Jednostki natężenia pola

„Jaka jest różnica między dBu, dBm, dBuV i innymi jednostkami? Jest wiele zamieszania, gdy inżynierowie, technicy i sprzedawcy sprzętu mówią o jednostkach wzmocnienia anteny i natężeniu pola. Ludzie z różnych dziedzin przemysłu radiokomunikacyjnego widząm mówić różnymi językami, a większość ludzi nie jest wielojęzyczna. ----- FMUSER ” 

# Jednostki zysku anteny
Podczas gdy siła pola w dowolnym miejscu jest niezależna od zysk anteny, napięcie odbierane w odbiorniku nie jest. Dlatego najpierw rozważmy zysk anteny

Wzmocnienie może być wyrażone jako mnożnik mocy lub w dB. Wzmocnienie anteny podane w dB odnosi się do dipola izotropowego lub półfalowego. Przemysł mikrofalowy powszechnie ustanowił konwencję raportowania zysku anteny w dBi (w odniesieniu do izotropii). Przemysł telefonii lądowej niemal powszechnie wyraża zysk anteny jako dBd (w odniesieniu do dipola półfalowego, a nie izotropowego). 

Zobacz także: >> Jaka jest różnica między „dB”, „dBm” i „dBi”?  

Gdy producent podaje zysk jako dB, można ogólnie założyć, że odniesionym wzmocnieniem jest dBd. Producenci anten rozgłoszeniowych zwykle odnoszą się do wzmocnienia mnożnika, w którym moc wejściowa anteny jest mnożona przez ten zysk, aby uzyskać efektywną moc promieniowania.

Najprostszą anteną jest grzejnik izotropowy. Jest to teoretyczna antena, która emituje ten sam poziom energii we wszystkich kierunkach, gdy do anteny doprowadzane jest zasilanie. Chociaż tego typu anteny nie da się w rzeczywistości skonstruować, zastosowanie tej koncepcji zapewnia jednolity standard, w stosunku do którego można skalibrować i porównać wydajność wszystkich produkowanych anten.

Rysunek 1: Dipol półfalowy a antena izotropowa

Antena, którą można łatwo zbudować, to dipol o połowie długości fali. Połowa długości fali antena dipolowa ma zysk 2.15 dB większy niż antena izotropowa. Dipol koncentruje energię w określonych kierunkach, tak że promieniowanie w tych kierunkach jest większe niż promieniowanie ze źródła izotropowego o tej samej mocy wejściowej.

Zobacz także: >> Czy więcej anteny zyskuje lepiej?

Dlatego zysk anteny odniesionej do izotropowego promiennika to zysk odniesiony do dipola o połowie długości fali plus 2.15 dB:

Jak pokazano na ryc. 1 (i ryc. 2), można uznać, że antena kierunkowa (w tym dipol półfalowy) koncentruje dostępną energię dostarczaną do anteny, skupiając energię wypromieniowaną z anteny w pożądanym kierunku. Energia wypromieniowana w pożądanym kierunku (kierunkach) jest zwiększana przez zmniejszenie energii wypromieniowywanej w niektórych innych kierunkach.

Na przykład, kolinearna matryca czterech anten dipolowych zwykle ma zysk 6 dBd. Ta sama antena będzie miała zysk 8.15 dBi (w odniesieniu do izotropowego).

Rysunek 2: Zysk w dBd vs. dBi

Zobacz także: >> Wskazówki dotyczące pomiaru wzmocnienia anteny 

Kierunkowe wzory anten są czasami wykreślane jako zysk w dB powyżej dipola półfalowego. Inne wzory są pokazane jako względne napięcie pola. Można je przenosić bezpośrednio, o ile zna się absolutne wzmocnienie dBd lub dBi głównego płata anteny. Równanie jest następujące:


gdzie:
● G jest zyskiem w dB dla określonego azymutu

● Gm to maksymalny przyrost mocy w dB odniesiony do dipola półfalowego

● Rv jest względnym napięciem pola dla określonego azymutu

●Aby przekonwertować wartość wzmocnienia (w dB) na określonym azymucie na względną wartość pola, użyj następującego równania:


Gdy znana jest maksymalna efektywna moc promieniowania i względne napięcie pola na określonym azymucie, efektywną moc promieniowania na tym konkretnym azymucie oblicza się z następującego równania:

gdzie:
● Rp to efektywna moc promieniowania na określonym azymucie (w watach, kW itp.)

● P to efektywna moc promieniowania w głównym płacie (maks.) W płaszczyźnie poziomej (w watach, kW itp.)

Zobacz także:>> Podstawowa teoria anteny: dBi, dB, dBm dB (mW)

Jednostki natężenia pola
W słownictwie dotyczącym natężenia pola występuje również duże zamieszanie (zwane również natężeniem pola). Wartości są powszechnie wyrażane w dBu, dBµV i dBm. Każda jednostka ma zarówno zalety, jak i wspólne zastosowanie w niektórych dyscyplinach w przemysł radiokomunikacyjny. Jednak powszechne zamieszanie na temat ich wzajemnych relacji powoduje zarówno frustrację, jak i nieporozumienia dotyczące projektu systemu i rzeczywistej wydajności. Poniższe warunki zostaną szczegółowo omówione.

● dBu to E (natężenie pola elektrycznego) zawsze w decybelach powyżej jednego mikrowolta / metr (dBµV / m)

● dBµV (używając greckiej litery µ [„mu”] zamiast u) to napięcie wyrażone w dB powyżej jednego mikrowolta w określonej impedancji obciążenia; w telefonii stacjonarnej i komórkowej jest to zwykle 50 omów.

● dBm to poziom mocy wyrażony w dB powyżej jednego miliwata

# Natężenie pola elektrycznego
Jednostka natężenia pola elektrycznego dBu jest jednostką szeroko stosowaną przez Federalną Komisję Łączności w odniesieniu do natężenia pola. Rzeczywista siła pola elektrycznego jest zawsze wyrażana w pewnej względnej wartości woltów / metr - nigdy w woltach lub miliwatach. Natężenie pola elektrycznego jest niezależne od częstotliwości, wzmocnienia anteny odbiorczej, anteny odbiorczej impedancja i odbieranie transmisja utrata linii. Dlatego miara ta może być wykorzystana jako miara bezwzględna do opisu obszarów usług i porównania różnych urządzeń nadawczych niezależnie od wielu zmiennych wprowadzanych przez różne konfiguracje odbiorników.

Gdy ścieżka ma niezakłóconą linię wzroku i żadne przeszkody nie mieszczą się w granicach 0.5 pierwszej strefy Fresnela, co wprowadziłoby dodatkowe tłumienie, otrzymane natężenie pola elektrycznego będzie zbliżone do siły wolnej przestrzeni i może być obliczone na podstawie następującego równania:

gdzie:
● ERP wyraża się w dB powyżej 1 kW

● d jest odległością wyrażoną w kilometrach

Zobacz także: >> Zrozumienie podstaw zdobywania anteny

# Otrzymane napięcie i moc
Chociaż Obliczenia natężenia pola elektrycznego są niezależne od wyżej wymienionych cech odbiornika, prognozy napięcia i odbieranej mocy dostarczanej na wejście odbiornika muszą dokładnie uwzględniać każdy z tych czynników. Korelacja między natężeniem pola elektrycznego a napięciem przyłożonym do wejścia odbiornika jest niemożliwa, chyba że wszystkie powyższe informacje są znane i uwzględnione w projekcie systemu.

Gdy dokładnie takie same warunki (ścieżka, częstotliwość, efektywna moc promieniowania itp.) Zostaną zastosowane w identycznych okolicznościach, poniższe równania pozwolą projektantowi systemu na translację między różnymi systemami z całkowitą pewnością.

Natężenie pola w funkcji odbieranego napięcia, wzmocnienia i częstotliwości anteny odbiorczej po przyłożeniu do anteny, której impedancja wynosi 50 omów, można wyrazić jako:


Rozwiązane dla otrzymanego napięcia równanie staje się:

Do obliczeń mocy i napięcia przy obciążeniu 50 omów:

Podstawiając wartość pola na napięcie z Eq. 7:

Zwróć uwagę, że bardziej ogólne równanie dla wartości impedancji (Z) innych niż 50Ω to:

I zastępując wartość pola napięciem z Eq. 7:

gdzie:
● Gr jest wzmocnieniem izotropowym anteny odbiorczej

● Z jest impedancją układu w omach

Kiedy wykreślany jest „kontur natężenia pola” i identyfikowany w dBm lub mikrowoltach (dBµV), ważne jest poznanie tych wartości częstotliwości i wzmocnienia anteny. Użytkownik musi zrozumieć, że takie „kontury” są ważne tylko dla jednej częstotliwości i określonego wzmocnienia anteny odbiorczej zastosowanego do prognozowania. Istnieje również stała utrata w linii transmisyjnej anteny odbiorczej - często uważana za bezstratną.

Z tych powodów takie „kontury” są niejednoznaczne jak prognozy zasięgu, gdy wszystkie wzmocnienia anteny odbiorczej i straty linii transmisyjnej nie są identyczne dla wszystkich odbiorników. Aby określić poziom natężenia pola niezbędny do odpowiedniego odbioru transmitowanego sygnału, użyj równania 6 powyżej, biorąc pod uwagę częstotliwość, wzmocnienie anteny odbiorczej i wymagany poziom napięcia odbiornika dla pożądanego poziomu wyciszenia w odbiorniku.

Zobacz także: >> Co to jest VSWR: Stosunek fali stojącej napięcia 

Te prognozy dotyczą napięcia na zaciskach anteny. Rzeczywiste poziomy napięcia i mocy na wejściu odbiornika muszą uwzględniać dodatkowe straty występujące w odbierającej linii przesyłowej. Ta utrata sygnału jest szczególnie istotna przy wysokich częstotliwościach, gdy kable są długie.

Rysunek 3: Pole elektryczne i ponowniepobrane napięcie i moc

Ryc. 3 podsumowuje zależność między natężeniem pola elektrycznego a napięciem i mocą na zaciskach wejściowych odbiornika.

Natężenie pola elektrycznego (w dBu) jest funkcją tylko:

● Efektywna moc promieniowana nadajnika.

● Odległość od nadajnika.

● Straty spowodowane przeszkodami w terenie.

Ponieważ natężenie pola elektrycznego jest niezależne od jakichkolwiek charakterystyk odbiornika, jest to użyteczny standard dla obliczeniowych obszarów zasięgu.

Pole elektryczne indukuje napięcie w antenie, przenosząc moc do anteny. Napięcie (dBµV) na zaciskach anteny jest funkcją wzmocnienia anteny dla konkretnej rozważanej częstotliwości. Moc (dBm) dostępna na zaciskach anteny jest również funkcją impedancji anteny (zwykle 50 omów).

Linia transmisyjna (zwykle kabel koncentryczny lub falowód) łączy zaciski antenowe z zaciskami wejściowymi odbiornika. Napięcie i moc na zaciskach wejściowych odbiornika są zmniejszone przez straty w tej linii przesyłowej. Straty na linii przesyłowej są funkcją wielkości i rodzaju linii przesyłowej oraz częstotliwości roboczej. Ponadto inne straty wpływają na moc przenoszoną na zaciski wejściowe odbiornika. Zobacz „Typowe wartości strat” w części Dokumentacja techniczna, aby uzyskać więcej informacji na temat strat w pojazdach, strat spowodowanych bliskością ciała z odbiornikami ręcznymi itp.

Zobacz także: >> Jaka jest różnica między AM a FM? 

#Wniosek
Oczywistym wnioskiem z tej informacji jest to, że systemy odbiorcze o różnych wzmocnieniach anteny wymagają znacznie różnych wartości natężenia pola elektrycznego do prawidłowego działania. Kontur obszaru serwisowego (w dBµV lub dBm) obliczony dla odbiornika mobilnego z zamontowaną na stałe anteną dachową o dużym wzmocnieniu może wprowadzać w błąd użytkowników posiadających ręczne urządzenia z anteną o niskim wzmocnieniu.

W oparciu o zaproponowane wyposażenie i powyższe równania, projektant systemu może teraz obliczyć rzeczywiste natężenie pola niezbędne dla konkretnego systemu odbiorczego. Oczekuje się, że eksploatacja odbiorników w obszarach, w których natężenie pola osiąga lub przekracza poziom projektowy urządzenia, zapewni satysfakcjonującą wydajność systemu. W sekcji technicznej informacji o siatkach natężenia pola omówiono konwersję wartości natężenia pola elektrycznego (obliczonego w dBu z TAP) na inne jednostki w celu wykreślenia bezpośrednio w dBm lub dBµV.

Zostaw wiadomość 

Lista komunikatów