Единицы напряженности поля

«В чем разница между дБу, дБм, дБуВ и другими единицами? Когда инженеры, техники и продавцы оборудования говорят о единицах усиления антенны и напряженности поля, возникает путаница. Люди в разных дисциплинах отрасли радиосвязи видятЯ говорю на разных языках, и большинство людей не говорят на разных языках. ----- FMUSER " 

# Единицы усиления антенны
Хотя напряженность поля в любом месте не зависит от усиление антенныПолученного напряжения на приемнике нет. Поэтому, давайте сначала рассмотрим усиление антенны

Усиление может быть выражено как множитель мощности или в дБ. Усиление антенны, указанное в дБ, относится либо к изотропному, либо к полуволновому диполю. Микроволновая промышленность повсеместно установила соглашение об усилении антенны в дБи (по отношению к изотропному). В отрасли сухопутной подвижной связи коэффициент усиления антенны почти повсеместно выражается в дБд (по сравнению с полуволновым диполем, а не изотропным.) 

См. также: >> В чем разница между "дБ", "дБм" и "дБи"?  

Когда производитель перечисляет прибыль как dBВы можете обычно предполагать, что указанное усиление равно дБд. Производители вещательных антенн обычно ссылаются на коэффициент усиления, когда мощность на входе антенны умножается на этот коэффициент усиления, чтобы получить эффективную излучаемую мощность.

Самая простая антенна - это изотропный излучатель. Это теоретическая антенна, которая излучает один и тот же уровень энергии во всех направлениях при подаче мощности на антенну. Даже несмотря на то, что этот тип антенны фактически не может быть сконструирован, использование концепции обеспечивает единый стандарт, по которому можно калибровать и сравнивать характеристики всех изготовленных антенн.

Рисунок 1: Полуволновой диполь и изотропная антенна

Антенна, которая может быть легко построена, представляет собой диполь полуволны. Половина длины волны дипольная антенна имеет усиление на 2.15 дБ больше, чем изотропная антенна. Диполь концентрирует энергию в определенных направлениях, так что излучение в этих направлениях больше, чем излучение изотропного источника с той же входной мощностью.

См. также: >> Лучше усиление антенны?

Следовательно, усиление антенны, относящейся к изотропному излучателю, представляет собой усиление, относящееся к полуволновому диполю, плюс 2.15 дБ:

Как показано на рисунке 1 (и рисунке 2), можно рассматривать направленную антенну (включая полуволновой диполь), чтобы сконцентрировать доступную энергию, подаваемую в антенну, и сосредоточить энергию, излучаемую от антенны, в желаемом направлении. Энергия, излучаемая в желаемом направлении (ях), увеличивается за счет уменьшения энергии, излучаемой в каком-либо другом направлении (ях).

Например, коллинеарная матрица из четырех дипольных антенн обычно имеет коэффициент усиления 6 дБд. Эта же антенна будет иметь усиление 8.15 дБи (по сравнению с изотропным).

Рисунок 2: Усиление в дБд против дБи

См. также: >> Советы по измерению усиления антенны 

Диаграммы направленности антенны иногда изображаются как усиление в дБ над полуволновым диполем. Другие шаблоны показаны в виде относительного напряжения поля. Они могут передаваться напрямую, если известно абсолютное усиление в дБд или дБи главного лепестка антенны. Уравнение выглядит следующим образом:


где:
● G - усиление в дБ по определенному азимуту

● Gm - максимальное усиление мощности в дБ относительно полуволнового диполя

● Rv - относительное напряжение поля для конкретного азимута

●Чтобы преобразовать значение усиления (в дБ) для определенного азимута в относительное значение поля, используйте следующее уравнение:


Когда максимальная эффективная излучаемая мощность и относительное напряжение поля на конкретном азимуте известны, эффективная излучаемая мощность на этом конкретном азимуте рассчитывается из следующего уравнения:

где:
● Rp - эффективная излучаемая мощность по определенному азимуту (в ваттах, кВт и т. Д.)

● P - эффективная излучаемая мощность в главном лепестке (макс.) В горизонтальной плоскости (в ваттах, кВт и т. Д.)

См. также:>> Базовая теория антенн: дБи, дБ, дБм дБ (мВт)

Единицы полевой напряженности
Существует также большая путаница в словаре для напряженности поля (также называемой напряженности поля). Значения обычно выражаются в дБу, дБмкВ и дБм, Каждая единица имеет свои достоинства и общее использование в определенных дисциплинах в индустрия радиосвязи, Однако широко распространенное заблуждение относительно того, как они связаны друг с другом, вызывает как разочарование, так и недопонимание в отношении конструкции системы и фактической производительности. Следующие условия будут обсуждаться подробно.

● дБу - E (напряженность электрического поля) всегда в децибелах выше одного микровольт / метр (дБмкВ / м)

● дБмкВ (с использованием греческой буквы µ ["mu"] вместо u) - напряжение, выраженное в дБ выше одного микровольта в конкретное сопротивление нагрузки; в наземных мобильных и вещательных сетях это обычно составляет 50 Ом.

● дБм - это уровень мощности, выраженный в дБ выше одного милливатта

# Напряженность электрического поля
Единица напряженности электрического поля dBu - это единица, широко используемая Федеральной комиссией по связи применительно к напряженности поля. Истинная напряженность электрического поля всегда выражается в некоторой относительной величине вольт / метр, а не в вольтах или милливаттах. Напряженность электрического поля не зависит от частоты, усиления приемной антенны, приемной антенны импеданс и получение в мозге потеря линии. Следовательно, эта мера может использоваться как абсолютная мера для описания зон обслуживания и сравнения различных средств передачи, независимо от множества переменных, введенных различными конфигурациями приемника.

Когда путь имеет беспрепятственную линию видимости и никакие препятствия не попадают в пределы 0.5 от первой зоны Френеля, что привело бы к дополнительному затуханию, напряженность полученного электрического поля будет приблизительно равна напряженности свободного пространства и может быть рассчитана из следующего уравнения:

где:
● ERP выражается в дБ выше 1 кВт

● d - расстояние, выраженное в километрах

См. также: >> Понимание основ усиления антенны

# Полученное напряжение и мощность
Несмотря на то, что расчеты напряженности электрического поля не зависят от характеристик приемника, упомянутых выше, прогнозы напряжения и принимаемой мощности, подаваемой на вход приемника, должны тщательно учитывать каждый из этих факторов. Корреляция между напряженностью электрического поля и напряжением, приложенным к входу приемника, невозможна, если вся вышеперечисленная информация не известна и не учтена при проектировании системы.

Когда к идентичным обстоятельствам применяются одинаковые условия (путь, частота, эффективная излучаемая мощность и т. Д.), Приведенные ниже уравнения позволят разработчику системы осуществлять перевод между различными системами с полной уверенностью.

Напряженность поля как функция принятого напряжения, усиления и частоты приемной антенны применительно к антенне, сопротивление которой составляет 50 Ом, может быть выражена как:


Решено для принятого напряжения это уравнение становится:

Для расчета мощности и напряжения при нагрузке 50 Ом:

Подставляя значение поля для напряжения из уравнения. 7:

Обратите внимание, что более общее уравнение для значений полного сопротивления (Z), отличных от 50 Ом:

И подставив значение поля для напряжения из уравнения. 7:

где:
● Gr - изотропное усиление приемной антенны

● Z - сопротивление системы в омах

Когда «контур напряженности поля» нанесен и идентифицирован в дБм или микровольтах (дБмкВ), важно знать эти значения частоты и усиления антенны. Пользователь должен понимать, что такие «контуры» действительны только для одной частоты и конкретного усиления приемной антенны, используемого для прогнозирования. В линии передачи приемной антенны также есть фиксированные потери - часто предполагаемые без потерь.

По этим причинам такие «контуры» неоднозначны, как прогнозы покрытия, когда все усиления приемной антенны и потери в линии передачи не идентичны для всех приемников. Чтобы определить уровень напряженности поля, необходимый для адекватного приема передаваемого сигнала, используйте приведенное выше уравнение 6, принимая во внимание частоту, усиление приемной антенны и необходимый уровень напряжения приемника для желаемого уровня подавления в приемнике.

См. также: >> Что такое VSWR: коэффициент стоячей волны напряжения 

Эти прогнозы относятся к напряжению на клеммах антенны. Фактические уровни напряжения и мощности на входе приемника должны учитывать дополнительные потери, присутствующие в приемной линии передачи. Эта потеря сигнала особенно важна на высоких частотах при длинных кабелях.

Рисунок 3: Электрическое поле иисходное напряжение и мощность

Рисунок 3 суммирует взаимосвязь между напряженностью электрического поля и напряжением и мощностью на входных клеммах приемника.

Напряженность электрического поля (в дБу) зависит только от:

● Эффективная излучаемая мощность передатчика.

● Расстояние от передатчика.

● потери от препятствий на местности.

Поскольку напряженность электрического поля не зависит от каких-либо характеристик приемника, это полезный стандарт для вычисления зон покрытия.

Электрическое поле индуцирует напряжение в антенне, передавая энергию в антенну. Напряжение (дБмкВ) на клеммах антенны является функцией усиления антенны для конкретной рассматриваемой частоты. Мощность (дБм), доступная на клеммах антенны, также является функцией полного сопротивления антенны (обычно 50 Ом).

Линия передачи (обычно коаксиальный кабель или волновод) соединяет клеммы антенны с входными клеммами приемника. Напряжение и мощность на входных клеммах приемника уменьшаются за счет потерь в этой линии передачи. Потери в линии передачи являются функцией размера и типа линии передачи и рабочей частоты. Кроме того, другие потери влияют на мощность, передаваемую на входные клеммы приемника. См. «Типичные значения потерь» в разделе «Технический справочник» для получения дополнительной информации о потерях внутри транспортных средств, потерях из-за близости корпуса с портативными приемниками и т. Д.

См. также: >> В чем разница между AM и FM? 

#Вывод
Очевидный вывод из этой информации состоит в том, что приемные системы с разными коэффициентами усиления антенны требуют существенно разных значений напряженности электрического поля для правильной работы. Контур зоны обслуживания (в дБмкВ или дБм), рассчитанный для мобильного приемника с постоянно установленной крышной антенной с высоким коэффициентом усиления, может вводить в заблуждение пользователей с портативными блоками антенны с низким коэффициентом усиления.

На основе предложенного фактического оборудования и приведенных выше уравнений разработчик системы теперь может рассчитать фактическую напряженность поля, необходимую для любой конкретной приемной системы. Можно ожидать, что эксплуатация приемников в областях, где напряженность поля соответствует или превышает проектный уровень для оборудования, обеспечит удовлетворительные рабочие характеристики системы. В техническом справочном разделе «Сетки напряженности поля» обсуждается преобразование значений напряженности электрического поля (вычисленных в дБу с помощью TAP) в другие единицы для построения графика непосредственно в дБм или дБмкВ.

Оставить сообщение 

Список сообщений