Kenttävoimakkuusyksiköt

"Mitä eroa on dBu, dBm, dBuV ja muiden yksiköiden välillä? On paljon sekaannusta, kun insinöörit, teknikot ja laitemyyjät puhuvat antennin vahvistuksen yksiköistä ja kentänvoimakkuudesta. Radioviestinnän eri tieteenalojen ihmiset näkevätMinun on puhuttava eri kieliä, ja useimmat ihmiset eivät ole monikielisiä. ----- FMUSER " 

# Yksikköä antennin voittoon
Vaikka kenttävoimakkuus missä tahansa paikassa on riippumaton antennin vahvistus, vastaanottimen jännite ei ole. Siksi tarkastellaan ensin antennin vahvistuksia

Vahvistus voidaan ilmaista joko tehon kertoimena tai dB: nä. Antenninvahvistuksena, joka ilmaistaan ​​dB: ssä, viitataan joko isotrooppiseen tai puoliaallon dipoliin. Mikroaaltoteollisuus on yleisesti ottaen perustanut tavan ilmoittaa antennin voitto dBi: ssä (viitattu isotrooppiseen). Maaliikenneteollisuus on melkein yleisesti ilmaissut antennin vahvistuksen dBd: nä (viitattu puoliaallon dipoliin eikä isotrooppiseen). 

Katso myös: >> Mitä eroa on "dB", "dBm" ja "dBi" välillä?  

Kun valmistaja ilmoittaa voiton muodossa dB, voit yleensä olettaa, että viitattu vahvistus on dBd. Lähetysantennien valmistajat viittaavat yleensä kertojavahvistukseen, jossa antennin tuloteho kerrotaan tällä vahvistuksella tehokkaan säteilytehon tuottamiseksi.

Yksinkertaisin antenni on isotrooppinen jäähdytin. Tämä on teoreettinen antenni, joka säteilee samaa energian tasoa kaikkiin suuntiin, kun antenniin syötetään virtaa. Vaikka tämän tyyppistä antennia ei voidakaan tosiasiallisesti rakentaa, konseptin käyttö tarjoaa yhdenmukaisen standardin, jota vastaan ​​kaikkien valmistettujen antennien suorituskyky voidaan kalibroida ja vertailla.

Kuva 1: Puoliaaltodipoli vs. isotrooppinen antenni

Helposti rakennettava antenni on puoliaallonpituinen dipoli. Puoli-aallonpituus dipoliantennin on vahvistuksen 2.15 dB suurempi kuin isotrooppinen antenni. Dipoli keskittää energian tiettyihin suuntiin siten, että säteily näihin suuntiin on suurempi kuin säteily isotrooppisesta lähteestä, jolla on sama syöttöteho.

Katso myös: >> Onko enemmän antenneja parempi?

Siksi isotrooppisessa säteilijässä käytettävän antennin vahvistuksena on vahvuus, joka viitataan puoli-aallonpituiseen dipoliin plus 2.15 dB:

Kuten kuviossa 1 (ja kuviossa 2) esitetään, suunta-antennin (mukaan lukien puoli-aalto-dipolin) voidaan katsoa keskittävän antenniin syötetyn käytettävissä olevan energian keskittämällä antennista säteilytetty energia haluttuun suuntaan. Haluttuun suuntaan (suuntiin) säteilytettyä energiaa lisätään vähentämällä toiseen suuntaan (suuntaihin) säteilytettyä energiaa.

Esimerkiksi kolmitaarisella neljän dipoliantennin ryhmällä on tyypillisesti vahvistus 6 dBd. Saman antennin vahvistuksena on 8.15 dBi (viitattu isotrooppiseen).

Kuva 2: Lisäys dBd: ssä vs. dBi

Katso myös: >> Vinkkejä antennin vahvistuksen mittaamiseen 

Suunta-antennikuviot on joskus piirretty vahvistukseksi dB puoliaallon dipolin yläpuolella. Muut kuviot esitetään suhteellisena kenttäjännitteenä. Ne ovat suoraan siirrettävissä, kunhan vain antennin pääkeilan absoluuttinen voitto dBd tai dBi on tiedossa. Yhtälö on seuraava:


jossa:
● G on vahvistus dB: nä tietylle atsimuutille

● Gm on suurin tehonlisäys dB: nä suhteessa puoliaallon dipoliin

● Rv on tietyn atsimuutin suhteellinen kenttäjännite

●Muuntaa tietyn atsimuutin vahvistusarvo (dB) suhteelliseksi kenttäarvoksi käyttämällä seuraavaa yhtälöä:


Kun suurimman tosiasiallisen säteilytehon ja tietyn atsimuutin suhteellinen kenttäjännite tunnetaan, kyseisen atsimuutin efektiivinen säteilyteho lasketaan seuraavasta yhtälöstä:

jossa:
● Rp on tietyn atsimuutin tosiasiallinen säteilyteho (watteina, kW jne.)

● P on vaakatason pääteipin (max) efektiivinen säteilyteho (watteina, kW jne.)

Katso myös:>> Perusantenniteoria: dBi, dB, dBm dB (mW)

Kenttävoimakkuuden yksiköt
Myös kentänvoimakkuuden sanastossa (jota kutsutaan myös kentän voimakkuudeksi) on paljon sekaannusta. Arvot ilmaistaan ​​yleensä dBu, dBµV ja dBm. Jokaisella yksiköllä on sekä ansioita että yhteistä käyttöä tietyillä tieteenaloilla radioviestinnän teollisuus. Kuitenkin laajalle levinnyt sekava suhde toisiinsa aiheuttaa sekä turhautumista että väärinkäsityksiä järjestelmän suunnittelusta ja todellisesta suorituskyvystä. Seuraavista ehdoista keskustellaan pitkään.

● dBu on E (sähkökentän voimakkuus) aina desibeleissä, jotka ovat yli yhden mikrovoltin / metri (dBµV / m)

● dBµV (käyttämällä kreikkalaista kirjainta µ ["mu"] u: n sijasta) on jännite, joka ilmaistaan ​​dB: ksi yhden mikrovoltin yläpuolella tiettyyn kuormitusimpedanssiin; maanpäällisessä mobiili- ja lähetystoiminnassa tämä on yleensä 50 ohmia.

● dBm on tehotaso, joka ilmaistaan ​​dB: nä yli yhden milliwattin

# Sähkökentän voimakkuus
Sähkökentän intensiteettiyksikkö dBu on yksikkö, jota Federal Communications Commission käyttää laajasti viitaten kentän voimakkuuteen. Todellinen sähkökentän voimakkuus ilmaistaan ​​aina jollain suhteellisella arvolla volteina / metri - ei koskaan volteina tai milliwattina. Sähkökentän voimakkuus on riippumaton taajuudesta, vastaanottoantennin vahvistuksesta, vastaanottoantennista impedanssi ja vastaanottaminen siirto linjan menetys. Siksi tätä mittaa voidaan käyttää absoluuttisena mittauksena palvelualueiden kuvaamiseksi ja eri lähetysmahdollisuuksien vertaamiseksi riippumattomina monista muuttujista, jotka eri vastaanotinkokoonpanot tuovat käyttöön.

Kun polulla on esteetön näköyhteys ja mitään esteitä ei ole 0.5: n päässä ensimmäisestä Fresnel-vyöhykkeestä, mikä lisäisi vaimennusta, vastaanotettu sähkökentän voimakkuus on suunnilleen vapaan tilan vahvuus ja se voidaan laskea seuraavasta yhtälöstä:

jossa:
● ERP ilmaistaan ​​dB: nä yli 1 kW

● d on etäisyys ilmaistuna kilometreinä

Katso myös: >> Antennin perusteiden ymmärtäminen

#Vastaanotettu jännite ja virta
Vaikka laskelmat Sähkökentän voimakkuuden parametrit ovat riippumattomia yllä mainituista vastaanottimen ominaisuuksista, vastaanottimen tuloon syötetyn jännitteen ja vastaanotetun tehon ennusteiden on otettava huolellisesti huomioon kaikki nämä tekijät. Vastaanottimen tuloon käytetyn sähkökentän voimakkuuden ja jännitteen välinen korrelaatio on mahdotonta, ellei kaikkia yllä lueteltuja tietoja tunneta ja oteta huomioon järjestelmän suunnittelussa.

Kun täsmälleen samat olosuhteet (polku, taajuus, tehokas säteilyteho jne.) Sovelletaan samoihin olosuhteisiin, seuraavat yhtälöt antavat järjestelmän suunnittelijalle mahdollisuuden kääntää eri järjestelmien välillä täysin luotettavasti.

Kenttävoimakkuus vastaanotetun jännitteen, vastaanottavan antennin vahvistuksen ja taajuuden funktiona antennille, jonka impedanssi on 50 ohmia, voidaan ilmaista seuraavasti:


Vastaanotetulle jännitteelle ratkaistu tämä yhtälö muuttuu:

Teho- ja jännitelaskelmiin 50 ohmin kuormaan:

Korvataan jännitteen kenttäarvo yhtälöstä. 7:

Huomaa, että yleisempi yhtälö muille impedanssiarvoille (Z) kuin 50Ω on:

Ja korvaamalla kenttäarvo jännitteelle Eq. 7:

jossa:
● Gr on vastaanottoantennin isotrooppinen vahvistus

● Z on järjestelmän impedanssi Ohmissa

Kun "kenttävoimakkuuden muoto" piirretään ja tunnistetaan dBm: nä tai mikrovolteina (dBµV), on tärkeää tietää nämä taajuuden ja antennin vahvistuksen arvot. Käyttäjän on ymmärrettävä, että tällaiset "muodot" ovat voimassa vain yhdellä taajuudella ja tietyn vastaanottavan antennin vahvistuksella, jota käytetään ennustamiseen. Vastaanottoantennin siirtolinjassa on myös kiinteä häviö - usein oletetaan olevan häviöttömä.

Näistä syistä sellaiset "muodot" ovat epäselviä peittoennusteina, kun kaikki vastaanottoantennin vahvistukset ja siirtolinjan häviöt eivät ole identtisiä kaikille vastaanottimille. Määrittääksesi kentänvoimakkuuden tason, joka tarvitaan lähetetyn signaalin riittävään vastaanottamiseen, käytä yllä olevaa yhtälöä 6 ottaen huomioon taajuus, vastaanottoantennin vahvistukset ja vaadittava vastaanottimen jännitetaso vastaanottimen halutulle hiljaisuuden tasolle.

Katso myös: >> Mikä on VSWR: Jännitteen pysyvän aallon suhde 

Nämä ennusteet koskevat antennin napojen jännitettä. Vastaanottimen tulon todellisten jännite- ja tehotasojen on otettava huomioon vastaanottavassa siirtojohdossa esiintyvät lisähäviöt. Tämä signaalin menetys on erityisen kriittinen korkeilla taajuuksilla, kun kaapelit ovat pitkät.

Kuva 3: Sähkökenttä ja resiirretty jännite ja virta

Kuvio 3 on yhteenveto sähkökentän voimakkuuden ja jännitteen ja tehon välisestä suhteesta vastaanottimen tuloliittimissä.

Sähkökentän voimakkuus (dBu) on vain seuraavien funktio:

● Lähettimen tehokas säteilyteho.

● Etäisyys lähettimestä.

● Maaston esteiden menetykset.

Koska sähkökentän voimakkuus on riippumaton vastaanottimen ominaisuuksista, se on hyödyllinen standardi peittoalueiden laskemiselle.

Sähkökenttä indusoi jännitteen antenniin siirtäen tehoa antenniin. Jännite (dBµV) antennin liittimissä on antennin vahvistuksen funktio tietylle tarkasteltavalle taajuudelle. Antenniliittimissä käytettävissä oleva teho (dBm) on myös antennin impedanssin (yleensä 50 ohmin) funktio.

Siirtojohto (yleensä koaksiaalikaapeli tai aaltoputki) yhdistää antenniliittimet vastaanottimen tuloliittimiin. Jännite ja teho vastaanottimen tuloliittimissä vähenevät tämän siirtojohdon häviöllä. Siirtojohtohäviöt ovat siirtojohdon koon ja tyypin sekä toimintataajuuden funktio. Lisäksi muut häviöt vaikuttavat vastaanottimen tuloliittimiin siirrettyyn energiaan. Katso "Tyypilliset häviöarvot" teknisen viitteen osiosta saadaksesi lisätietoja ajoneuvojen sisäisistä vaurioista, tappioista, jotka johtuvat korin läheisyydestä kannettavien vastaanottimien kanssa jne.

Katso myös: >> Mitä eroa on AM: n ja FM: n välillä? 

# Päätelmät
Tämän tiedon ilmeinen johtopäätös on, että vastaanottojärjestelmät, joilla on erilaiset antennivahvistukset, vaativat huomattavasti erilaisia ​​sähkökentän voimakkuuden arvoja oikean toiminnan kannalta. Palvelualueen ääriviivat (dBµV tai dBm), jotka on laskettu matkaviestinvastaanottimelle, jolla on korkea vahvistus, pysyvästi asennettu kattoantenni, voivat olla harhaanjohtavia käyttäjiä varten, joilla on pienen vahvistuksen omaavien antennien kädessä pidettävät yksiköt.

Ehdotettujen laitteiden ja yllä olevien yhtälöiden perusteella järjestelmän suunnittelija voi nyt laskea todellisen kenttävoimakkuuden, joka tarvitaan tietylle vastaanottojärjestelmälle. Vastaanottimien toiminnan alueilla, joilla kenttävoimakkuus vastaa tai ylittää laitteiden suunnittelutason, voidaan odottaa tuottavan tyydyttävän järjestelmän suorituskyvyn. Kenttävoimakkuusruudukkojen tekninen viitejakso käsittelee sähkökentän voimakkuusarvojen (laskettu dBu: lla TAP: n) muuntamista muihin yksiköihin, jotta kuvaaja voidaan tehdä suoraan dBm: ssä tai dBµV: ssä.

Jätä viesti 

viestiluettelo