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Mobilfunk

Hochfrequente elektromagnetische Felder zur Übertragung von Radio, Fernsehen und Mobilfunk werden mit Sendeantennen verbreitet. Beim Mobilfunk sorgt das Netz der in Deutschland über 70.000 Antennen-Standorte (Stand: 2013, Quelle: Bundesnetzagentur ) mit Basisstationen dafür, dass praktisch überall mit Handy und Smartphone telefoniert sowie Daten empfangen und gesendet werden können. An einem Standort sind oft mehrere Mobilfunkantennen verschiedener Netzbetreiber installiert.

Funkzellen

Durch jeden Antennenstandort wird für jeden dort vertretenen Betreiber eine „Funkzelle“ gebildet. Die nebeneinander liegenden Funkzellen überlappen sich, so dass es zu einer automatischen Übergabe eines Gesprächs oder des laufenden Datenverkehrs von einer Antenne zur nächsten kommt, wenn man sich bewegt und dabei die Funkzelle wechselt (zum Beispiel beim Zugfahren oder im fahrenden Auto). In ländlichen Gebieten beträgt der Radius einer Funkzelle viele Kilometer, in Ballungsräumen besteht dagegen ein dichteres Netz kleinerer Funkzellen. Die Sendeleistung der Basisstationen variiert dabei zwischen 10 und 50 Watt bei Reichweiten von wenigen 100 Metern bis zu 30 Kilometern. Je nach Mobilfunk-Standard (GSM, UMTS oder LTE, Geschichtlicher Rückblick) und Netzbetreiber werden beim Mobilfunk Frequenzen zwischen ca. 870 MHz und 2690 MHz verwendet.
Schematische Darstellung des Prinzips eines Mobilfunk-Netzes mit Einteilung in Funkzellen
Grafik: Informationszentrum Mobilfunk e.V.

Abstrahlung der Mobilfunk-Antennen

Mit dem Abstand von der Antenne nimmt die Feldintensität ab, und zwar bei gleichmäßiger Abstrahlung im Falle der Feldstärke umgekehrt proportional (d. h. zum Beispiel in 10 m Abstand noch 1/10 der Ausgangs-Feldstärke) und im Falle der Leistungsdichte quadratisch (d. h. zum Beispiel in 10 m Abstand noch 1/10² = 1/100 der Ausgangs-Leistungsdichte).
Anders als bei vielen Antennen von Radiosendern und Fernsehsendern strahlen Mobilfunkantennen jedoch nicht gleichmäßig in alle Richtungen ab. Das Feld wird vielmehr mit Hilfe von Reflektoren entweder vertikal (bei Rundstrahlantennen) oder vertikal und horizontal (bei Sektorantennen) gebündelt, so dass es bei den häufig verwendeten Sektorantennen zu einer keulenförmigen Abstrahlung in eine Hauptstrahlrichtung (zur Versorgung des Fernbereichs) und in mehrere Nebenstrahlrichtungen (zur Abdeckung des Nahbereichs) kommt (Abbildung). Dadurch sind die Immissionen in der direkten Umgebung einer Mobilfunk-Basisstation bei gleicher Sendeleistung deutlich geringer als bei Radio- oder Fernsehsendern.
Vertikale Bündelung bei einer Sektorantenne für den Mobilfunk, die auf einem Hochhaus angebracht ist. Ungleichmäßige Feldverteilung am Boden im Nahbereich der Antenne mit Zonen geringer Leistungsdichte (unten links), angegeben in mW/m²
Abbildung mit freundlicher Genehmigung des Bayerischen Staatsministeriums für Umwelt und Verbraucherschutz

Verteilung der Mobilfunk- und Rundfunksender

Das Netz der Mobilfunk-Basisstationen ist viel dichter als bei Rundfunk-Sendern. Sie können daher mit viel geringerer Leistung senden als Radiosender und Fernseh-Sender und werden gefahrlos auch in bewohntem Gebiet installiert. Auf den Internetseiten der Bundesnetz¬agentur sind alle genehmigungspflichtigen Sender in der EMF-Datenbank mit ihren Standorten in Deutschland sowie ihren spezifischen Eigenschaften verzeichnet (Bundesnetzagentur, siehe Abbildung).
Standorte der Funkanlagen in der Aachener Innenstadt
Quelle: Bundesnetzagentur, Kartendaten: Google, GeoBasis-DE/BKG

Handys und Smartphones

Während eine Basisstation dauernd Funksignale abstrahlt, sendet ein Handy oder Smartphone hauptsächlich bei Gesprächen, Datenverbindungen und Kurzmitteilungen (SMS). Außerdem werden kurz Signale gesendet, wenn z. B. bei einer Autofahrt die Funkzelle gewechselt wird und das Gerät Kontakt zu einer neuen Basisstation aufnimmt. Wenn kein Gespräch geführt wird und keine Daten ausgetauscht werden – also im Bereitschafts- oder Standby-Modus – empfängt ein eingeschaltetes Mobiltelefon zwar laufend Kontrollsignale von der nächsten Basisstation, sendet seinerseits aber nur alle paar Minuten ein kurzes Signal, um mitzuteilen, wo es sich befindet. Während des Telefonierens, beim Rufaufbau (hierbei maximale Sendeleistung!) oder bei laufendem Datenverkehr ist das eigene Mobiltelefon die stärkste Hochfrequenz-Feldquelle, welcher der Mensch in seiner alltäglichen Umgebung ausgesetzt ist. Die von sämtlichen anderen Hochfrequenz-Quellen in der Umwelt ausgesandten Felder tragen weitaus weniger zur persönlichen Exposition bei (Quelle: EMF Spectrum). Der Grund dafür ist, dass Mobiltelefone zwar eine wesentlich niedrigere Sendeleistung als eine Antennenanlage haben, die Entfernung zum Körper jedoch viel geringer ist (beim Telefonieren vor allem die Entfernung zum Kopf). Außerdem ist der Körper dem elektromagnetischen Feld einer Basisstation aufgrund der großen Distanz gleichmäßig ausgesetzt, während das Handy oder Smartphone vorwiegend den Kopf oder andere Körperteile lokal exponiert (siehe Abbildung). Die Sendeleistung ist von der Verbindungsqualität zwischen dem Handy und der Basisstation abhängig und wird bei schlechter Verbindung (z. B. in der abschirmenden Metallhülle eines Autos) hochgeregelt. Heute arbeiten Handys und Smartphones nach den Mobilfunk-Standards GSM, UMTS oder LTE. Die Sendeleistung erreicht im GSM-900-Netz einen Spitzenwert von 2 Watt und im GSM-1800-Netz von 1 Watt. Durch die automatische Leistungsregelung liegen die Mittelwerte bei der Sprachübertragung weit darunter und können 250 mW bzw. 125 mW erreichen (Quelle: Bundesamt für Umwelt (S.53)). UMTS-Mobiltelefone senden kontinuierlich mit maximal 125 mW mittlerer Leistung, können diese durch eine bessere Leistungsregelung aber noch wesentlich effizienter reduzieren als GSM-Mobiltelefone (Quelle: Bundesnetzagentur).

Bei den von Handys und Smartphones ausgesandten elektromagnetischen Feldern wird zur Angabe der vom Körpergewebe aufgenommenen Energie die spezifische Absorptionsrate (SAR) verwendet. Die Energie wird im Gewebe hauptsächlich in Wärme umgewandelt. Die SAR wird daher in Watt pro Kilogramm Gewebe (W/kg) ausgedrückt und bei entsprechenden Messungen oder Simulationen über 6 Minuten Einwirkdauer gemittelt. In dieser Zeit hat sich ein Gleichgewicht zwischen der Energiezufuhr und der Wärmeverteilung im Gewebe eingestellt. Durch Mittelung über verschiedene Körpermassen wird mit standardisierten Verfahren zur SAR-Ermittlung zwischen der Exposition des ganzen Körpers (Ganzkörper-Exposition) oder Teilen des Körpers (Teilkörperexposition; z. B. nur des Auges im Falle der 10-Gramm-SAR) unterschieden. Wegen der Nähe eines Handys oder Smartphones zum Körper werden bei entsprechenden Angaben meist die Situationen „Handy am Ohr“ und „Handy am Körper getragen“ unterschieden.

Auskunft über die ausgesendeten Feldstärken von Mobilfunk-Sendeanlagen sowie Handys und Smartphones gibt die Feldquellen-Datenbank im EMF-Portal (Mobilfunk). Weitere Informationen zur SAR von Handys sowie eine aktuelle Tabelle mit SAR-Werten der marktüblichen Handys bietet das Bundesamt für Strahlenschutz an.
Exposition des Kopfes beim Telefonieren mit einem Handy. Die höchsten Werte treten im hellen Bereich am Ohr in den äußeren Schichten des Kopfes auf. Nach innen nimmt die Intensität stark ab und ist im schwarzen Bereich 100.000-fach niedriger als außen
Abbilung mit freundlicher Genehmigung der IT'IS Foundation, ETH Zürich