 6 pour la fréquence de fonctionnement

L'annexe A donne les valeurs par rapport au CS 6 fondées sur le niveau maximal des signaux reçus pour chaque canal pour chaque emplacement. Ces valeurs représentent le pire cas, c'est-à-dire que tous les canaux actifs émettent simultanément durant la période de surveillance.

Une méthode de « passage » a été utilisée pour donner un scénario plus probable. On a calculé la valeur par rapport au CS 6 pour chaque emplacement, en faisant la somme des carrés des valeurs normalisées de l'intensité de champ électrique de chaque canal actif de la sous-bande, par balayage. Chaque période de surveillance a consisté en au moins 50 balayages par sous-bande. L'annexe A donne les valeurs maximale et moyenne par rapport au CS 6, d'après la méthode de « passage » pour chaque emplacement. Il est à remarquer que des périodes de surveillance plus longues auraient augmenté la précision du niveau maximal de rayonnement non ionisant et donné de meilleures valeurs moyennes temporelles pour l'emplacement. Toutefois, en raison du nombre d'emplacements et du calendrier du projet, chaque emplacement a fait l'objet d'une surveillance pour une période d'environ trois heures.

Plusieurs hypothèses ont été faites au cours des mesures et du projet. Un principe fondamental voulait que le délai nécessaire pour compléter un passage de la bande de fréquence était égal au temps de transmission des signaux ou plus court. Cela voulait dire que tous les signaux transmis étaient enregistrés par le système, qui n'en manquait aucun à cause de cycles d'utilisation courts. Une autre hypothèse cruciale supposait qu'au moment des mesures, tous les émetteurs étaient entièrement opérationnels et qu'ils fonctionnaient à leur puissance habituelle. Enfin, s'il fallait augmenter l'atténuation pour compenser une surcharge, le fait que les signaux de niveau faible n'étaient plus enregistrés n'aurait pas d'incidence majeure sur les résultats d'ensemble.

Résultats

Le niveau RF le plus élevé calculé à 1,75 m au-dessus du sol, sans compensation par polarisation croisée, était de 5,63 % de la valeur du CS 6 au Metro Hall (ou 17 fois moins que cette valeur). Cet emplacement est délimité par le siège social de la programmation du réseau de langue anglaise de la Société Radio-Canada (SRC) au sud, le Royal Alexandra Theater au nord, l'immeuble Metro Hall à l'ouest et le Roy Thompson Hall à l'est. Il se trouve à moins de 400 m de la base de la Tour CN et de la First Canadian Place, qui abritent la plupart des émetteurs de radiodiffusion FM et de télévision de la ville. On a noté que la valeur mesurée variait considérablement lorsque l'antenne de réception était déplacée. C'est pourquoi on a surveillé l'emplacement à quatre reprises pour tenir compte de cette fluctuation.

C'est au Spadina Parkette qu'on a enregistré la deuxième valeur mesurée la plus élevée. L'antenne de réception était située à 1,75 m au-dessus du sol, en ligne de visibilité directe avec la Tour CN et la First Canadian Place. Comme il s'agit d'un vaste espace ouvert, la réflexion était réduite au minimum à cet emplacement. Des photographies, les coordonnées et des observations ont été prises pour chaque emplacement, et l'annexe B en présente des spécimens.

La troisième valeur mesurée la plus élevée à 1,75 m au-dessus du sol a été prise au Harbour Front, à côté de la station du service de police du grand Toronto. Un facteur important qui a contribué à la valeur mesurée en vertu du CS 6 à cet endroit est la présence d'un emplacement de radiodiffusion AM, en raison de la proximité d'émetteurs de radiodiffusion AM situés sur l'île de Toronto, directement à travers le lac Ontario. D'autres signaux de radiodiffusion FM et de télévision étaient partiellement bloqués par les gratte-ciel situés aux environs de l'emplacement où les mesures ont été prises.

L'annexe A résume les pourcentages moyen et maximal par rapport aux limites du CS 6 aux emplacements inspectés, à 1,75 m au-dessus du sol. Les figures n^os 04 et 05 présentent graphiquement les endroits inspectés dans la ville, en indiquant les pourcentages maximaux par rapport au CS 6.

On a analysé l'intensité de champ RF de chaque endroit pour déterminer la contribution de divers services de radiocommunications, nommément la radiodiffusion, la téléphonie cellulaire, les SCP, les systèmes de télécommunications multipoint locaux (STML), le téléappel, le service mobile terrestre et le service aéronautique. Tous les niveaux établis en vertu du CS 6 aux emplacements inspectés étaient considérablement plus bas que les limites d'exposition des lignes directrices^{Note 3}, à 1,75 m au-dessus du sol. En règle générale, les principaux services qui ont contribué aux valeurs en vertu du CS 6 à chacun des emplacements inspectés comprenaient des services de radiodiffusion (AM, FM et télévision), allant de 44 % à 71 % de la valeur mesurée, selon ce qui entourait les emplacements de mesure. Les services mobiles terrestres, y compris le téléappel bi-directionnel et le partage de canaux, ont contribué environ de 10 % à 26 % de la valeur mesurée. Les services de téléphone sans fil (SCP et téléphone cellulaire) ont contribué environ de 9 % à 24 % de la valeur mesurée. Les services aéronautiques ont contribué 12 % de la valeur mesurée à proximité de l'aéroport international Pearson, mais très peu ailleurs.

Toutefois, selon la proximité des émetteurs de radiocommunications aux antennes de réception utilisées pour l'inspection, leur contribution à la valeur mesurée pourrait être beaucoup plus élevée. Par exemple, à l'intersection de l'avenue Lawrence Est et du chemin Don Mills (emplacement n^o 29), le principal élément qui a contribué (65 % de la valeur totale mesurée) était le signal d'un service mobile fonctionnant à 157,830 MHz, à 0,09588 % de la limite du CS 6 (ou 1 043 fois moins que cette limite).

Figure 4: Niveaux enregistrés normalisés en vertu du CS 6 d'après le signal reçu maximal (pourcentage de la limite)

Figure 5: Niveaux enregistrés normalisés en vertu du CS 6 d'après le signal reçu maximal au centre-ville de Toronto (pourcentage de la limite)

Conclusions

Menée dans le but de mesurer le champ électromagnétique dans la bande de 150 kHz à 3 GHz à des emplacements choisis, l'inspection a permis de déterminer que les endroits ouverts au public au sol (à la hauteur de 1,75 m) se trouvent bien au-dessous des limites d'exposition du public au rayonnement non ionisant recommandées par Santé Canada. Le pourcentage maximal établi en vertu du CS 6, d'après les niveaux maximaux mesurés pour chaque fréquence, était inférieur à 6 % de la limite du CS 6 (ou 16 fois moins que la limite) au niveau du sol au Metro Hall.

D'après les emplacements inspectés, ce sont souvent les services de radiodiffusion qui ont contribué le plus à l'énergie totale à 1,75 m au-dessus du sol. Selon l'endroit où se trouvent les emplacements inspectés et ce qui les entoure, les services de radiodiffusion ont contribué de 44 % à 71 % de la valeur totale mesurée. Les valeurs combinées en vertu du CS 6 pour le service mobile terrestre, les services à partage de canaux et le service de téléappel (services traditionnellement exploités dans les bandes de fréquences des services mobiles terrestres) variaient de 10 % à 26 % de la valeur totale mesurée. Les services téléphoniques sans fil (SCP et téléphone cellulaire) ont contribué à la valeur totale mesurée dans une proportion variant entre 9 % et 24 %. Les aides à la navigation du service aéronautique n'ont pas contribué de façon importante à la valeur totale aux emplacements inspectés, sauf dans le cas des emplacements situés à proximité de l'aéroport, où la valeur mesurée était d'environ 12 %. Comme les niveaux RF réels étaient assez faibles, on peut dire, sans risque d'erreur, que le pourcentage total par rapport au CS 6 d'un emplacement donné a été touché par des émetteurs mobiles situés à proximité, comme cela a été effectivement le cas aux emplacements n^os 29 et 25.

Recommandations techniques

Même si l'Explorateur de spectre est encore un instrument de laboratoire type, il a pu prendre les mesures nécessaires. Ses contraintes étaient ses caractéristiques matérielles, qui l'ont empêché d'être aussi portatif que possible et, par conséquent, de prendre des mesures à des endroits peu faciles d'accès au moyen de véhicules. Comme dans le cas de tout autre appareil, il y a toujours place à l'amélioration en vue d'un gain d'efficacité : l'intégration de récepteurs, de cartes de conversion analogique/numérique et d'un PC contrôlé sur le bus commun PCI comme une seule unité ayant un cadre industriel avec une unité de disque dur externe dans le but d'accroître la vitesse, la robustesse et la collecte de données. Un convertisseur analogique-numrique et un récepteur ayant une largeur de bande plus grande permettraient de prendre des mesures plus rapidement. On sent le besoin de mettre au point d'autres logiciels pour l'Explorateur de spectre afin d'y ajouter les fonctions suivantes : enregistrement de la position déterminée au moyen du GPS, tableaux donnant les pertes dans les câbles et le facteur d'antenne, limites du CS 6, calcul et réglage automatique du temps de surveillance nécessaire d'après la largeur de la bande de fréquences et des canaux, mécanisme de compensation des surcharges servant à éviter toute perte de précision des données et du temps de mesure et seuil d'enregistrement automatique des données, établi d'après le signal le plus élevé et la précision souhaitée.

Comme les antennes n'ont habituellement pas de diagramme de rayonnement omnidirectif parfait dans le plan horizontal ou vertical, on recommande de tourner l'antenne d'essai sur les deux axes, lorsqu'on connaît la source. Une rotation continue lente ou par paliers de l'antenne de réception dans le plan horizontal permet de s'assurer de la réception de signaux maximaux dans toutes les directions lorsqu'il s'agit de sources inconnues. Une plate-forme non métallique et un dispositif de rotation télécommandé contribueraient à obtenir un niveau de signal de réception maximal sans risque de réflexion sur le corps humain. L'antenne de réception devrait avoir la largeur de bande la plus grande possible et être robuste et étalonnée avec la plus grande précision possible.

Le câble de raccordement du récepteur à l'antenne devrait être à faible perte, souple, à double blindage, à grande largeur de bande et d'au moins 50 pieds pour éviter que le diagramme de rayonnement de l'antenne de réception soit touché par un corps humain ou un véhicule de mesure. Le connecteur de câble doit être libre de poussière et d'eau avant d'être raccordé à l'antenne et au récepteur. Des couvercles de connecteur en plastique peuvent s'avérer nécessaires, surtout lorsque les mesures sont prises en hiver. Il serait utile de disposer d'un jeu d'atténuateurs extérieurs fonctionnant dans la gamme de fréquences du c.c. à 50 GHz lorsqu'il s'agit de champs élevés.