Σχήμα 1: Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αποτελείται από κύματα που στην πλειονότητά τους είναι αόρατα. Από την ακτινοβολία αυτή, μόνο ένα μικρό τμήμα της μπορεί να εντοπισθεί από το ανθρώπινο μάτι και αποτελεί το ορατό φως που παράγει τα διάφορα χρώματα του ουράνιου τόξου.

Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία εμφανίζονται σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων (ηλεκτρομαγνητικό φάσμα) που χωρίζεται σε επιμέρους περιοχές (ζώνες συχνοτήτων) (σχήμα 1). Το φάσμα των συχνοτήτων περιλαμβάνει την ιονίζουσα και τη μη ιονίζουσα ακτινοβολία. Η ιονίζουσα ακτινοβολία είναι αυτή που έχει συχνότητα υψηλότερη από το ορατό φως. Είναι μικρότερου μήκους κύματος και μεταφέρει πολύ υψηλή ενέργεια.

Η ιονίζουσα ακτινοβολία περιλαμβάνει την κοσμική ακτινοβολία, τις ακτίνες Χ και τις ακτινοβολίες α, β και γ ραδιενεργού διάσπασης. Χαρακτηρίζεται με τον όρο «ιονίζουσα», διότι προκαλεί ιονισμό της ύλης, δηλαδή (με επιστημονική ορολογία) το φωτόνιό της διαθέτει τέτοια ενέργεια, ώστε μπορεί να εκδιώξει ένα ηλεκτρόνιο από ένα άτομο της ύλης. Η ακτινοβολία αυτή μπορεί να προκαλέσει άμεση βλάβη στη βιολογική ύλη και συγκεκριμένα στο DNA των κυττάρων.

Οι πηγές των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, στα οποία υποβαλλόμαστε καθημερινά (ραδιοκύματα, μικροκύματα, ηλεκτρισμός), είναι μεγάλου μήκους κύματος και χαμηλής συχνότητας. Δεν μπορούν να προκαλέσουν ιονισμό, διότι η ενέργεια που μεταφέρουν είναι μικρή. Δεν μπορούν να σπάσουν χημικούς δεσμούς στα μόρια των κυττάρων.

Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που παράγονται από τα καλώδια ηλεκτρικού ρεύματος και τις οικιακές ηλεκτρικές συσκευές, είναι εξαιρετικά χαμηλής συχνότητας που φτάνουν μέχρι 300 Hz. Οι ραδιοσυχνότητες βρίσκονται μεταξύ 10 MHz και 300 GHz.

Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία (ΗΜΠ), υπάρχουν παντού στο περιβάλλον μας και προέρχονται από φυσικές ή τεχνητές πηγές. Το γήινο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το ηλιακό φως, οι κεραυνοί, ο χτύπος της καρδιάς, το ανθρώπινο νευρικό σύστημα αποτελούν φυσικές πηγές ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Στις τεχνητές πηγές περιλαμβάνονται οι οικιακές ηλεκτρικές συσκευές (ηλεκτρική σκούπα, φούρνος μικροκυμάτων, ψυγείο, τηλεόραση κ.λ.π.), οι γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος, οι τηλεοπτικοί και ραδιοφωνικοί σταθμοί, οι σταθμοί βάσης κινητής τηλεφωνίας, τα ραντάρ κ.λ.π. (σχήμα 2).

Σχήμα 2: Πηγές Η/Μ ακτινοβολίας

Θα πρέπει να τονιστεί ότι η ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικού πεδίου προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία μπορεί να είναι υψηλής ή χαμηλής έντασης, συνεχή ή μικρής διάρκειας.

Τα ηλεκτρικά πεδία δημιουργούνται λόγω διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά δυναμικού, τόσο ισχυρότερο είναι το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει. Η μονάδα μέτρησης της έντασης των ηλεκτρικών πεδίων είναι βολτ ανά μέτρο (V/m).

Τα μαγνητικά πεδία δημιουργούνται όταν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα. Όσο πιο υψηλή είναι η ένταση του ρεύματος τόσο πιο δυνατό θα είναι το μαγνητικό πεδίο. Όταν διακοπεί το ηλεκτρικό ρεύμα, το μαγνητικό πεδίο μηδενίζεται. Μια συσκευή, όπως για παράδειγμα ο στεγνωτήρας μαλλιών, παράγει μαγνητικό πεδίο μόνο όταν το ηλεκτρικό ρεύμα τη θέτει σε λειτουργία. Η διακοπή του ρεύματος, εξαφανίζει άμεσα το μαγνητικό πεδίο. Η μονάδα μέτρησης της έντασης των μαγνητικών πεδίων είναι αμπέρ ανά μέτρο (A/m).

Η πρώτη πρακτική εφαρμογή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για τηλεπικοινωνιακούς σκοπούς χρονολογείται το 1895, από τον Marconi, ενώ στις δεκαετίες του '80 και του '90 χρησιμοποιήθηκαν για την κινητή και τη δορυφορική επικοινωνία αντίστοιχα.

Το 1987, στο πλαίσιο της Ενιαίας Ευρωπαϊκής Πολιτικής για τις Τηλεπικοινωνίες, δημιουργήθηκε το σύστημα κινητής τηλεφωνίας GSM (Global System for Mobile Communications), το οποίο σήμερα λειτουργεί σε περισσότερες από 210 χώρες του κόσμου.

Η βασική φιλοσοφία των δικτύων GSM είναι η ραδιοκάλυψη του χώρου, ώστε κάθε στιγμή να είναι δυνατή η σύνδεση των κινητών τηλεφώνων με τους σταθμούς βάσης. Ο κάθε σταθμός βάσης δημιουργεί κυψέλες ραδιοκάλυψης σε μικρές γεωγραφικές περιοχές. Για το λόγο αυτό, το GSM ονομάζεται και κυψελοειδές ή κυψελωτό σύστημα (σχήμα 3).

Σχήμα 3: Παράδειγμα κυψελωτού συστήματος τηλεπικοινωνιών

Το μέγεθος μιας κυψέλης εξαρτάται από τον αναμενόμενο αριθμό των χρηστών κινητών τηλεφώνων κάθε περιοχής. Έτσι, σε αραιοκατοικημένες περιοχές (π.χ. αγροτικές), οι κυψέλες είναι μεγάλες, με διάμετρο που μπορεί να ξεπερνάει τα 35 χλμ. Αντίθετα, σε πυκνοκατοικημένες περιοχές, όπως οι μεγαλουπόλεις, οι κυψέλες είναι μικρές και δεν ξεπερνούν τις μερικές εκατοντάδες μέτρα. Αυτό συμβαίνει, διότι στις μεγάλες πόλεις η χρήση των κινητών τηλεφώνων είναι ιδιαίτερα αυξημένη και απαιτούνται περισσότεροι σταθμοί βάσης κινητής τηλεφωνίας, μικρότερης όμως εμβέλειας, για την κάλυψη μιας συγκεκριμένης περιοχής. Έτσι, η ισχύς λειτουργίας ενός σταθμού βάσης πρέπει να είναι πολύ χαμηλή, γιατί σε διαφορετική περίπτωση θα παρεμβάλλεται στη λειτουργία των υπολοίπων σταθμών βάσης, με συνέπεια την κακή ποιότητα επικοινωνίας. Επομένως, όσο περισσότεροι σταθμοί βάσης είναι τοποθετημένοι σε μία περιοχή, τόσο μικρότερη είναι η ισχύς λειτουργίας του κάθε σταθμού.

Κάθε φορά που πληκτρολογείται ένας αριθμός κλήσης, τα τηλεπικοινωνιακά σήματα μεταδίδονται μέσω των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στον κοντινότερο σταθμό βάσης, από εκεί στα κέντρα διαχείρισης κλήσεων των εταιριών κινητής τηλεφωνίας ή του ΟΤΕ και άλλων τηλεπικοινωνιακών οργανισμών (αν η κλήση κατευθύνεται σε σταθερό τηλέφωνο) και καταλήγουν στο τηλέφωνο του καλούμενου (σταθερό ή κινητό).