Do przeprowadzenia pomiarów eksperymentalnych wybrano cztery pomieszczenia wewnętrzne o różnych rozmiarach, których objętości wynosiły 63 m3 (wymiary 12 × 1,26/3 × 2,45 m), 162 m3 (27,15 × 1,93 × 3,1 m), 57 m3 (9 × 2,56 × 2,47 m) oraz 63 m3 (10 × 2,56 × 2,47 m). Szerokość pierwszego pomieszczenia nie była stała. W pierwszym i drugim pomieszczeniu długość wyznaczonej ścieżki wynosiła 12 m. W trzecim i czwartym pomieszczeniu długość wyznaczonej ścieżki odpowiadała maksymalnemu wymiarowi, tj. odpowiednio 9 i 10 m. Jednym z czynników wpływających na BSE jest rodzaj materiałów, z których zbudowane są pomieszczenia, ponieważ poziomy ekspozycji wzrastają w przypadku środowisk z materiałami przewodzącymi. W szczególności użyte przez nas pomieszczenia składały się z materiałów nierefleksyjnych. W takich warunkach BSE staje się istotne, ponieważ promienie odbite rejestrowane przez PEM w warunkach BSE są słabsze niż w przypadku materiałów przewodzących.
Wyniki uzyskane w etapie wstępnym przedstawiono w Rysunku 4, który porównuje dane zarejestrowane przez trzy PEM-y (jeden z tyłu, drugi z przodu i trzeci umieszczony 1 m dalej), podczas gdy użytkownik szedł w kierunku AP i oddalał się od niego. Poziomy pola elektrycznego zarejestrowane przez PEM noszony w zasięgu widoczności (LoS) źródła promieniowania są bardzo zbliżone do tych zarejestrowanych przez PEM umieszczony 1 m od osoby noszącej, oba w zasięgu LoS źródła promieniowania, choć zauważalne jest, że PEM w kontakcie z ciałem rejestruje niższe poziomy7. Dla obu ścieżek poziomy zebrane przez PEM-y noszone w obszarze cienia są niższe niż dane zebrane przez PEM-y noszone i nienoszone w zasięgu LoS.
Poziomy pola elektrycznego (E-field) rejestrowane przez PEM-y w każdej pozycji były bardzo podobne na obu ścieżkach, choć wystąpiły pewne różnice. W przypadku ścieżki oddalającej od punktu dostępowego (AP), analiza metodą różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD) wykazała, że fale padające mogą uginać się wokół ciała użytkownika i docierać do PEM-a noszonego po przeciwnej stronie, a nawet do PEM-a znajdującego się 1 m dalej, gdzie efekt ekranowania ciała (BSE) jest słabszy. Efekt ten jest bardziej znaczący w środowiskach wewnętrznych, ponieważ obszar zacienienia ciała jest niewielki. Z tego powodu dane rejestrowane przez PEM-y znajdujące się 1 m od użytkownika na obu ścieżkach były zbliżone do warunków pełnej ekspozycji.
W odniesieniu do noszonych PEM-ów, efekt sprzężenia z ciałem powoduje zniekształcenie wzoru promieniowania PEM (RD), co w konsekwencji wpływa na zarejestrowane dane. Jednakże, ponieważ dane zarejestrowane przez noszone PEM-y w warunkach LoS mają tendencję do bycia podobnymi, choć niższymi niż dane zarejestrowane przez PEM-y umieszczone w odległości 1 m, można wywnioskować, że w warunkach LoS ludzkie ciało ma pomijalny wpływ w porównaniu ze zniekształceniami wynikającymi z BSE.
Jak pokazano na Rysunku 4, we wszystkich pozycjach PEM poziomy pola elektrycznego (E-field) mają tendencję do bycia niższymi na ścieżce prowadzącej do AP, gdzie pozycja użytkownika jest frontalna względem źródła promieniowania. W zakresie GHz SAR w całym ciele (SARWB) jest nieco wyższy przy czołowo padającej fali płaskiej ze względu na morfologię człowieka: po stronie przedniej ciała znajdują się większe obszary skóry i bardziej chropowate powierzchnie (palce u nóg, stopy, podbródek, twarz). Pole E może skutecznie oddziaływać na te niewielkie części ciała, które w zakresie GHz są typowymi miejscami występowania szczytowych wartości SAR17.
Transmisja z AP jest przerywana, w związku z czym wiele poziomów zarejestrowanych przez PEM-y nie osiąga dolnego progu czułości, a liczba wyników poniżej progu wykrywalności staje się zbyt wysoka. Procent wyników poniżej progu wykrywalności uznawany za dopuszczalny wynosi poniżej 60%, przy czym podstawienie wartości może być akceptowalne, zgodnie z wyjaśnieniami Helsela18. Chociaż w wynikach przedstawionych na Ryc. 4 maksymalna liczba wyników poniżej progu wykrywalności wynosi 50%, co jest bliskie dopuszczalnego poziomu 60%, testy z użyciem AP są wystarczająco wiarygodne, aby potwierdzić, że 1 m jest optymalną odległością pozwalającą uniknąć BSE.
Zatem pozycja PEM znajdującego się 1 m od użytkownika jest optymalna do rejestrowania wiarygodnych poziomów ekspozycji na pole elektryczne (E-field) i nie jest ona obarczona niedoszacowaniem spowodowanym wpływem ciała. Uwzględniając te rozważania, pomiary przeprowadzono w czterech wybranych środowiskach, zarówno w polaryzacji poziomej, jak i pionowej, zgodnie z metodologią opisaną w poprzedniej sekcji: przy użyciu dwóch urządzeń PEM, z których jedno było noszone przez użytkownika w warunkach NLoS, a drugie znajdowało się 1 m od użytkownika w warunkach LoS względem źródła promieniowania.
Rysunek 5 oraz Rysunek 6 przedstawiają poziomy pola E w pierwszej i drugiej obudowie, w skali półlogarytmicznej i dla obu polaryzacji wzdłuż ścieżki prowadzącej do źródła promieniowania składającego się z anteny bikonicznej i generatora sygnałów. Niedoszacowanie BSE jest bezpośrednio zależne od rozmiaru otoczenia: niedoszacowanie jest większe w drugiej obudowie, a z kolei efekt ten jest silniejszy w obudowach zewnętrznych niż wewnętrznych. Należy zauważyć, że niedoszacowanie BSE jest większe przy polaryzacji pionowej niż poziomej, ponieważ rodzaj polaryzacji głównego źródła promieniowania wpływa na stopień oddziaływania BSE. Aby uniknąć dużej liczby wyników poniżej progu detekcji w przypadku cienia, bez dalszego przetwarzania zarejestrowanych danych, pomiary dla obu polaryzacji powtórzono z mocą nadawczą 25 dBm (316,12 mW) w drugiej obudowie. Rysunek 6 przedstawia przeskalowane pomiary do 20 dB w obu polaryzacjach, w skali półlogarytmicznej, aby umożliwić analizę poziomów pola E w przypadku cienia. W przypadku polaryzacji poziomej uniknięto wyników poniżej progu detekcji, choć w polaryzacji pionowej ich odsetek jest wciąż znaczny.
Pomiary w obu polaryzacjach przeprowadzono we wszystkich obudowach w warunkach testowych. Rycina 5 przedstawia wyniki dla pierwszej obudowy, przy czym dane w cieniu są podobne w obu polaryzacjach. Jednakże z wyników dla drugiej, największej obudowy, pokazanych na Rycini 6, wynika, że różnica danych w cieniu w obu polaryzacjach jest bardziej wyraźna niż na Rycini 5.
Aby określić różnicę w danych zacienionych dla obu polaryzacji w każdej obudowie, w Tabeli 2 przedstawiono współczynnik polaryzacji (PF), który określa stosunki między średnimi danymi niezacienionymi a zacienionymi w obu polaryzacjach, zgodnie z równaniem (1):
(1)
Z Tabeli 2 można wywnioskować, że im większa jest obudowa, tym większe są różnice między danymi bez cieniowania a danymi z cieniowaniem dla polaryzacji pionowej. Wyniki niniejszego badania wskazują na bardziej znaczące niedoszacowanie w polaryzacji pionowej niż w poziomej, ponieważ dla częstotliwości w okolicach 2100 MHz lokalny SAR w kończynach oraz głowie/tułowiu jest wyższy dla polaryzacji pionowej, w pozycji stojącej oraz gdy fale padają na ciało od przodu lub od tyłu17. Ponadto użytkownik nie jest mały w porównaniu z długością fali, zatem polaryzacja pionowa reprezentuje najgorszy możliwy scenariusz pod kątem absorpcji fali padającej24. Gdy główna oś ludzkiego ciała jest równoległa do wektora pola elektrycznego (co ma miejsce, gdy polaryzacja anteny bikonicznej jest pionowa), swoista absorpcja energii (SAR) ludzkiego ciała osiąga wartości maksymalne19. Teoretycznie fale spolaryzowane pionowo są w znacznie większym stopniu ekranowane przez ludzkie ciało w porównaniu z falami spolaryzowanymi poziomo. Wynika to z faktu, że w polaryzacji pionowej pole E oscyluje równolegle do długiej osi osoby noszącej urządzenie8. Ponieważ polaryzacja anteny jest kluczowym czynnikiem w BSE, właściwą polaryzacją jest polaryzacja pionowa, aby wykryć maksymalny wpływ obecności użytkownika na pomiary noszonego PEM oraz w warunkach NLoS20.
Poziomy ekspozycji uzyskane w czterech obudowach w warunkach testowych przedstawiono na Rysunku 7 w skali półlogarytmicznej. Wyniki symulacji przedstawiono wraz z pomiarami w każdym punkcie zdefiniowanej trasy, co wykazuje, że oba rodzaje danych zmieniają się w ten sam sposób w zależności od odległości od źródła promieniowania.
Tabela 3 odpowiednio podsumowuje zmierzone i symulowane poziomy pola elektrycznego. Dla każdego pomieszczenia podano średnią, odchylenie standardowe oraz wartości maksymalne i minimalne. Warto zwrócić uwagę na podobieństwo między wartościami statystycznymi danych eksperymentalnych i symulowanych. Podobieństwo między każdą parą serii danych eksperymentalnych i symulowanych sprawdzono również pod kątem pwartość uzyskana testem Kołmogorowa-Smirnowa (KS). Wartości p przedstawiono w Tabela 3. pWartości p były zawsze wyższe niż poziom istotności 0,05, co wskazuje na odpowiednią zgodność pomiędzy każdą parą serii danych eksperymentalnych i symulowanych. Ponadto, za pomocą testu KS potwierdzono, że funkcja rozkładu skumulowanego (CDF) każdej serii, zarówno eksperymentalnej, jak i symulowanej, zawsze odpowiada lognormalnemu rozkładowi statystycznemu w obu polaryzacjach.
Rysunek 7 przedstawia zmierzone i symulowane dane w pomieszczeniach wewnętrznych wykorzystywanych do testów oraz zgodność z progami ustalonymi w ustawodawstwie europejskim w oparciu o wytyczne ICNIRP, które stanowią podstawę wielu norm narażenia stosowanych obecnie na całym świecie w kontekstach ogólnych, domowych i zawodowych. W przypadku ogółu populacji limit narażenia na promieniowanie niejonizujące o częstotliwości 2.4 GHz wynosi 61 V/m. Wartość 61 V/m ustalona przez ICNIRP nie jest najbardziej rygorystycznym limitem pod kątem narażenia ludzi. Na świecie istnieją inne normy: w Ameryce Północnej IEEE ustanawia mniej restrykcyjne limity: 66.7 V/m dla środowisk niekontrolowanych, co odpowiada limitowi dla ogółu populacji w ICNIRP. Ponadto w Europie Wschodniej istnieją bardziej rygorystyczne przepisy, jak w przypadku Rosji, gdzie najsurowszy limit dla ogółu populacji wynosi 3.14 V/m. Na Rysunku 7 pomiary porównane z progiem ICNIRP nie są obarczone niepewnościami PEM, co zapewnia wiarygodność wyciągniętych wniosków w odniesieniu do zgodności z przepisami.

Rycina 1: Lokalizacja PEM podczas eksperymentu.

Rysunek 2: Predefiniowane ścieżki testów kontrolnych, w kierunku źródła promieniowania i z dala od niego, oraz położenie trzech dozymetrów.

Rysunek 3: Predefiniowana ścieżka pomiaru wykonanego w czterech obudowach, w kierunku źródła promieniowania, oraz pozycje dozymetrów. Przedstawiono długość obszaru testowego w pierwszej i drugiej obudowie, wynoszącą 12 m.

Rysunek 4: Funkcje CDF wyników trzech PEM w różnych pozycjach. Wyniki przedstawiono dla odległości 1 m, urządzenia noszonego przez użytkownika w warunkach LoS oraz urządzenia noszonego przez użytkownika w warunkach NLoS dla obu zdefiniowanych ścieżek – w kierunku źródła promieniowania oraz z dala od niego.

Rycina 5: Dane eksperymentalne uzyskane w pierwszej komorze o objętości 63 m3. Przedstawiono dane dla polaryzacji (a) pionowej oraz (b) poziomej, z uwzględnieniem i bez uwzględnienia wpływu ciała, przy mocy nadawczej 100 mW. Dane przedstawiono w funkcji liczby próbek zarejestrowanych przez PEM podczas chodzenia użytkownika w kierunku źródła. Wyniki przedstawiono w skali półlogarytmicznej.

Rycina 6Dane eksperymentalne uzyskane w 162 m3 druga obudowaDane przedstawiono dla (a) pionowy i (b) polaryzacja pozioma, z wpływem ciała i bez niego, przy mocy nadawczej 25 dBm (316,12 mW) i przeskalowaniu do 20 dBm (100 mW). Dane przedstawiono jako funkcję liczby próbek zarejestrowanych przez PEM podczas chodzenia użytkownika w kierunku źródła. Wyniki przedstawiono w skali półlogarytmicznej.

Rycina 7: Zmierzone i symulowane poziomy pola E dla polaryzacji pionowej. Poziomy przedstawiono dla (a) pierwszej (63 m3), (b) drugiej (162 m3), (c) trzeciej (57 m3) i (d) czwartej (63 m3) obudowy. Poziomy przedstawiono jako funkcję procentową limitu ekspozycji ICNIRP wynoszącego 61 V/m dla ogółu populacji w pasmie 2,4 GHz. Dane przedstawiono jako funkcję liczby próbek zarejestrowanych przez PEM podczas chodzenia użytkownika w kierunku źródła.
| Materiał | Przewodność | Względna |
| (S/m) | przenikalność |
| Sufit – płyta wiórowa | 0.001 | 2.5 |
| Podłoga – marmur | 0.00022 | 7 |
| Ściany boczne | 0.005 | 3 |
| Metal | 100 | 3 |
| Szkło | 1E-10 | 6 |
| Drewno | 0.0006 | 2 |
Tabela 1: Parametry elektromagnetyczne wykorzystane w symulacji.
| Obudowa | Objętość | Polaryzacja |
| (m3) | czynnik |
| 1 | 63 | 1.0635 |
| 2 | 162 | 1.3325 |
| 3 | 57 | 1.0235 |
| 4 | 63 | 1.0590 |
Tabela 2: Współczynnik polaryzacji dla każdej obudowy, obliczony jako stosunek średnich danych z obszarów niezacienionych i zacienionych. Podano rozmiary obudów.
| Obudowa | Rozmiar | Średnia (V/m) | Odchylenie std. (V/m) | Maks. (V/m) | Min. (V/m) | wartość p | wartość p |
| (m3) | Exp | Sim | Exp | Sim | Exp | Sim | Exp | Sim | PolV | PolH |
| 1 | 63 | 0.27 | 0.29 | 0.17 | 0.22 | 1.45 | 1.36 | 0.05 | 0.05 | 0.7296 | 0.8924 |
| 2 | 162 | 0.22 | 0.24 | 0.2 | 0.23 | 1.47 | 1.41 | 0.05 | 0.05 | 0.4579 | 0.3802 |
| 3 | 57 | 0.25 | 0.26 | 0.15 | 0.17 | 1.18 | 0.9 | 0.05 | 0.05 | 0.3740 | 0.3452 |
| 4 | 63 | 0.23 | 0.25 | 0.20 | 0.21 | 1.24 | 1.18 | 0.05 | 0.05 | 0.4679 | 0.4263 |
Tabela 3: Główne wartości statystyczne wyników eksperymentalnych i symulowanych w czterech obudowach w warunkach testowych dla polaryzacji pionowej i poziomej. Wskazano wymiary obudów.