Fältintensitetsenheter

"Vad är skillnaden mellan dBu, dBm, dBuV och andra enheter? Det är mycket förvirring när ingenjörer, tekniker och utrustning säljare talar om enheter av antennförstärkning och fältstyrka. Människor inom olika discipliner inom radiotelekommunikationsbranschen serm att prata olika språk och de flesta människor är inte flerspråkiga. ----- FMUSER " 

# Units of Antenna Gain
Medan fältstyrkan på vilken plats som helst är oberoende av antennförstärkning, mottagen spänning vid mottagaren är inte. Låt oss därför först överväga antennförstärkning

Förstärkning kan uttryckas som antingen en effektmultiplikator eller i dB. Antennförstärkning som anges i dB refereras till antingen isotropisk eller en halvvågsdipol. Mikrovågsindustrin har universellt etablerat konventionen om rapportering av antennförstärkning i dBi (hänvisat till isotropisk). Landmobilindustrin har nästan universellt uttryckt antennförstärkning som dBd (hänvisat till en halvvågsdipol snarare än isotropisk.) 

Se även: >> Vad är skillnaden mellan "dB", "dBm" och "dBi"?  

När en tillverkare listar en vinst som dB, kan du i allmänhet anta att den refererade vinsten är dBd. Broadcastantennstillverkare hänvisar ofta till en multiplikatorförstärkning där antennens ingångseffekt multipliceras med denna förstärkning för att ge den effektiva utstrålade effekten.

Den enklaste antennen är en isotrop radiator. Detta är en teoretisk antenn som strålar ut samma energinivå i alla riktningar när strömmen ansluts till antennen. Även om denna typ av antenn inte kan konstrueras, ger användningen av konceptet en enhetlig standard mot vilken prestanda för alla tillverkade antenner kan kalibreras och jämföras.

Figur 1: Halvvågsdipol vs. isotrop antenn

En antenn som enkelt kan byggas är en halvvåglängdsdipol. En halv våglängd dipolantenn har en förstärkning på 2.15 dB större än en isotrop antenn. Dipolen koncentrerar energin i vissa riktningar, så att strålningen i dessa riktningar är större än strålningen från en isotropisk källa med samma ingångseffekt.

Se även: >> Är mer antennvinst bättre?

Därför är förstärkningen av en antenn hänvisad till en isotropisk radiator den förstärkning som hänvisas till en halvvåglängdsdipol plus 2.15 dB:

Såsom visas i figur 1 (och figur 2) kan en riktningsantenn (inklusive en halvvågsdipol) övervägas att koncentrera den tillgängliga energin som matas in i antennen genom att fokusera energin som strålas ut från antennen i önskad riktning. Energin som strålas ut i önskad (e) riktning (er) ökar genom att minska energin som strålas ut i någon annan riktning (er).

Till exempel kommer en kollinär uppsättning av fyra dipolantenner vanligtvis att ha en förstärkning av 6 dBd. Samma antenn har en förstärkning på 8.15 dBi (hänvisat till isotropisk).

Figur 2: Förstärkning i dBd vs. dBi

Se även: >> Tips om mätning av antennförstärkning 

Riktningsantennmönster plottas ibland som förstärkning i dB ovanför en halvvågs dipol. Andra mönster visas som en relativ fältspänning. Dessa är direkt överförbara så länge man känner till den absoluta förstärkningen i dBd eller dBi för antennens huvudlob. Ekvationen är som följer:


där:
● G är vinsten i dB på en viss azimut

● Gm är den maximala effektförstärkningen i dB som refereras till en halvvågsdipol

● Rv är den relativa fältspänningen för den specifika azimut

●För att konvertera förstärkningsvärdet (i dB) på en viss azimut till ett relativt fältvärde, använd följande ekvation:


När den maximala effektiva utstrålade effekten och den relativa fältspänningen på en viss azimut är känd, beräknas den effektiva utstrålade effekten på den specifika azimut från följande ekvation:

där:
● Rp är den effektiva utstrålade effekten på en viss azimut (i watt, kW, etc.)

● P är den effektiva utstrålade effekten i huvudloben (max) i det horisontella planet (i watt, kW, etc.)

Se även:>> Grundläggande antennteori: dBi, dB, dBm dB (mW)

Enheter av fältintensitet
Det finns också en hel del förvirring i ordförrådet för fältstyrka (även kallad fältintensitet). Värden uttrycks ofta i dBu, dBuV och dBm. Varje enhet har både meriter och vanlig användning inom vissa discipliner i radiokommunikationsindustrin. Men den utbredda förvirringen om hur de förhåller sig till varandra orsakar både frustration och missförstånd om systemdesign och faktiska prestanda. Följande termer kommer att diskuteras långt.

● dBu är E (elektriskt fältintensitet) alltid i decibel över en mikrovolt / meter (dBµV / m)

● dBµV (med den grekiska bokstaven µ ["mu"] istället för u) är spänning uttryckt i dB över en mikrovolt till en specifik belastningsimpedans; i landmobil och sändning är detta vanligtvis 50 ohm.

● dBm är en effektnivå uttryckt i dB över en milliwatt

# Elektrisk fältintensitet
Enheten för elektrisk fältintensitet dBu är den enhet som används i stor utsträckning av Federal Communications Commission när det gäller fältstyrka. Sann elektrisk fältstyrka uttrycks alltid i ett visst relativvärde på volt / meter - aldrig i volt eller milliwatt. Elektriskt fältintensitet är oberoende av frekvens, mottagande antennförstärkning, mottagande antenn impedans och mottar överföring linjeförlust. Därför kan detta mått användas som ett absolut mått för att beskriva serviceområden och jämföra olika sändningsfaciliteter oberoende av de många variablerna införda av olika mottagarkonfigurationer.

När en bana har fri siktlinje och inga hinder faller inom 0.5 från den första Fresnel-zonen, vilket skulle införa ytterligare dämpning, kommer den mottagna elektriska fältstyrkan ungefär att den för fritt utrymme och kan beräknas från följande ekvation:

där:
● ERP uttrycks i dB över 1 kW

● d är avstånd uttryckt i kilometer

Se även: >> Förstå grunderna om antennförstärkning

#Mottagad spänning och effekt
Även beräkningar av elektriskt fältstyrka är oberoende av mottagaregenskaperna som nämns ovan, förutsägelser om spänning och mottagen effekt som matas till mottagarens ingång måste noggrant beakta var och en av dessa faktorer. Korrelation mellan elektriskt fältstyrka och spänning som appliceras på mottagarens ingång är omöjligt om inte all ovanstående information är känd och beaktas i systemdesignen.

När exakt samma förhållanden (väg, frekvens, effektiv utstrålad effekt etc.) tillämpas på identiska omständigheter kommer följande ekvationer att göra det möjligt för systemdesignern att översätta mellan de olika systemen med fullständigt förtroende.

Fältstyrka som en funktion av mottagen spänning, mottagande av antennförstärkning och frekvens när den appliceras på en antenn vars impedans är 50 ohm kan uttryckas som:


Löst för mottagen spänning blir denna ekvation:

För beräkningar av effekt och spänning till 50 ohm belastning:

Att ersätta fältvärdet för spänningen från ekv. 7:

Notera att den mer allmänna ekvationen för andra impedansvärden (Z) än 50Ω är:

Och ersätter fältvärdet för spänningen från ekv. 7:

där:
● Gr är den mottagande antennens isotropiska förstärkning

● Z är systemimpedansen i Ohms

När en "fältstyrkekontur" plottas och identifieras i dBm eller mikrovolt (dBµV), är det viktigt att känna till dessa värden på frekvens och antennförstärkning. Användaren måste förstå att sådana "konturer" endast är giltiga för en frekvens och den specifika mottagande antennförstärkningen som används för förutsägelsen. Det finns också en fast förlust i den mottagande antennen överföringslinje - ofta antas vara förlustfri.

Av dessa skäl är sådana "konturer" tvetydiga som täckningsförutsägelser, när alla mottagande antennförstärkningar och överföringsledningsförluster inte är identiska för alla mottagare. För att bestämma nivån på fältstyrka som är nödvändig för att adekvat ta emot en överförd signal, använd ekvation 6 ovan, med hänsyn till frekvensen, mottagande antennförstärkning och önskad nivå av mottagarspänning för den önskade nivån av tystnad i mottagaren.

Se även: >> Vad är VSWR: Voltage Standing Wave Ratio 

Dessa förutsägelser är för spänningen vid antennanslutningarna. Faktiska spännings- och effektnivåer på mottagarens ingång måste ta hänsyn till den ytterligare förlusten som finns i den mottagande transmissionslinjen. Denna signalförlust är särskilt kritisk vid höga frekvenser när kablar är långa.

Figur 3: Elektriskt fält och remottagen spänning och effekt

Figur 3 sammanfattar förhållandet mellan elektriskt fältstyrka och spänning och effekt vid mottagarens ingångsanslutningar.

Den elektriska fältstyrkan (i dBu) är en funktion endast av:

● Sändareffektiv utstrålad effekt.

● Avstånd från sändaren.

● Förluster från terränghinder.

Eftersom den elektriska fältstyrkan är oberoende av alla mottagaregenskaper, är den en användbar standard för beräkning av täckningsområden.

Det elektriska fältet inducerar en spänning till antennen och överför kraft till antennen. Spänningen (dBμV) vid antennens terminaler är en funktion av antennens förstärkning för den specifika frekvensen som beaktas. Kraften (dBm) som finns på antennanslutningarna är också en funktion av antennimpedansen (vanligtvis 50 ohm).

Överföringsledningen (vanligtvis koaxialkabel eller vågledare) ansluter antennanslutningarna till mottagarens ingångsanslutningar. Spänningen och effekten vid mottagarens ingångsuttag reduceras av förlusten i denna transmissionslinje. Överföringsledningsförluster är en funktion av transmissionslinjens storlek och typ och driftsfrekvens. Dessutom påverkar andra förluster kraften som överförs till mottagarens ingångar. Se "Typiska förlustvärden" i avsnittet Teknisk referens för mer information om förluster i fordon, förluster på grund av närhet till handhållna mottagare, etc.

Se även: >> Vad är skillnaden mellan AM och FM? 

#Slutsats
Den uppenbara slutsatsen från denna information är att mottagningssystem med olika antennförstärkningar kräver betydligt olika värden för elektriskt fältstyrka för korrekt drift. En kontur för serviceområdet (i dBµV eller dBm) beräknad för en mobilmottagare med en permanent förstärkt takantenn med hög förstärkning kan vara vilseledande för användare med handhållna enheter med låg förstärkning.

Baserat på den faktiska föreslagna utrustningen och ovanstående ekvationer, kan systemdesignern nu beräkna den faktiska fältstyrkan som är nödvändig för ett visst mottagande system. Att använda mottagarna i områden där fältstyrkan möter eller överskrider konstruktionsnivån för utrustningen kan förväntas ge en tillfredsställande systemprestanda. Fältintensitetsnätets tekniska referensavsnitt diskuterar omvandlingen av elektriska fältintensitetsvärden (beräknad i dBu med TAP) till andra enheter för att plotta direkt i dBm eller dBµV.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC