L'effetto del corpo umano sulle proprietà di trasmissione dei microfoni senza filo
L'attribuzione della banda 700 MHz alle comunicazioni mobili ridurrà ulteriormente lo spettro delle frequenze a disposizione dei microfoni senza filo. Per queste applicazioni saranno dunque necessarie nuove bande di frequenza. Occorre tenere presente che il corpo umano influenza in modo significativo le proprietà di trasmissione dei microfoni senza filo.
Dr Ivica Stevanovic, Divisione Concessioni e gestione delle frequenze
L'attribuzione della banda 700 MHz alle comunicazioni mobili a banda larga diminuirà la porzione di spettro disponibile per i microfoni senza filo (Professional Wireless Microphone Systems - PWMS) (fig. 1), ragione per cui sarà sempre più difficile coprire il fabbisogno crescente in termini di trasmissione di questi microfoni nella porzione restante della banda UHF.
Per garantire la continuità dei servizi di microfoni senza filo si stanno vagliando altre possibili soluzioni, come per esempio lo spostamento delle frequenze di funzionamento nelle bande più elevate, o l'impiego di tecnologie all'avanguardia, come i sistemi di microfoni senza filo digitali.
Figura 1: l'attribuzione della banda UHF alle comunicazioni mobili a banda larga ridurrà progressivamente lo spettro a disposizione dei microfoni senza filo (dividendi digitali 1 e 2).
L'attenuazione di propagazione causata dal corpo umano ("body loss") rappresenta una delle sfide principali per lo spostamento delle frequenze di funzionamento in bande più elevate. I microfoni senza filo sono generalmente utilizzati in prossimità del corpo che, se si trova tra il microfono e l'apparecchio di ricezione, attenua la propagazione del segnale trasmesso dal microfono verso l'apparecchio di ricezione. L'effetto del corpo umano è di natura complessa e dipende da molteplici fattori. Questo effetto va circostanziato in modo preciso, allo scopo di poter quantificare un'eventuale diminuzione della qualità di comunicazione tra il microfono e l'apparecchio di ricezione.
Uno studio che esamina l'effetto del corpo umano sull'attenuazione di propagazione delle onde dei microfoni senza filo a seconda della frequenza, del tipo di microfono nonché delle dimensioni del corpo umano è stato realizzato dalla fondazione IT'IS (Information Technology In Society) del Politecnico federale di Zurigo, con il finanziamento dell'UFCOM.
Metodo e scenari di simulazione
Per realizzare questo studio, i ricercatori hanno utilizzato delle simulazioni computerizzate con tre modelli del corpo umano realistici. Questi modelli rappresentano degli utilizzatori con dimensioni corporee differenti (fig. 2), ossia un peso tra i 30 e 120 kg e un'altezza tra 1,35 e 1,78 m (un'approssimazione ragionevole per il totale degli utilizzatori). I modelli si basano su immagini RM ad alta risoluzione di volontari sani.
Figura 2: i modelli anatomici utilizzati nello studio.
Le simulazioni sono state effettuate su oltre 80 tessuti umani con proprietà specifiche, definite nella banca dati accessibile in rete (www.itis.ethz.ch/database).
I microfoni senza filo vengono tenuti in mano (hand-held, fig. 3) o posizionati vicino alla testa con un cavo di connessione al trasmettitore, fissato attorno alla vita sulla cintura (body-pack, fig. 4).
Figura 3: scenari con il microfono tenuto in mano (hand-held).
Figura 4: uno dei possibili scenari con il microfono senza filo fissato al corpo (body-pack).
Risultati e conclusioni
I diagrammi delle radiazioni e i tassi di assorbimento specifico (SAR) sono stati simulati per un'ampia gamma di frequenze che si estende dalla banda VHF (235 MHz) a quella SHF (6 GHz). L'interazione tra il microfono e il corpo umano dipende dalla frequenza di trasmissione del microfono e influenza i risultati ottenuti nel corso dell'intero studio.
A delle frequenze basse, il corpo assorbe e attenua le radiazioni in tutte le direzioni. Nella direzione principale il "body loss" è di circa 15 dB per i microfoni fissati al corpo e di circa 5 dB per i microfoni tenuti in mano ("hand-held"). L'attenuazione nella direzione dell'ombra è inferiore rispetto a frequenze più elevate.
Aumentando la frequenza, il corpo agisce maggiormente come un riflettore e assorbe meno energia. In determinate direzioni, anche il guadagno è maggiore. Nella direzione dell'ombra, l'attenuazione aumenta in proporzione alla frequenza ed è fortemente correlata alle dimensioni corporee.
Figura 5: I diagrammi delle radiazioni per la frequenza VHF di 235 MHz.
Figura 6: I diagrammi delle radiazioni per la frequenza SHF di 6 GHz.
Figura 7: I tassi di assorbimento specifico per i microfoni senza filo fissati al corpo.
Questo studio è di grande rilevanza per la valutazione dell'idoneità delle bande di frequenza più elevate per i sistemi di microfoni senza filo. I risultati e le conclusioni sono già stati resi noti alla SSR, alla APWPT (Association of Professional Wireless Production Technologies), a Sennheiser e ad altre organizzazioni coinvolte e amministrazioni nazionali in seno al gruppo di progetto PT SE7 dell'ECC WGSE (Electronic Communications Committee - Working Group Spectrum Engineering).
Oltre al "body loss" vi sono altri fattori che influenzano la qualità della connessione tra il microfono e l'apparecchio di ricezione; in questo modo, la propagazione si attenua in uno spazio libero o se si presentano degli ostacoli intorno al microfono. Anche questi effetti dipendono fortemente dalla frequenza.
