Одиниці напруженості поля

"Яка різниця між dBu, dBm, dBuV та іншими одиницями? Існує велика плутанина, коли інженери, технічні працівники та продавці обладнання говорять про одиниці посилення антени та напруженості поля. Бачать люди різних дисциплін галузі радіозв'язкуя повинен розмовляти різними мовами, і більшість людей не є багатомовними. ----- FMUSER " 

# Одиниці посилення антени
Хоча напруженість поля в будь-якому місці не залежить від посилення антени, отриманої напруги на приймачі немає. Тому розглянемо спочатку посилення антени

Коефіцієнт посилення може бути виражений або у множнику потужності, або в дБ. Коефіцієнт посилення антени, вказаний в дБ, посилається на ізотропний або напівхвильовий диполь. Загальновиробнича мікрохвильова промисловість загально встановила умову звітування про посилення антени в dBi (з посиланням на ізотропну). Наземна мобільна індустрія має майже загальновиражений коефіцієнт посилення антени як dBd (посилається на напівхвильовий диполь, а не ізотропний.) 

Див також: >> Яка різниця між "dB", "dBm" та "dBi"?  

Коли виробник перераховує прибуток як dB, ви, як правило, можете припустити, що посилений посилання є dBd. Виробники широкомовної антени зазвичай посилаються на коефіцієнт посилення, коли вхідна потужність антени множиться на цей коефіцієнт посилення, щоб отримати ефективну випромінювану потужність.

Найпростіша антена - ізотропний радіатор. Це теоретична антена, яка випромінює однаковий рівень енергії у всіх напрямках, коли потужність подається на антену. Незважаючи на те, що антену такого типу насправді не можна побудувати, використання концепції забезпечує єдиний стандарт, на основі якого можна відкалібрувати та порівняти продуктивність усіх вироблених антен.

Рисунок 1: Напівхвильовий диполь проти ізотропної антени

Антена, яку можна легко побудувати - це напівхвильовий диполь. Півхвильова довжина дипольна антена має коефіцієнт підсилення на 2.15 дБ більше, ніж ізотропна антена. Диполь концентрує енергію в певних напрямках, так що випромінювання в цих напрямках більше, ніж випромінювання від ізотропного джерела з однаковою вхідною потужністю.

Див також: >> Чи краще підсилення антен?

Тому коефіцієнт підсилення антени, що посилається на ізотропний радіатор, є коефіцієнтом підсилення, посиланим на диполь довжиною півхвилі плюс 2.15 дБ:

Як показано на Фіг.1 (і Фіг.2), може бути розглянута спрямована антена (включаючи напівхвильовий диполь), щоб сконцентрувати наявну енергію, що подається в антену, фокусуючи енергію, випромінювану від антени в потрібному напрямку. Енергія, випромінювана в потрібному напрямку, збільшується за рахунок зменшення енергії, випромінюваної в іншому напрямку.

Наприклад, колінеарний масив з чотирьох дипольних антен зазвичай матиме коефіцієнт посилення 6 дБд. Ця ж антена матиме коефіцієнт підсилення 8.15 дБі (з посиланням на ізотропну).

Малюнок 2: Приріст у dBd vs. дБі

Див також: >> Поради щодо вимірювання приросту антен 

Моделі спрямованих антен іноді зображуються як коефіцієнт посилення в дБ вище напівхвильового диполя. Інші візерунки показані як відносна напруга поля. Вони безпосередньо передаються до тих пір, поки невідомо абсолютний коефіцієнт посилення в dBd або dBi основної частки антени. Рівняння таке:


де:
● G - коефіцієнт посилення в дБ на певному азимуті

● Gm - максимальний приріст потужності в дБ, посилається на напівхвильовий диполь

● Rv - відносна напруга поля для конкретного азимуту

●Для перетворення значення коефіцієнта посилення (у дБ) на певному азимуті у відносне значення поля використовуйте таке рівняння:


Коли відомі максимальна ефективна випромінювана потужність і відносна напруга поля на певному азимуті, ефективна випромінювана потужність на цьому конкретному азимуті обчислюється з наступного рівняння:

де:
● Rp - ефективна випромінювана потужність на певному азимуті (у ватах, кВт тощо)

● P - ефективна випромінювана потужність у головній частці (макс.) У горизонтальній площині (у ватах, кВт тощо)

Див також:>> Основна теорія антен: дБі, дБ, дБм дБ (мВт)

Одиниці напруженості поля
Існує також велика плутанина в словнику щодо напруженості поля (його також називають інтенсивністю поля). Значення зазвичай виражаються в dBu, dBµV і dBm. Кожен підрозділ має як заслуги, так і загальне використання у певних дисциплінах у індустрія радіозв'язку. Однак широка плутанина щодо того, як вони ставляться один до одного, викликає як розчарування, так і непорозуміння щодо дизайну системи та фактичної роботи. Наступні терміни будуть обговорені детально.

● dBu - E (напруженість електричного поля) завжди в децибелах вище одного мікровольта / метра (дБмВ / м)

● dBµV (використовуючи грецьку букву µ ["mu"] замість u) - напруга, виражене в дБ вище одного мікровольта, на певний опір навантаження; у сухопутних мобільних та широкомовних передачах це зазвичай 50 Ом.

● дБм - рівень потужності, виражений у дБ вище одного міліват

# Електрична напруженість поля
Блок напруженості електричного поля dBu - це блок, який широко використовується Федеральною комісією зв'язку при посиланні на напруженість поля. Справжня напруженість електричного поля завжди виражається у деякому відносному значенні вольт / метр - ніколи у вольтах або міліват. Інтенсивність електричного поля не залежить від частоти, приймає посилення антени, приймає антену імпеданс і отримання передача втрата лінії Тому ця міра може бути використана як абсолютна міра для опису областей обслуговування та порівняння різних засобів передачі незалежно від безлічі змінних, введених різними конфігураціями приймача.

Якщо на шляху є безперешкодна лінія зору і жодні перешкоди не потрапляють в межах 0.5 першої зони Френеля, що призведе до додаткового ослаблення, отримане напруженість електричного поля буде приблизним до рівня вільного простору і може бути обчислена з наступного рівняння:

де:
● ERP виражається в дБ вище 1 кВт

● d - відстань, виражена в кілометрах

Див також: >> Розуміння основ підсилення антен

# Отримане напруга та потужність
хоча розрахунки напруженість електричного поля не залежить від згаданих вище характеристик приймача, прогнози напруги та прийнятої потужності, що надходять на вхід приймача, повинні ретельно враховувати кожен із цих факторів. Кореляція між напруженістю електричного поля та напругою, що подається на вхід приймача, неможлива, якщо вся перерахована вище інформація не відома і не врахована в проектній системі.

Коли за однакових обставин застосовуються абсолютно однакові умови (шлях, частота, ефективна випромінювана потужність тощо), наступні рівняння дозволять дизайнеру системи перекладати між різними системами повну впевненість.

Сила поля як функція прийнятої напруги, посилення приймальної антени та частоти при застосуванні до антени, імпеданс якої становить 50 Ом, може бути виражена як:


Вирішене для прийнятої напруги це рівняння стає:

Для розрахунку потужності та напруги на навантаження 50 Ом:

Підміна значення поля напрузі від рівняння. 7:

Зверніть увагу, що загальне рівняння для значень опору (Z), відмінне від 50 Ом, становить:

І заміщення значення поля для напруги від рівняння. 7:

де:
● Gr - ізотропне посилення приймальної антени

● Z - імпеданс системи в Ом

Коли «контур напруженості поля» побудований і ідентифікований в дБм або мікровольтах (дБмВ), важливо знати ці значення частоти та посилення антени. Користувач повинен розуміти, що такі "контури" дійсні лише для однієї частоти та конкретного посилення приймальної антени, що використовується для прогнозування. Існує також фіксована втрата в лінії передачі приймальної антени - часто вважається без втрат.

З цієї причини такі "контури" неоднозначні, як прогнози покриття, коли всі посилення антени та втрати лінії електропередачі не однакові для всіх приймачів. Для визначення рівня напруженості поля, необхідного для адекватного прийому переданого сигналу, використовуйте рівняння 6 вище, враховуючи частоту, коефіцієнт посилення антени та необхідний рівень напруги приймача для потрібного рівня тиші в приймачі.

Див також: >> Що таке VSWR: коефіцієнт хвилі, що стоїть на напрузі 

Ці прогнози стосуються напруги на клемах антени. Фактичні рівні напруги та потужності на вході приймача повинні враховувати додаткові втрати, наявні в приймальній лінії електропередачі. Ця втрата сигналу особливо важлива на високих частотах, коли кабелі довгі.

Рисунок 3: Електричне поле та відновленняотримана напруга та потужність

На малюнку 3 узагальнено залежність між напругою електричного поля та напругою та потужністю на вхідних клемах приймача.

Напруженість електричного поля (в dBu) - це лише функція:

● Ефективна випромінювана потужність передавача.

● Відстань від передавача.

● Втрати від перешкод на місцях.

Оскільки напруженість електричного поля не залежить від будь-яких характеристик приймача, це корисний стандарт для обчислення областей покриття.

Електричне поле індукує напругу в антені, передаючи живлення в антену. Напруга (dBµV) на клемах антени є функцією посилення антени для конкретної розглянутої частоти. Потужність (дБм), наявна на антенних клемах, також є функцією імпедансу антени (зазвичай 50 Ом).

Лінія передачі (зазвичай коаксіальний кабель або хвилевід) з'єднує антенні клеми з вхідними клемами приймача. Напруга і потужність на вхідних клемах приймача зменшуються втратами в цій лінії електропередачі. Втрати лінії електропередачі - це залежність від розміру та типу лінії електропередачі та робочої частоти. Крім того, інші втрати впливають на потужність, передану на вхідні клеми приймача. Див. "Типові значення втрат" у розділі Технічна довідка для отримання додаткової інформації про втрати всередині транспортних засобів, втрати через близькість кузова до кишенькових приймачів тощо.

Див також: >> Яка різниця між AM та FM? 

# Висновок
Очевидний висновок з цієї інформації полягає в тому, що для правильної роботи систем прийому з різним посиленням антени потрібні значно різні значення напруженості електричного поля. Контур зони обслуговування (в дБмВ або дБм), обчислений для мобільного приймача з постійною змонтованою антеною на даху з високим коефіцієнтом посилення, може ввести в оману користувачів з ручними блоками антен з низьким посиленням.

На основі запропонованого фактичного обладнання та вищезазначених рівнянь дизайнер системи тепер може обчислити фактичну напруженість поля, необхідну для будь-якої конкретної приймальної системи. Експлуатація приймачів у місцях, де напруженість поля відповідає або перевищує проектний рівень обладнання, може призвести до отримання задовільних показників роботи системи. У розділі технічних довідок сіток напруженості поля обговорюється перетворення значень напруженості електричного поля (обчислюється в dBu за допомогою TAP) в інші блоки для побудови графіку безпосередньо в дБм або дБмВ.

Залишити повідомлення 

список повідомлень